転造ねじは切削ねじと比べてステンレス鋼ボルトの耐疲労性をどのように向上させますか?

転造ねじは、ねじの形成方法とその結果得られる材料特性に関連するいくつかの重要な要因により、切削ねじと比較してステンレス鋼ボルトの耐疲労性を大幅に向上させます。ねじ山転造がどのように耐疲労性を向上させるかの内訳は次のとおりです。

冷間加工による材料の強化
ねじ転造は、ボルトの表面に圧力を加えて材料を所望のねじ形状に塑性変形させてねじを作成する冷間成形プロセスです。この冷間加工によりステンレス鋼の加工硬化が引き起こされ、表面層の硬度と強度が増加します。
冷間成形されたねじ山は圧縮残留応力が高いため、繰り返し荷重 (繰り返し応力) がかかっても表面に亀裂が入りにくくなり、ボルトの耐疲労性が向上します。対照的に、カットねじ切りでは材料が除去されるため、ねじ山が弱くなり、繰り返しの負荷によって亀裂が発生しやすくなります。

材料除去なし = 連続粒子構造
ねじ転造では、ボルトから材料が除去されることはありません。代わりに、材料が移動されてねじ山が形成されます。これにより、ステンレス鋼の連続粒子構造が維持され、ねじ山の輪郭に沿った構造になります。
この連続的な木目の流れを維持することにより、圧延糸はより強くなり、疲労に対する耐性が高まります。一方、ねじ切りを行うと結晶粒構造が切断され、応力集中点が生じ、時間の経過とともに疲労や破損が発生しやすくなります。

滑らかな表面仕上げ
転造ねじは一般に、切断ねじに比べて表面仕上げが滑らかです。表面がより滑らかであるということは、繰り返し荷重がかかる際に応力が集中する可能性がある、微細なノッチや工具跡などの表面の欠陥が少ないことを意味します。
切削ねじの場合、機械加工プロセスで小さな表面欠陥が残ることが多く、繰り返し応力がかかると亀裂が発生し、疲労破壊につながる可能性があります。転造ねじ山は表面がより滑らかなので、応力がより均等に分散されるため、亀裂が発生しにくくなります。

残留圧縮応力
ねじ転造プロセスでは、ねじのルート (ねじの最下部) で材料に圧縮残留応力が導入されます。ほとんどの疲労破壊は表面から始まり、圧縮応力が亀裂の原因となる引張応力を打ち消すため、これは有益です。
切削ねじの場合、機械加工プロセスではこれらの有益な圧縮応力が誘発されず、材料に残留引張応力が残る可能性さえあり、疲労荷重下で亀裂の発生と伝播が促進されます。

ストレス集中の軽減
ねじ転造によって生じる滑らかな移行と丸みを帯びた輪郭により、ねじの谷底などの重要な点での応力集中が軽減されます。対照的に、切断されたねじ山は多くの場合、より鋭い遷移を持ち、これが応力上昇として機能し、これらの領域に疲労亀裂が形成される可能性が高くなります。
転造ねじの応力集中が低いということは、ねじが破損することなく、より多くの負荷サイクルに耐えることができることを意味し、ボルトが繰り返し荷重と取り外しにさらされる用途により適しています。

疲労寿命の延長
より滑らかな表面仕上げ、圧縮残留応力、連続的な粒子の流れ、および転造ねじにおける応力集中の軽減の組み合わせにより、ねじの疲労寿命が大幅に延長されます。 ステンレス鋼のボルト 。これは、航空宇宙、自動車、構造工学など、動的または周期的な荷重がかかるアプリケーションでは特に重要です。
研究によると、転造ねじは切断ねじと比較して疲労寿命を 4 ～ 5 倍も延ばすことができるため、高応力や疲労が重要な用途には推奨される選択肢となっています。

結論として、転造ねじは以下によりステンレス鋼ボルトの耐疲労性を向上させます。
冷間加工により材料を強化します。
連続粒子構造を維持します。
欠陥の少ない、より滑らかな表面を生成します。
有益な圧縮残留応力を導入します。
ねじ根元の応力集中を軽減します。
これらの要因を総合すると、転造ねじは、切断ねじと比較して、繰り返し荷重下での耐久性が大幅に向上し、要求の厳しい用途におけるステンレス鋼ボルトの疲労性能と寿命が向上します。