劣化评价方法与流程

本公开涉及一种劣化评价方法。
背景技术：
：公知一种喷丸硬化，向由金属材料构成的对象物的表面喷射高硬度的喷射材料(丸粒)(例如，非专利文献1、2)。根据喷丸硬化，能够提高金属材料的疲劳强度。喷丸硬化在由金属材料构成的产品的寿命提高方面有效。例如，金属模具的破坏多是由于反复受到热膨胀及热收缩由此产生的热裂(热龟裂)而引起的。根据喷丸硬化，能够抑制金属模具的热裂。若通过喷丸硬化使金属模具的寿命提高，则能够减少产品的制造成本所含的金属模具费用。在专利文献1、2中，记载了一种对试验片加载载荷并对金属材料的疲劳进行评价的方法。通过对金属材料的疲劳进行评价，例如能够对金属模具的维护或者更换时期进行研究。专利文献1：日本特开2004-69659号公报专利文献2：日本特开2013-108952号公报非专利文献1：小林祐次，“ショットピーニング特性に及ぼす機械的性質と残留オーステナイトの影響(机械性质与残余奥氏体对喷丸硬化特性带来的影响)”，弹簧论文集，第57号，p.9-15，2012非专利文献2：冈田秀树，“ショットピーニング方法の違いによる材料硬さと残留応力分布と降伏応力の関係(基于喷丸硬化方法的不同而产生的材料硬度、残余应力分布以及屈服应力的关系)”，压力技术第41卷第5号，p.223-242，2003专利文献1、2所记载的方法伴有破坏试验。因此，要求一种以非破坏的方式对金属材料的劣化进行评价的方法。技术实现要素：本公开提供一种能够以非破坏的方式对金属材料的劣化进行评价的劣化评价方法。根据本发明人们的调查研究，知晓了若由金属材料构成的对象物劣化，则即使在用于赋予最大残余应力及最大半高宽的喷丸硬化条件下进行喷丸硬化，在喷丸硬化后而被测定的残余应力及半高宽的值也变小。本公开所涉及的劣化评价方法包括：决定工序，决定用于对由金属材料构成的对象物赋予最大残余应力的喷丸硬化条件；第一喷丸硬化工序，相对于对象物在喷丸硬化条件下进行第一喷丸硬化；第一测定工序，测定第一喷丸硬化工序后的对象物的第一残余应力；第二喷丸硬化工序，相对于第一测定工序后的对象物在喷丸硬化条件下进行第二喷丸硬化；第二测定工序，测定第二喷丸硬化工序后的对象物的第二残余应力；以及评价工序，基于第一残余应力及第二残余应力，对对象物的劣化进行评价。由于若由金属材料构成的对象物劣化，则即使在用于赋予最大残余应力的喷丸硬化条件下进行喷丸硬化，在喷丸硬化后而被测定的残余应力的值也变小，所以在本劣化评价方法中，利用该情况，能够基于在第一喷丸硬化后测定出的第一残余应力与在第二喷丸硬化后测定出的第二残余应力，以非破坏的方式对构成对象物的金属材料的劣化进行评价。本公开所涉及的劣化评价方法包括：决定工序，决定用于对由金属材料构成的对象物赋予最大半高宽的喷丸硬化条件；第一喷丸硬化工序，相对于对象物在喷丸硬化条件下进行第一喷丸硬化；第一测定工序，测定第一喷丸硬化工序后的对象物的第一半高宽；第二喷丸硬化工序，相对于第一测定工序后的对象物在喷丸硬化条件下进行第二喷丸硬化；第二测定工序，测定第二喷丸硬化工序后的对象物的第二半高宽；以及评价工序，基于第一半高宽及第二半高宽，对对象物的劣化进行评价。由于若由金属材料构成的对象物劣化，则即使在用于赋予最大半高宽的喷丸硬化条件下进行喷丸硬化，在喷丸硬化后而被测定的半高宽的值也变小，所以在该劣化评价方法中，利用该情况，能够基于在第一喷丸硬化后测定出的第一半高宽与在第二喷丸硬化后测定出的第二半高宽，以非破坏的方式对构成对象物的金属材料的劣化进行评价。在一个实施方式所涉及的劣化评价方法中，在决定工序中，也可以基于对象物的硬度来决定喷丸硬化条件。在该情况下，能够适当地决定喷丸硬化条件。在一个实施方式所涉及的劣化评价方法中，在第一测定工序及第二测定工序中，也可以利用衍射法进行测定。在该情况下，能够适当地进行测定。在一个实施方式所涉及的劣化评价方法中，对象物也可以由钢铁材料构成。在该情况下，钢铁材料被广泛使用，因此劣化评价方法的必要性较高。根据本公开所涉及的劣化评价方法，能够以非破坏的方式对金属材料的劣化进行评价。附图说明图1是表示实施方式所涉及的劣化评价方法的流程图。图2是用于对热疲劳试验进行说明的图。