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ばね鋼の焼入れの必要性
- ばね鋼（ＳＵＰ９Ａ）の焼入れについて疑問があります
- 機械的性質の観点から焼入れの必要性を検討しています
- 焼入れをせずに使用しても問題はないのか知りたいです
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素材の弾性を利用した所謂「ばね」としてご使用なのであれば、熱処理（焼入れ後高温焼き戻し）はまず必須です。 皆さん仰るとおり、素材の弾性係数は熱処理の有無に関わらず一定で、ためにばねの撓み量も熱処理で変化するものではありません。 おそらくこの点で熱処理の必要性に疑問をお持ちなのだと思います。 熱処理の目的はまず、硬さ＝引張り強さを作り込み、素材の弾性限を引き上げて「へたり」を防ぐことです。 （ＨＲＣ４８位までは、引張り強さは硬さに比例して強くなります。） ばね鋼の場合は、ＨＲＣ４５の硬さを狙いますが、この硬さは焼入れ焼戻しをしないと得られません。 熱処理前の硬さはせいぜいＨＲＣ２７前後で、これだとすぐに「へたり」が出ます。 ※ 熱処理前のばねに荷重を付加して後解除すると、自由長が低くなっているはずです（圧縮ばねの場合）。これが「へたり」（塑性変形した状態）です。 もうひとつの目的は高い靭性（粘り強さ）を付与し、疲労強度と衝撃値を高めることです。 素材に高い靭性を与えるには、組織をパーライトからソルバイトに変化させる必要があります。 ソルバイトの衝撃値はパーライトの２～３倍にもなり、この組織もやはり、熱処理によってしか得られません。 ばね鋼の熱処理は「素材をＨＲＣ４５前後の硬さのソルバイト組織にし、弾性限と靭性を高める」行為と言えます。是非ぜひ、熱処理して下さい。 ちなみに「調質後のＨＲＣ４５」は機械構造用鋼などでも、最も疲労強度が高いとされています。説明が長くてすみませんでした。
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板ですか？板のSUPだとまず入手できないと思います。ひも付き材しかないと聞いています。製作を依頼すると数トンから数十トンになると思います。相当品とは言えないのですが、炭素鋼または炭素工具鋼あたりで代用するしかないのでは。 丸線だとSUPは線径13ミリ以上です。SUP10が一般的と思われます。SUP9Aの入手性はわかりませんが、手に入らない可能性も。 焼入れの必要性がないものに使用されるのであれば、価格の安い炭素鋼でも大丈夫じゃないのかなぁ？と思います。
お礼
回答ありがとうございます。 鋼材屋さんに問い合わせて１３πのＳＵＰ１０を検討しています。 これの中間部をえぐって４ｍｍ厚の板ばねに使用するつもりでいます。 下にも書いたように、予想されるかかる応力は４００Ｎ/mm 繰り返し数１００万回に耐えうる材料をご存じならば教えていただきたいです。
ばね鋼だからバネに使わなければならないということでも無いでしょうけど？ 一般に熱処理しない時の機械的性質は公開されていないと思うのですが？ もしバネに使うなら焼入れしないとピョーンっと戻って来ないような～ 化学成分C0.56-0.64、Si0.15-0.35、Mn0.7-1.0これから言うと生材のままでも かなりの硬度がありそうですね。C,Mnの多さから耐磨耗鋼のような感じです 何でも熱処理無しで使っても構わないが、折角の素材が勿体無い気がします
お礼
回答ありがとうございます。 下にも書いたように、材料屋さんに問い合わせて焼き入れ前の資料を頂きました。 やはり、ばね鋼と言うからには焼き入れをするべきなんでしょうが、何分、材料を薄く（４ｍｍ）加工した後に熱処理を行うべきか、またやるならば焼き入れ方法、温度、時間、さまざまな要素がわからないことだらけで不安な要素が多すぎるので、ならばやらなくても大丈夫そうな焼き入れ前の状態での使用を考えました。 また、焼き入れを検討している部材の中にねじを切ってある部分もあるので、その部分も考慮すると焼き入れに対しては抵抗があります。
鋼材の焼入れ強度と引張強さの関係は、以下を参照して下さい。 http://www.kuboya.com/ftechexch.htm 又は、以下の“硬度換算表データベース”の「硬度換算表」をクリックして下さい。 http://www.forming.co.jp/database/index.html そして、焼入れ等の鋼材物性は、“素材データベース”の「材料特性」を 許容応力の取り方は、 低使用回数 http://www.tokaibane.com/tech/img/tech_title5.jpg 高使用回数 http://www.geocities.jp/jitensha_tanken/fatigue.html を参照して下さい。
弾性係数は、バネ鋼の焼き入れ前と後でも変化はありません。 但し、硬度が増し、その硬度に比例して、引張強さが増します。 因って、 ＊ バネの強さ；焼き入れ前は弱い、後は強い ＊ バネの撓み量；焼き入れ前は少ない、後は多い となります。 又、バネの寿命計算は、疲労強度（撓みの使用回数）で確認します。 その疲労強度確認でも、焼入れをしなくても、スペックをクリアですか？
お礼
回答して頂いてありがとうございます。 疲労強度をはっきりと確認したわけではありませんが、材料屋さんに確認したところ焼き入れ前の機械的性質資料を頂きまして、それによると、耐力は1080Ｎ／ｍｍでした。そこでかかり得ると予想される応力400Ｎ/mm、またばね鋼は疲労限が高いという認識でしたので大丈夫ではないか、という結論に至りました。
お礼
分かりやすい回答ありがとうございます。 焼き入れの必要性がはっきりとしたのでやってみようと思いますが、 ちなみに、HRC45を作り出す熱処理の具体的な温度（焼き入れ温度、焼き戻し温度）はご存じでしょうか？ 当方でも調査しておりますが、なかなか資料が見つかりません。 もし、資料などご存じならばそちらも教えてください。よろしくお願いします。