材料の引っ張り強さと疲労強度（加工硬化とからめて）

質問

材料の疲労強度と引っ張り強さには相関がある、つまり引っ張り強さの強い素材は疲労強度も強いと教科書にかかれておりました.

ところで，材料は加工硬化することにより引っ張り強さが増していきますが，この材料はどんどん疲労強度が上がっていくと考えていいのでしょうか？なんとなく，あまり加工硬化すると，ジンセイが失われて壊れやすくなりそうなイメージがあるのですが.このイメージは間違っているのでしょうか？アドバイスお願いします.

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

焼き入れと同様で、加工硬化で硬度（引張強さ）を増すと考えて下さい。

特に、SUSで硬度を増したいが、粒界腐食等の問題が…なら。

SUS304CSPやSUS301CSPの加工硬化によるバネ材で使用します。

疲労の関係は、焼き入れと同じです。

焼き入れや加工硬化でのバネ材が、貴殿の記述なら使用ができないと

なる筈です。

お礼

つまり，冷間加工により疲労寿命が損なわれることは無いよ、と受け取ってよろしいでしょうか？

回答No.4

noname#230359

私の回答が稚拙だったようで色々他の皆さんからも
回答が投稿されており自分も勉強になります。

私の回答は材料が疲れを生じる試験を行うなかで、加工硬化
を起こしそれで疲れ限度の変化に現れるかを回答したのですが
ちょっとずれていたようです。
一般に1/2H,Hといった記号は冷間加工あるいは調質によるもので
調質すると結晶粒が調整されるため通常調質してない場合
に比べ疲れ限度は向上します。
また冷間圧延における圧延方向と、圧延された際の結晶粒が
均一に圧延されているなどによっても向上します。
これは圧延した向きとそれに掛ける力の方向によって材料の
曲げに対する強さ（繰り返し曲げ）に違いがでるといった現象
で理解できるかと思います。

疲れ限度自体は他の回答者さんも述べているように表面粗度
や色々な潜在欠陥、後天欠陥などによっても影響を受けます
ので、使われ方等の考慮はとても重要です。

回答No.3

noname#230359

先日、SUS304の両振りねじり・疲れ限度という質問があって・・・ここで公開

両振りねじりの疲れ限度σw=k1xk2/βkxσwo・・・基本式とする（材力参考書）
ここで、使用記号と数値を仮定・・・寸法効果による低下率k1=0.78
，仕上げ効果（ショットピーニング無）その他による低下率k2=0.9
，切欠係数βk=0.9,　標準試験片の疲れ限度σwo=225MPaと以上で仮定すると
実際の疲れ限度　σw=175MPa=17.8kg/mm2　という感じになると思いますが、
更に安全率を仮定し1.74とするとσws=100MPa=9.8kg/mm2（仮答：判り易い）

疲労強度はその他に腐食、加工、熱処理、温度などにも影響を受けるらしいが
個人的には,質問が加工硬化をいう位なので、恐らくSUS304-WPBとかの
ステンレス鋼線（ばね材料）を言っていると思いますが、この場合は特に-
熱処理温度によってもかなりの差異がでるようです。また、ショットなどでの
疲労強度の向上ということも限度があるようで（前回答）30％upが限度らしい

お礼

一度お礼と補足をかねて書き込みします.

SUS301-CSPを用いているのですが，その調質を1/2H,3/4H,H,EHと変えていくと疲労限度があがっていくようなのです.つまり冷間加工率をあげた材料の方が同じ応力ﾚﾍﾞﾙでの疲労寿命が長いということになります.

ただ，なんとなくですが，あまり冷間加工しすぎると割れてしまうようなイメージがあったのでこのような質問をしております

回答No.1

noname#230359

教科書ということなので学生の方でしょうか？
もし試験課題であれば文献を調べて苦労されると力になるとおもいます。

１．疲労強度は材質によって様々で、引っ張り強さが強いと疲労限度が高い
傾向があるのは本当ですが、Ｓ－Ｎ曲線を調べると分かりますが、疲労
強度が出ない（Ｎに対し安定な荷重が見られないで、低下し続ける）
素材もあります。

２．加工硬化は再結晶温度以下で、材料が変形すると発生します。
これは金属の結晶組織の線欠陥層に近傍の金属原子が再配置
（転位）されていくことで素材が破壊せずに変形します。このとき
結晶は外力により押しつぶされながら転位していくので組織的に
密になっていきます。これが加工硬化となって現れいくわけです。
では何回も続けていくと組織はどんどん密になっていくため欠陥層
に移り変わりの自由度が制限されていくためうまく転位できなく
なります。
転位がうまくできない部分は破壊しながら素材が変形し、つながっ
ている部分で外形を保っています。
やがて転位がうまく行かない部分の亀裂が伝播して、外形を保てず
素材が破断します。（疲労破壊）

加工硬化により素材の強度が確かに強くなりますが、疲労限度以上
の繰り返し応力を掛け続ければ、内部で亀裂の進行が進んで行きま
すので加工硬化が進めれば進めるほど疲労強度が増すというのは、
一般的に考えにくいです。
大よそ加工硬化による疲労限度の影響度は全体の数％程度で、亀裂
進行があれば、外観では判断できないまま、破断する応力以下で、
いきなり破損しますので疲労限度を設計に用いたりしてるのです。

ですのでＳ－Ｎ曲線は素材でグラフ化していますが、同一素材で
加工硬化した素材、していない素材でグラフを採ったりはして
いません。（降伏点以上の応力をかけて試験していればそのなかで
加工硬化は起きていますので、とる必要もありません）

お礼

ありがとうございます.

圧延材料のS-N曲線を見ますと，冷間加工率ごとに用意されており，加工率の大きいもののほうが疲労限界がおおきくなっておるのですが・・つまり調質の違いにより疲労特性が違うと思うのですがいかがでしょうか？