遅れ破壊

2014年1月27日更新

鉄鋼材料が大きな力を受けると、それに耐えかねて形が変形したのち、破断したり、破壊されたりしますが、「遅れ破壊」とはその力を受けたそのときには形が変わらずに、突然もろく破壊される現象全般を指しています。

産業用途には鋼の部材が多く使われているのでそれを例にすれば、たとえば高い強度を持つ鋼製の部材に、大きな負荷がかかった場合、凹んだり、曲がるなり、伸びたり、収縮したりといった「塑性変形」を引き起こします。端的にいえば、大きな力を受けたので形が変わってしまうということですが、何かの力が加わって形が変わっていないにも関わらず、力を受け続けることである突然壊れてしまうのが「遅れ破壊」です。もろく崩れるように壊れるため、脆性破壊ともいわれ、イメージとしては、レンガや石などのようなものが形は変わっていないのに、ボロボロと崩れるように折れてしまうのに似ています。

この遅れ破壊が恐ろしいのは、壊れる際に何の前触れもなく、壊れてしまうため、衝撃を吸収するバッファーが存在せず、鉄鋼の強みのひとつである「粘り強さ」「靭性」といった強度パラメータが意味を成さなくなっていることです。建築材の構造材料であれば、たとえば地震などの揺れによって変形する際の負荷と、完全に破壊されるまでの負荷との間に差が設けてあり、自動車のボディーの素材であっても衝突によるエネルギーをある程度吸収するような鉄鋼材料が使われています。

遅れ破壊を起こすような素材は、金属組織自体が脆化しており、こうした性能が望めなくなっています。

原因としては、水素が何らかの形で金属の中に入ってしまい、金属組織がもろくなってしまっていると考えられます。これを水素脆化ともいいます。水素が入る経路としては、めっきをはじめとする表面処理の工程によるものと、空気中から吸ってしまう場合とがあります。

水素を吸って貯蔵しておく性能をもつ水素吸蔵合金は別の用途で研究がなされてきていますが、こと高強度を求める鉄鋼材料にとっては、水素は天敵ともいえます。

水素脆化による遅れ破壊は、引張強さが加わった際に起き、また切り欠け(ノッチ)のような応力集中が起きているような箇所で発生しがちです。

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