残留応力とは

残留応力とは、外部から力が加わっていない状態でも、材料内部に残っている応力のことです。

溶接、切削、研削、塑性加工、熱処理、表面処理などの工程では、材料内部に不均一な変形や温度差が生じることで、加工終了後にも応力が残る場合があります。

残留応力には、大きく分けて「引張残留応力」と「圧縮残留応力」があります。

引張残留応力は、疲労亀裂や応力腐食割れなどの発生・進展に影響する場合があります。一方、表面に適切な圧縮残留応力を付与することで、疲労特性の改善を図る表面処理もあります。

製品の強度・寿命・寸法安定性を評価するうえでは、材料内部に残る残留応力を把握することが重要です。

残留応力が発生する主な原因

残留応力は、製造・加工工程における不均一な変形や温度変化によって発生します。

＜溶接＞

溶接部が局所的に加熱・冷却されることで、膨張・収縮が不均一となり、溶接部やその周辺に残留応力が生じます。

＜切削・研削などの機械加工＞

加工による塑性変形や加工熱によって、材料表面や加工層に残留応力が発生する場合があります。

＜熱処理＞

焼入れや加熱・冷却時の温度差、相変態などによって材料内部に応力が残ることがあります。

＜塑性加工＞

曲げ、プレス、圧延などの加工では、部位ごとの変形量の違いによって残留応力が生じます。

＜表面処理＞

ショットピーニング、コーティング、めっきなどによって、表面層に意図的または副次的な残留応力が形成される場合があります。

• 腐食
• 腐食形態
• 重量変化
• 腐食速度
• 耐薬品性

残留応力が製品に与える影響

残留応力は外観から確認できない場合が多いものの、材料や製品の品質・信頼性にさまざまな影響を与える可能性があります。

＜変形・寸法変化＞

加工後や経時的に応力が解放されることで、反りや変形が生じる場合があります。

＜疲労特性への影響＞

繰り返し荷重を受ける部品では、引張残留応力が疲労亀裂の発生・進展に影響する場合があります。

＜応力腐食割れ＞

腐食環境と引張応力が重なることで、応力腐食割れ（SCC）が発生する場合があります。

＜破損原因の一因＞

材料強度や使用荷重だけでは説明できない破損について、残留応力が要因となっている場合があります。

クリアライズでは、残留応力測定を疲労・応力腐食割れ・変形などの予防や損傷原因究明に活用しています。

残留応力の主な測定方法

残留応力には、測定対象や知りたい深さ、非破壊で測定したいかどうかによって、複数の測定方法があります。

＜X線回折法＞

材料にX線を照射し、結晶格子の間隔変化から残留応力を算出する方法です。材料表面の残留応力を非破壊で評価できることが特長です。

＜ひずみゲージ切断開放法＞

測定位置にひずみゲージを貼り付け、周囲を切断して応力を解放した際のひずみ量から残留応力を算出します。

クリアライズでは、X線回折法による非破壊測定と、ひずみゲージ切断開放法による測定に対応しています。