オートフレッタージュ

オートフレッテージとは、圧力容器（厚肉）に莫大な圧力をかける加工硬化処理のことで、これにより部品の内部が塑性変形し、圧力が解放されると内部に圧縮残留応力が生じます。オートフレッテージの目的は、最終製品の圧力容量を増やすことです。材料に圧縮残留応力を生じさせることで、応力腐食割れに対する耐性も高まります。応力腐食割れとは、材料が腐食環境に置かれ、引張応力が存在する場合に発生する、機械的に助長されない割れです。この技術は、高圧ポンプシリンダー、軍艦や砲身、ディーゼルエンジンの燃料噴射システムの製造によく使用されます。加工硬化処理により、砲身の耐用年数もわずかに延びます。オートフレッテージによってある程度の加工硬化が生じますが、それが主な強化メカニズムではありません。

出発点は、必要な口径よりわずかに小さい内径の単一の鋼管です。管には、内径を拡大するのに十分な大きさの内部圧力がかけられ、その過程で金属の内層が弾性限界を超えて張力で引き伸ばされます。つまり、内層は、内圧が除去された後も鋼が元の形状に戻らない程度まで引き伸ばされます。管の外層も引き伸ばされますが、プロセス中に加えられる内部圧力の程度は、外層が弾性限界を超えて引き伸ばされない程度です。これが可能な理由は、管の壁を通る応力分布が不均一であるためです。応力の最大値は、圧力源に隣接する金属で発生し、管の外層に向かって著しく減少します。ひずみは弾性限界内で加えられる応力に比例するため、外層の膨張は内径よりも小さくなります。外層は弾性が残っているため、元の形状に戻ろうとしますが、新しく永久的に引き伸ばされた内層によって完全には戻りません。その効果は、組み立て式銃のように金属の外側の層が収縮されたのとほぼ同じように、金属の内側の層が外側の層によって圧縮されることです。これは、厚肉管を多層管と仮定すると理解しやすくなります。次のステップは、圧縮歪みを受けた内側の層に低温処理 (LTT) を施すことです。これにより、弾性限界が少なくともプロセスの最初の段階で使用されたオートフレッタージュ圧力まで上昇します。最後に、もう一度内部圧力をかけることで銃身の弾性をテストできますが、今回は、内側の層が新しい弾性限界を超えて伸びないように注意します。最終結果は、銃身の内面に、銃が発射されたときに誘発される引張応力を相殺できる残留圧縮応力が生じたものです。さらに、材料は加工硬化により引張強度が高くなります。^[1]

大砲の歴史の初期には、少数の弾丸を発射すると、新しい大砲の銃身がわずかに拡大し、硬化することが観察されていました。^[2]歴史的に、最初のタイプのオートフレッタージュ・アヴァン・ラ・レターは、1869年にサウスボストン鉄工所のサミュエル・B・ディーンが発明し特許を取得した青銅製の砲身のマンドレリングでした。^[3]しかし、これはアメリカ大陸では使用されておらず、 1870年代半ばにフランツ・フォン・ウカティウスが許可なく^[4]コピーしました。鉄鋼業のないヨーロッパのいくつかの国では多少使用されましたが、オーストリア=ハンガリー帝国を除くすべての国ですぐに鋳鋼に取って代わられました。オーストリア=ハンガリー帝国は第一次世界大戦まで時代遅れの技術に固執し^[6]、そのため大砲の能力が低下しました。^[7]

同じ原理で鋼鉄製の砲身を強化するという問題は、フランス植民地砲兵大佐ルイ・フレデリック・ギュスターヴ・ジャコブによって取り組まれ、1907年に油圧で砲身を加圧することを提案し、「オートフレッタージュ」という用語を生み出した。1913年、シュナイダー・クルーゾはそのような方法で14cm L/50の海軍砲を製作し^[8]、特許を申請した^{[9] 。しかし、そのような技術を産業規模で実施するには、塑性変形の超越方程式の解を近似する数値的手法が必要であり、これは第一次世界大戦中にフランスの数学教授}モーリス・ドカーニュとシュナイダーの技術者ルイ・ポタンによって開発された^{[10] 。}

現代の慣習では、わずかに大きめのダイが油圧駆動のラムによってゆっくりと銃身に押し込まれます。ダイの初期アンダーボア量とオーバーサイズは、銃身の周りの材料を弾性限界を超えて塑性変形させるように計算されます。最終的なホーニングとライフリングの後でも、銃身の内面には残留圧縮応力が残ります。

この技術は、石油やガスの井戸の穴の下にある管状部品の拡張に応用されています。この方法はノルウェーの石油サービス会社 Meta によって特許を取得しており、同社はこの技術を使用して、上記の密閉性と強度特性を備えた同心円状の管状部品を接続しています。

オートフレッテージという用語は、複合材オーバーラップ圧力容器（COPV）の製造工程において、複合材オーバーラップ内部のライナーを（塑性変形によって）拡張する工程を表すためにも使用される。^[11]

• ショットピーニングは圧縮残留応力も誘発する
• 砲身を強化する古い方法である組立式砲

• ホワイトペーパー オートフレッタージュ