图3是表示基于第一循环试验而得的残余应力的变化的图表。图4是表示基于第二循环试验而得的残余应力的变化的图表。图5是表示基于第一循环试验而得的半高宽的变化的图表。图6是表示基于第二循环试验而得的半高宽的变化的图表。具体实施方式以下，参照附图，对实施方式详细地进行说明。在说明中，对同一要素或者具有同一功能的要素使用同一附图标记，并省略重复的说明。图1是表示实施方式所涉及的劣化评价方法的流程图。实施方式所涉及的劣化评价方法是以非破坏的方式对由金属材料构成的对象物的劣化进行评价的方法。构成对象物的金属材料例如是钢铁材料。作为钢铁材料，具体地能够举出碳含量为0.5％～0.6％的中碳的淬火材料、碳含量为0.8％～1.1％的高碳的渗碳材料等。中碳的淬火材料例如用于弹簧材料、铝压铸用的金属模具材料。高碳的渗碳材料例如用于齿轮材料。这些钢铁材料均是具有马氏体组织的马氏体钢。该劣化评价方法包括：决定喷丸硬化条件的工序s1(决定工序)、进行第一喷丸硬化的工序s2(第一喷丸硬化工序)、测定第一残余应力的工序s3(第一测定工序)、进行第二喷丸硬化的工序s4(第二喷丸硬化工序)、测定第二残余应力的工序s5(第二测定工序)、以及对对象物的劣化进行评价的工序s6(评价工序)。例如，工序s1、工序s2以及工序s3在对象物的制造时进行，工序s4、工序s5以及工序s6在对象物的维护时进行。由此，能够在对象物的维护时以非破坏的方式对构成对象物的金属材料的劣化进行评价。以下，对各工序进行说明。在工序s1中，决定用于对对象物赋予最大残余应力的喷丸硬化条件。最大残余应力是能够赋予对象物的残余应力(压缩残余应力)的最大值。最大残余应力因对象物而不同。在喷丸硬化中，通过提高喷射材料的硬度，能够提高赋予对象物的残余应力。然而，若对象物的硬度与喷射材料的硬度不匹配，则提高喷射材料的硬度，由此存在赋予对象物的残余应力反而下降的情况。即，为了对对象物赋予最大残余应力，需要使对象物的硬度与喷射材料的硬度之间的平衡合理化。为了对对象物赋予最大残余应力，例如，在50hv(维氏硬度)以上且250hv以下的范围内将喷射材料的硬度设定为高于对象物的硬度。通过设为50hv以上，能够对对象物的表面部分赋予残余应力。若设定为高于250hv，则喷射的能量被用于对象物的表面的磨削侵蚀，因此无法对对象物的表面部分有效且稳定地赋予残余应力。若磨削侵蚀量变大，则对象物的尺寸的变化量也变大。通过将对象物的磨削侵蚀量设为5μm以下，能够对对象物的表面部分有效且稳定地赋予残余应力，并且能够抑制对象物的尺寸变化。不过，若对象物的硬度低于750hv，则存在无法对对象物的表面部分赋予充分的残余应力的情况。对象物的硬度例如意味着对象物的从表面至深度0.050mm为止的表面部分的硬度。在工序s1中被决定的喷丸硬化条件只要是用于赋予最大残余应力的条件，则也可以是除喷射材料的硬度以外的条件。喷射材料的粒径能够设为0.05mm以上0.6mm以下。通过将喷射材料的粒径设为0.05mm以上，能够容易地制作喷射材料。通过将喷射材料的粒径设为0.6mm以下，残余应力在深度方向表示最大值的位置(峰值位置)不会变得过深，能够使峰值位置保持在从对象物的表面至深度100μm以内的范围。通过使峰值位置保持在该范围，能够有效地提高对象物的疲劳强度。在工序s2中，相对于对象物以在工序s1中决定的喷丸硬化条件进行第一喷丸硬化。由此，对对象物的表面部分赋予残余应力。在工序s3中，测定第一喷丸硬化后(即，工序s2后)的对象物的第一残余应力。在工序s3中，例如利用衍射法进行测定。作为衍射法，具体地能够举出x射线衍射法、电子束衍射法以及中子衍射法等。基于x射线衍射法的测定方法例如在日本特开2017-009356号公报中被公开。在工序s3中，也可以利用正电子湮没法进行测定。通过喷丸硬化赋予对象物的残余应力因热疲劳而减少。例如，在压铸金属模具中，由于反复受到被熔融金属加热由此产生的热膨胀与被脱模剂冷却由此产生的热收缩，因而产生热疲劳。图2是用于对热疲劳试验进行说明的图。在该热疲劳试验中，再现了压铸金属模具的热疲劳。如图2所示，在该热疲劳试验中，首先将试验片1按压于加热器2的表面。