腐食疲労

腐食疲労とは

腐食疲労とは、腐食性の環境下で繰り返しの応力を受けることによって発生する材料の疲労現象を指します。この現象は、腐食と応力が同時に作用することで、それぞれが単独で影響する場合よりも大きな材料損傷を引き起こします。

特徴

腐食疲労の最大の特徴は、腐食と繰り返し応力が同時に作用することで、通常の繰り返し応力のみの場合に比べて強度が著しく低下するところにあります。金属材料が腐食疲労を受けやすい環境としては、塩水や酸溶液が典型例です。実際には、真空状態では腐食は発生しませんが、乾燥した大気中でも限定的な腐食が起こりうるため、大気中も腐食疲労を引き起こす環境の一つと見なされます。

腐食疲労の具体的な影響を考えると、例えば鉄鋼のように大気中で疲労限度を持つはずの材料でも、腐食環境下でその限度が失われ、応力の繰り返し数が10^6〜10^7回の範囲であっても強度低下が続くことが確認されています。これは大気中での疲労限度以上の応力を考慮した場合でも、腐食環境では相対的に少ない繰り返し数で疲労破壊に至ることを示しています。このような腐食疲労による強度低下を理論的に予測する手法は、現在も確立途上にあります。

さらに、繰り返し応力の速度が腐食疲労においては特に影響を与える点も重要です。他の疲労のケースでは応力の繰り返し速度が強度に及ぼす影響は限定的ですが、腐食疲労の場合は繰り返しの速度が遅いほど強度が低下する傾向が見られます。

この分野に関連するもう一つの重要な現象は応力腐食割れですが、こちらは静的荷重下で発生します。応力腐食割れは、特定の環境と材料の組み合わせでのみ起こる傾向がありますが、腐食疲労はより広範な条件で発生します。腐食疲労が特に問題となる場所には、油田用のサッカーロッドや海洋構造物などがあります。

歴史

腐食によって疲労寿命が短くなる問題は、歴史的にも認識されてきました。第一次世界大戦中には、掃海艇の防雷具に使用されていた鉄鋼製のケーブルが海水に影響を受けて疲労破壊が進行することが問題として提起されました。1971年、B.P. Haighはアンモニア環境下での黄銅の疲労試験を行い、腐食環境下での同時疲労により強度が著しく低下することを報告しました。

この研究により腐食疲労の研究が本格的に開始されたとされています。また、1926年にD.J. McAdamによって「腐食と繰り返し応力の同時作用による損傷」という定義が示され、腐食疲労(corrosion fatigue)という用語が初めて用いられました。以降、異なる環境下での材料とその疲労強度のデータが収集され、研究が進展しています。

参考文献

• - 日本材料学会 編『疲労設計便覧』（第3版）養賢堂、2008年10月1日。ISBN 978-4-8425-9501-6。
• - 大路清嗣、中井善一『材料強度』（第1版）コロナ社、2010年10月20日。ISBN 978-4-339-04039-5。
• - 松島巌『腐食防食の実務知識』（第1版）オーム社、2007年3月31日。ISBN 4-274-08721-2。
• - 江原隆一郎「構造材料の腐食疲労研究の現状と今後の課題」『日本機械学会論文集 A編』第59巻第557号、日本機械学会、1993年1月25日、1-11頁。doi:10.1299/kikaia.59.1。

関連項目

• - 疲労 (材料)
• - 金属疲労
• - 材料強度学
• - き裂
• - 応力腐食割れ
• - 疲労限度

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