金属の熱特性（膨張率）について教えてください

質問

みなさまこんにちは。
炭火までの距離が１５ｃｍという過酷な環境で使用するための金具を設計しています。
200mmX200mmX1.5mm（たてXよこX厚み）のプレートを加工して金具を作り上げます。
材料の候補は、スチールとステンレスです。
繰り返し洗浄する関係でステンレスを採用したいのですが、熱膨張率の高さが気になります。
４００℃の熱が加わる環境で、はたしてどの程度プレートにソリが発生するものなのでしょうか？
（プレートはネジで固定して使用するので、できればソリは小さいほうがよいのですが）
また、加工方法（曲げ・絞り）によっても、ソリの大きさは違ってくるのでしょうか？
一般的なご意見でもかまいません。
よろしくお願いします。

回答No.5

noname#230359 · ベストアンサー

SUS304（18Cr-8Ni）の場合、400度で200mmが約201.4mmに膨張します。
SUS430（18Cr）の場合は普通鋼とほぼ同じ膨張率で、400度で200mmが約200.8mmに膨張します。
対角線で見るとその1.4倍の伸び量になります。
いずれの場合もねじで完全固定をすると、逃げがないため10mm前後の反りがでるか、ねじの頭が飛ぶ可能性が大です。これを防止するためには、１箇所のねじだけ完全固定し、他のねじは上記膨張量より大きな馬鹿穴をプレートにあけ、プレートが膨張したときにスライドで逃げられるような構造にする必要があると思います。
プレートが薄いので上下の温度差による反りは心配ないかと思われますが、炭と反対側に気持ちひとつドーム状にしておけば安心です。

お礼

essen様

ご回答ありがとうございました。
対角線のソリを最も危惧していました。
ご指摘のような可能性が少しでもある限り、製品化には慎重にならなくてはいけないと思います。
テストを繰り返して、調整していきたいと思います。
またよろしくお願いします。

nkmr

回答No.4

noname#230359

ご希望に合うかどうかはわかりませんが・・・。
見当違いでしたらごめんなさい。

もしかして、このような用途には鋳物はどうでしょうか。
特に岩手県の南部鉄器は非常に具合が良いと聞いています。
先日、岩手に行って見てきたばかりです。
参考までに。

お礼

ok_eng様

ご返信ありがとうございました。
確かに南部鉄器の美しさは目を瞠るものがあります。
一度検討したことがあるのですが、コストの面で折り合わず宙に浮いた状態です。
しかしながらコストの壁に再挑戦する価値はあると思います。
またよろしくお願いします。

nkmr

回答No.3

noname#230359

ちなみに、焼肉網の洗浄機を過去に製作したことがあります。
洗浄も含めてご協力できるかもしれません。
また何かございましたらよろしくお願いいたします。

お礼

nomura様

ご厚意まことにありがとうございます。
当方でしばらく検討してみます。
またよろしくお願いします。

nkmr

回答No.2

noname#230359

プレートになるまでにストレス（残留応力）がどの
ようにたまっているかで反り（変形）は決まります。
加工方法（熱処理を含む）により変わります。従って
一概に反りがどの程度かは、特定できませんが、
想像するに用途上問題はない程度のハズです。

線膨張係数が大きいとは、SUS304を指していると
思いますが、スチールの約1.5倍です。スチールが
100mm・1°C・1μmですから、2×400×1.5=1.2mm
です。（スチールの0.8mmと大差ないと思います。）

一般に普及しているものでご不満であれば、
ステンレス鋼　（PS-550 パーフェクトステンレス）
強さと耐食性の両方を兼ね備えた夢の？鋼材も
あります。（線膨張係数もスチールと同じ）

まだ、広く普及していませんが今後多くの場所で
利用されていくと考えられます。

お礼

K1様

ケースを想定してのご回答まことにありがとうございました。おっしゃるとおり、SUS304を念頭においていました。
PS-550も視野に入れて、さらに検討してみたいと思います。
またよろしくお願いします。

nkmr

回答No.1

noname#230359

あらかじめ、プレート面にR形状を加えて置かないとよじれる様に変形する可能性があります。

ちなみに、焼肉屋（網焼き）の物は、ゆがみを吸収するために、面にRをつけてあります。

お礼

nomura様

ご回答ありがとうございました。焼肉屋をキーワードにいろいろと検索してみます。
またよろしくお願いします。

nkmr