第一鋼業株式会社~熱処理用語

残留応力(ざんりゅうおうりょく)[s07]

応力とは、外力に対応する内部の反力を指しますが、残留応力とは、その外力を除去しても残っている応力をいいます。

焼入れなどによって強度が増すという状態は、外力に対する抵抗力(つまり、応力)を高めることをしているということで、それはいいことなのですが、熱処理でいう残留応力は、それが変形や破壊などに及ぼす「悪いもの」として取り上げられることが多いようです。

残留応力は、大きく分けて、引張応力と圧縮応力などとして作用しますが、一般的に、品物の表面部分に圧縮応力が加わっている状態が良いとされますし、切り欠き部などで引張応力が集中すると、割れなどが起こるために良くない・・・などの説明をされます。



品物を焼入れして硬化すれば、体積膨張が起こるので、それによって応力が増加し、それが、品物の部位によって、引張力や圧縮力として働きます。

応力が均一に分布するような単純形状の品物では問題が起きませんが、通常の品物の各所ではその強さが異なるので、特に、特定部分に引張力が集中して、それが材料の持つ強度を上回ると、その部分からの破壊につながるとされます。
これは、形状的な応力集中によるマクロ的な破壊原因の例として説明されます。

もう一つはミクロ的な見方で、表面熱処理(例えば高周波焼入れ)をすることによって、表面に圧縮残留応力がある状態になると、疲れ性(疲労強度)が増加するという効果を得るための熱処理があります。

また逆に、熱処理中に品物の表面に脱炭(鋼中の炭素分が減り、硬化しにくくなる現象)が生じると、品物の表面に引張応力が残留することになり、焼割れや使用中の破損が生じやすい・・・ というような説明がされます。

応力は硬さの変化などで測定されることもありますが、結晶粒の歪の程度をX線でで測定して、数値で表示されることも多いようです。

ただ、品物の「割れ原因の調査」などで、破壊した後に品物を測定することもありますが、破壊によって応力の状態が変化してしまうので、破壊前の状態を知ることが難しいですし、また、破壊が応力状態によるものかどうかを特定することも簡単ではありません。

このような破壊の原因になる残留応力の集中を緩和するために、「鋭角部をなくす」「隅角部はRをつけてなめらかにする」・・・などの対策をつねに考えておく必要があります。


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