金属の疲労強度、耐疲労性

2013年1月5日更新

金属の疲労強度は一定の力が無限回繰り返しかかったとしても部材が壊れない力はどのくらいかを示す指標です。疲労強度は引張強さと相関関係にあり、引張強度の高いものほど疲労強度も強くなります。

一般に、鉄鋼の場合は生材の状態で、引張強さの約50%(熱処理したものなら約45%)が疲労強度といわれています。

引張強さと硬度があるレベルまでは相関関係にあるため、ブリネル硬度(HBS)の450程度までならば、硬度の高いものほど疲労強度に優れているということがいえます。これ以上になると、材料の脆さや残留応力の関係で、引張強さが伸びていかないため、疲労強度も相関しなくなります。

疲労強度の高い鋼材を得る場合には、熱処理でHRC40〜45を狙い、表面の平滑性を維持しつつ、残留応力は圧縮方向のものを与えるような加工を施すのがよいとされますが、部材の大きさによっては焼入れがうまく入らず、HRC45を実現できないこともあります。こうした場合は、鋼種を変更し、より焼入れ性の高い合金鋼などの使用も候補としてあがってきます。

このような事情から、疲労強度、耐疲労性の向上には熱処理が非常に大きなウェイトを占めることがわかると思います。生まれの成分がよい鋼を使っても、熱処理の入り方次第では、十分な疲労強度を引き出すことができないということです。

なお、金属は寸法が大きいほど疲労強度もそれに応じて低下していきます。かかる力の種類によっても変わり、曲げに対する疲労、ねじりに対する疲労であれば、20%以上低下することも珍しくありません。引張疲労、圧縮疲労の場合は、寸法の大小によってあまり違いが出ないとされています。

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