试验片1被按压的时间设定为150秒。加热器2的温度设定为使试验片1的表面温度变成570℃。之后，在室温的水3中对试验片1进行冷却。接下来，通过吹送空气4的鼓风对试验片1进行干燥。以上的一系列的循环在约3分钟内反复进行。试验片1的材质为作为热轧工具钢的skd61(jis标准)。jis标准的skd61与iso标准(iso4957：1999)的x40crmov5-1对应。将试验片1的化学成分(wt％)在表1中示出。试验片1通过在进行了淬火回火后进行盐浴软氮化而制作出。试验片1的形状为厚度15mm、直径58mm()的圆盘形状，在试验片1设置有高度15mm、直径15mm()的圆柱作为把持部。[表1]csimncrmovskd610.41.00.45.21.20.8图3是表示基于第一循环试验而得的残余应力的变化的图表。图表的横轴表示上述的热疲劳试验的循环数，纵轴为试验片1(参照图2)的残余应力(mpa)。第一循环试验是直至10个循环为止的极低循环的热疲劳试验，在相对于试验片1以用于赋予最大残余应力的条件进行喷丸硬化后实施。在第一循环试验的开始前、5个循环结束后、以及10个循环结束时分别测定了残余应力及半高宽。残余应力及半高宽的测定利用x射线衍射法在表2所示的测定条件下进行。如图3所示，随着循环数增加，残余应力因热疲劳而减少。对半高宽进行后述。[表2]方式cosα法特性x射线crkα准直器直径φ1.0x射线入射角度35deg衍射角2θ156.396deg衍射面(hkl)(211)x射线应力测定常数-465.097gpa根据以上内容，第一残余应力的测定在对第一喷丸硬化后的对象物赋予成为使第一残余应力减少的因素的热疲劳前进行。由此，能够提高通过第一喷丸硬化而赋予的第一残余应力的测定精度。在工序s4中，相对于工序s3后的对象物以在工序s1中决定的喷丸硬化条件进行第二喷丸硬化。由此，能够对对象物的表面部分赋予残余应力。在工序s5中，测定工序s4后的对象物的第二残余应力。如上述那样，残余应力因热疲劳而减少。因此，与第一残余应力的测定同样地，第二残余应力的测定在对第二喷丸硬化后的对象物赋予成为使第二残余应力减少的因素的热疲劳前进行。由此，能够提高通过第二喷丸硬化而赋予的第二残余应力的测定精度。与工序s3同样地，在工序s5中，例如，利用衍射法测定第二残余应力。在工序s5中，也可以利用正电子湮没法进行测定。在工序s6中，基于在工序s3中测定出的第一残余应力与在工序s5中测定出的第二残余应力，对构成对象物的金属材料的劣化进行评价。即，在工序s6中，基于第二残余应力与第一残余应力的差的大小，对构成对象物的金属材料的劣化进行评价。图4是表示基于第二循环试验而得的残余应力的变化的图表。在第二循环试验中，在相对于试验片1以用于赋予最大残余应力的条件进行喷丸硬化后，以100个循环为单位进行了直至300个循环为止的低循环的热疲劳试验。每当将热疲劳试验实施100个循环，便再次进行喷丸硬化，在喷丸硬化的前后测定了残余应力及半高宽。图4的图表的横轴的数字表示热疲劳试验的循环数，“sp”表示喷丸硬化后。纵轴为试验片1的残余应力(mpa)。对半高宽进行后述。如图4所示，若将喷丸硬化后且热疲劳试验前(横轴“0+sp”)与100个循环后(横轴“100”)相比，则可知残余应力衰减了1500mpa左右。通过再喷丸硬化(横轴“100+sp”)将残余应力赋予至-1600mpa左右，但能够赋予的残余应力变小。之后，在300个循环内每隔100个循环反复进行热疲劳试验与再喷丸硬化，但能够赋予的残余应力的值逐渐变小。在非专利文献1中，示出了喷丸硬化后的最大残余应力为0.2％屈服强度的约60％左右。在非专利文献2中，示出了喷丸硬化后的残余应力为屈服强度(屈服应力)的大约一半。如图4所示，再喷丸硬化后的残余应力下降意味着构成试验片1的金属材料本身因热疲劳而劣化并使屈服强度下降。因此，能够基于第二残余应力与第一残余应力的差的大小，以非破坏的方式对构成对象物的金属材料的劣化进行评价。如以上说明的那样，在实施方式所涉及的劣化评价方法中，利用了如下情况：若由金属材料构成的对象物劣化，则即使在用于赋予最大残余应力的喷丸硬化条件下进行喷丸硬化，在喷丸硬化后而被测定的残余应力的值也变小。