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フレッティング疲労特性評価

目的

ボルト・リベット継手、はめあい軸、タービンブレード勘合部などでは、部材相互の接触端部において相対的に微小すべりを生じ、化学的作用(フレッティングコロージョン)と力学的作用(繰り返し応力)の重畳により、一般的な疲労強度よりも低い応力条件でフレッティング疲労と呼ばれる損傷を生じる場合がある。
 材料のフレッティング疲労強度を実験的に評価する手法を確立するとともに、この試験方法によりフレッティング疲労防止策を検討した(図1)。

方法

評価試験片:  特殊鋼平板
押し付けパッド:  炭素鋼(押し付け圧200MPa)
試験機:  油圧サーボ疲労試験機
荷重方法および波形: 軸力(片振)、正弦波

試験装置・ソフト

油圧サーボ疲労試験機

結果

(1)フレッティング条件では通常疲労の50%程度に疲労限度が低下した。ショットピーニング処理によって通常疲労における疲労限度は若干向上するに留まったが、フレッティング条件では疲労限度の改善効果は顕著であり、ピーニングをしない材料の通常疲労並みの強度が得られた(図3)。
(2)通常疲労ではピーニングによる圧縮残留応力の小さい内部から破壊するためにピーニングの効果は余り現れないが、フレッティング疲労ではパッドとの接触端部(表面)から疲労破壊する(図2)ためピーニングによる圧縮残留応力が疲労強度向上に有効に寄与することがわかった。

お客様の成果

(1)本試験によりフレッティング条件下での疲労強度データが得られ、このような条件で使用される機器の疲労設計に活用できた。
(2)また、材料の置換、表面処理などによるフレッティング疲労強度の改善の程度を明らかにすることができた。

イメージ ※クリックすると拡大します。

  • 図1 パッド押し当て方式によるフレッティング疲労試験方法
  • 図2 フレッティング疲労破壊事例
  • 図3 ショットピーニング処理による通常疲労とフレッティング疲労強度の改善事例
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