キャビテーションジェットを用いたシリコンマンガン鋼SUP7の疲労強度の改善

キャビテーションジェットを使用して材料表面に圧縮残留応力を導入することで金属材料を強化することが可能であり、崩壊したキャビテーションバブルの衝撃がショットピーニングと同様に表面をぴーんします。キャビテーションジェットを使用して材料の疲労強度の改善を示すために実験的な研究が実施されました。シリコンマンガン鋼JIS SUP7が試験材料として選ばれました。なぜならJIS SUP7はショットピーニングの後にバネ材料として使用されるからです。試料は、上流圧力p1=20 MPa、下流圧力p2=0.28 MPa、キャビテーション数σ=p2/p1=0.014、ノズルスロート直径d=0.842 mm、スタンドオフ距離s=31 mmの条件でキャビテーションジェットにさらされました。圧縮残留応力が最も有意な値を取るスキャン速度vは0.25 mm/sでした。上記の条件下でキャビテーションジェットによってぴーんされた全ての表面に圧縮残留応力が導入されました。試料の疲労強度は４点曲げ試験によって調査されました。最小曲げ応力σm/nは123 MPaに固定され、荷重の振幅が変動されました。キャビテーションジェットによってぴーんされた材料の疲労強度は約440 MPaであり、これはピーニングなしの強度よりも約10%強いことが示されています。