由此，能够基于在第一喷丸硬化后(即，工序s2后)测定出的第一残余应力与在第二喷丸硬化后(即，工序s4后)测定出的第二残余应力，以非破坏的方式对构成对象物的金属材料的劣化简便地进行评价。具体地，针对第一残余应力与第二残余应力的比率预先设定阈值，使用该阈值能够对对象物的劣化进行评价。由此，例如，能够确认出对象物的更换时期。即，通过预测第一残余应力与第二残余应力的比率成为预先设定的阈值以下的时期，能够确认出对象物的更换时期。该预测例如能够基于在对象物的制造时测定出的残余应力与在对象物的定期维护时测定出的残余应力的比率和从制造时起至定期维护时为止的对象物的使用次数(或者使用时间)之间的关系而进行。也可以代替第一残余应力与第二残余应力的比率，而针对第一残余应力与第二残余应力的差等预先设定阈值，并使用该阈值对对象物的劣化进行评价。在工序s1中，基于对象物的硬度来决定喷丸硬化条件，因此能够适当地决定喷丸硬化条件。在工序s3及工序s5中，利用衍射法进行测定，因此能够适当地进行测定。作为对象物的钢铁材料被广泛使用，因此劣化评价方法的必要性较高。在实施方式所涉及的劣化评价方法中，进行多次(至少两次)喷丸硬化工序，因此对对象物赋予多次(至少两次)残余应力。由此，能够实现对象物的高寿命化。本发明不必限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。在实施方式所涉及的劣化评价方法中，也可以代替残余应力而测定半高宽(即、半值宽)。即，在工序s1中，代替最大残余应力而决定用于赋予最大半高宽的喷丸硬化条件。在最大残余应力时成为最大半高宽，因此用于赋予最大残余应力的喷丸硬化条件与用于赋予最大半高宽的喷丸硬化条件相同。因此，工序s1实质上相同。在工序s3中，代替测定第一喷丸硬化后(即，工序s2后)的对象物的第一残余应力，而测定第一喷丸硬化后的对象物的第一半高宽。在工序s5中，代替测定第二喷丸硬化后(即，工序s4后)的对象物的第二残余应力，而测定第二喷丸硬化后的对象物的第二半高宽。在工序s6中，代替基于第一残余应力及第二残余应力对对象物的劣化进行评价，而基于第一半高宽及第二半高宽对对象物的劣化进行评价。图5是表示基于第一循环试验而得的半高宽的变化的图表。第一循环试验如上述那样。图表的横轴与图3相同，纵轴为试验片1(参照图2)的半高宽(deg)。如图5所示，随着循环数增加，半高宽因热疲劳而减少。根据以上内容，第一半高宽的测定在对第一喷丸硬化后的对象物赋予成为使第一半高宽减少的因素的热疲劳前进行。由此，能够提高通过第一喷丸硬化而赋予的第一半高宽的测定精度。同样地，第二半高宽的测定在对第二喷丸硬化后的对象物赋予成为使第二半高宽减少的因素的热疲劳前进行。由此，能够提高通过第二喷丸硬化而赋予的第二半高宽的测定精度。图6是表示基于第二循环试验而得的半高宽的变化的图表。第二循环试验如上述那样。图表的横轴与图3相同，纵轴为试验片1(参照图2)的半高宽(deg)。如图6所示，与喷丸硬化后且热疲劳试验前(横轴“0+sp”)相比，在100个循环后(横轴“100”)，半高宽大幅下降。半高宽通过再喷丸硬化(横轴“100+sp”)而恢复至7度多。半高宽虽然通过再喷丸硬化而恢复，但未达到初始(横轴“0+sp”)导入的半高宽的值。在像这样代替残余应力而测定半高宽的情况下，利用了如下情况：若由金属材料构成的对象物劣化，则即使在用于赋予最大半高宽的喷丸硬化条件下进行喷丸硬化，在喷丸硬化后而被测定的半高宽的值也变小。由此，能够基于第一喷丸硬化后(即，工序s2后)测定出的第一半高宽与第二喷丸硬化后(即，工序s4后)测定出的第二半高宽，以非破坏的方式对对象物的劣化进行评价。在实施方式所涉及的劣化评价方法中，进行两次喷丸硬化，基于两次残余应力或者半高宽，对对象物的劣化进行了评价，但也可以进行三次以上喷丸硬化，基于三个以上的残余应力或者半高宽，对对象物的劣化进行评价。即，实施方式所涉及的劣化评价方法也可以进一步包含第三喷丸硬化工序及第三测定工序等。由此，能够更高精度地对对象物的劣化进行评价。附图标记说明1…试验片；2…加热器；3…水；4…空气。当前第1页12