繰り返し応力と靭性の関係

Question

鋼材を使用する環境で、一定間隔で塑性変形しないまでの繰り返し応力が
かかる部位に使用するケースがあります。（特に鍛造金型など）
その際に繰り返し応力に優位にする為に材料の靭性を上げる方がいいと
言われる事を耳にしました。

しかし、靭性を上げるとなぜ繰り返し応力に優位になるのか理解できません。
繰り返し応力に対しては疲労限を上げるのが一番（=引張強度をUP)が有効な
手段だと考えています。何か他の意味合いがあるのでしょうか？小生としては
見当がつきません。
　
　何か知見をお持ちの方がいましたら、ご教授願います。

Accepted Answer

理解し難い内容です。
靭性と衝撃、繰り返し応力と疲労（限界）と考えます。
多分、貴殿と同じ考えと思います。
但し、S45CやSCM435の丸棒を高周波焼入れすると、表面はS45CでHRC40以上、SCM435でHRC50以上
となり、内部は丸Ｈ材（調質材）を使用すれば調質材のままなので靭性のある丸棒となります。
そして、曲げ応力に対しては、表面の硬度が上がっているので引張強さがアップし、その引張強さ
がアップしている表面層がパイプ効果と同じ作用で、結局曲げ強さのアップとなります。
結果的に、S45CやSCM435の丸棒を高周波焼入れすると、靭性が増して（強度も増して）、繰り返し
応力に優位とはなりますが、主原因は焼入れによる硬度アップ（引張強さアップ）です。
言葉足らずの内容を耳にしているのではないでしょうか？

Answer

はじめは靭性も疲労限も同じようなものだろうっという感じで見てましたが、
曖昧な日本語も、このような技術的な分野では言葉は明確にしないとならない
靭性は材料を衝撃試験などで数値的に判断されるものとあるが、疲労限では
回転曲げや繰り返しねじりなどの応力振幅と回数だから確かに強さ・ねばさと
かで混同してしまうのは物事の根本自体を曖昧にしかねないと私も考え直した

Answer

日立金属が金型材料の鋼種、焼入硬さ、(面粗さ)、と金型の持ちについてデータを出しています。
私の如き浅学がグダグダ言うより、このグラフを(なるべくプリントして)同時に見れば正解が得られると思う。

【諸特性】
　　【靱性】
　　　　　【シャルピー衝撃】【抵折力】【硬さと引張強さ】【各鋼種の引張強さ】

【疲労強度】
　　　　　　の全項目が注意点として役に立つ

不二越の『超高靱性冷間型用鋼』なるカタログも面白い。　上の傾向と似てるが違うトレンドもある。

焼入れ硬さ　－　強度　→この材料は正比例。他のハイスは正逆あり
　　　　　　　　　　　　　　(前記のグラフの一部分と見れるか？)
　　焼入れ硬さ　－　シャルピー　→　この材料は正比例。他のハイスは逆

疲労特性　－　何故、他よりメッチャ良いのか？

『靱性』とは何か？　硬さ、引張り強さなのか？(これは殆ど有り得ないが)　
シャルピー値で言うのか？　疲労強度ならＮを何回にするか？
で、最も基本のどれだけの応力を作用させてるかの正確な値。それと加工精度、材料、熱処理のバラツキにも大きく左右されて実際の金型の持ち具合という結果が出てくる、、、と書くのは簡単だが、、、

繰り返し応力と靭性の関係