金属疲労メカニズムと疲労強度の向上技術

機械部品のみならず、橋梁などの構築物における金属疲労についてはマスコミでも取り上げられ既に周知されているところです。その原因の多くが設計段階でのミスとされています (次に過負荷,環境の順) 。安全を見過ぎた設計をすれば製品として成立しないか、または競争力を失うことになります。また、き裂を早期発見しようとしても高額な費用を要するばかりでなく、発見が困難な場合が殆どです。なによりも信頼性を確保した上での適切な強度設計が大切なのです。疲労は微小なき裂が少しずつ進展して破壊に至るミクロな現象のため多くの要因 (材料、使用環境など) の影響を受けます。このため疲労破壊のメカニズムをある程度理解しておくことが必要です。 　こうしたことから、本研修では、金属材料強度の基礎知識から、疲労のメカニズムおよび疲労強度の向上方法までの幅広い範囲を実例や講師の経験も交えながらできるだけわかり易く、しかも本質的な技術ポイントを押さえながら研修し、実際に役立つ知識としていただくことを狙います。

1. 導入
   1. 金属疲労とは
   2. 製品・構造物の破壊形態
   3. 疲労破壊事故事例紹介
   4. 疲労強度が必要な製品例紹介 (自動車部品,ねじ,他)
   5. 代表的金属の強度とその材質的要因
2. 結晶構造と強度
   1. 結晶構造と結晶のすべり面
   2. 純金属 (完全結晶) の理論せん断応力と実測値との乖離
   3. 結晶の欠陥と強度
      1. 点欠陥と線状欠陥 (転位)
      2. 転位の運動による金属の変形メカニズム
      3. 結晶粒界 (結晶粒の大きさ) と強度
   4. 金属の基本的な強度向上方法 (転位を動きにくくする方法)
      1. 固溶体硬化
      2. 結晶粒微細化
      3. 析出硬化
      4. 加工硬化
      5. 変態硬化
   5. 材料強度評価方法および応力
      1. 金属組織の観察方法
      2. 硬さ試験方法
      3. 引張試験および応力と降伏条件
      4. 破面観察 (代表的破面)
3. 疲労強度
   1. 金属疲労のメカニズム
   2. 疲労試験方法 (各種試験機,試験応力表示方法,試験周波数の影響)
   3. 疲労強度の表し方と疲労限度
   4. 疲労限度が存在する理由,ギガサイクル疲労
   5. 低サイクル疲労と高サイクル疲労
   6. 疲労強度への形状因子の影響
      1. 表面粗さ
      2. 応力集中係数
      3. 応力勾配
      4. 寸法効果
   7. 切欠き係数
   8. 疲労き裂の停留と疲労限度
   9. 疲労限度線図 (疲労限度への平均応力の影響)
   10. 許容疲労強度 (無限寿命) 算定の概念
   11. 実働応力の扱い方 (応力波形の読み取り方法,マイナー則)
4. 疲労強度向上方法と環境因子の影響
   1. 疲労強度に及ぼす材料因子の影響
      1. 硬さ (引張り強さ)
      2. 介在物
      3. 鋳造材料
      4. 溶接部
   2. 表面硬化処理による疲労強度向上
      1. 代表的な表面硬化処理 浸炭焼入れ,高周波焼入れ,軟窒化,ショットピーニング,表面ロール加工
      2. 疲労強度向上のメカニズム (圧縮残留応力など)
      3. 圧縮残留応力の機械的付与方法
      4. 残留応力の測定方法 (X線回折)
   3. 疲労強度に及ぼす環境因子の影響 (鉄系材料)
      1. 温度
      2. 腐食環境
      3. 窒素ガスと水素ガス環境
   4. 疲労強度に及ぼす水素の影響 (鉄系材料)
      1. 鉄系材料への水素侵入量 (腐食環境,高圧水素ガス)
      2. 高圧水素ガス中での鋼の疲労強度 (水素侵入量の影響)
      3. 塑性変形部への水素の集積 (事例紹介)
• 質疑応答