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S45Cの調質について
- S45Cの調質について、芯までのHRC25±5に関する疑問と、加工後の変形や調質方法についての質問です。
- 自分での調査では芯までの調質は行われていないと判明しましたが、上司の情報では芯まで応力除去が行われているとの回答を受けています。
- 旋盤加工の工程や外径の削り残し量、加工後の部品の変形などが調質に影響している可能性があり、他社の調質方法や仕上げの手法も参考になるかもしれません。
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まづは、私が回答のコンシェルジュができるのか分かりませんが頑張ってみる ・熱処理を料理に例えるなら、客の好みに合わせて肉の火の通り具合とかを 決めるように使用用途に応じて適切に其れを決めなければ素材が生かされない。 従って、機械設計士が其処らを全て網羅した指示を図示しなければならない。 しかし大抵、其処までの知識が無い方が多い。貴社上司もその類かも知らん。 一般に軸が捻り応力に耐えられる強度を持たせたいのか、或いは表面硬度だけ を要求するのかによっても大きく熱処理屋への設計からの指示も変わるのです。 捻り応力であれば軸の中心付近で零となり表面(外径)で最大応力を生じる理屈 であるから、何も芯まで強度が必要でないことに貴殿も気付かれることと思う。 厳密に其処まで例えば直径の50％位置において硬度指定をするのも稀だと思う。 もしも強度的に芯まで欲しいのであるならば、S45Cでは無理であるから高価な 素材である合金鋼を用いて深く焼きが入るものを選定するのが設計士の役目。 そこらの強度計算が出来ていないから大凡、調質した方が強うそうとなる訳だ。 戻って調質で↓にもあるように荒削り→熱処理→荒仕上→応力除去→仕上っと することが最善かもしれないが膨大な手間と時間を要することは貴殿も分かる だろう。従って私は用途により非調質鋼なるものを使ったりするのです。 最後に、※使用用途を示されることで、私より数段詳しい金属分野の専門家の 適切な回答を得られることでしょうから、まづココの基本設計を固めて欲しい。 また、この手の質問は過去ログに沢山存在しているので検索してから再度此処 のスレに戻って、分らない部分をピンポイントで追加・質問するのが良いだろう。 ＞S45C、φ180長さ100の丸材に調質HRC25±5を行った場合、芯までHRC25±5に なっているのでしょうか？ ・貴殿の調査した通りだと思います。芯まで入るとは程度の問題であろう。 ・明確に知りたいのであれば、丸棒を切断して各位置の硬度を計測すれば済む。 ・厳格な製品であれば強度保証の観点からも試験片での検査計測結果を提出しする。 ＞旋盤加工での加工後の変形？変形するのは残留応力が解放される為が多い。 ・調質した時と同様に芯までは熱が届きにくいから応力除去も芯では怪しいかと。 つまり熱処理での残存応力が残っている若しくは内外径での残留応力差が大きい っと思われます。調質に問題がないかは熱処理屋に熱処理履歴を出させることだ。 ＞他の会社では荒加工して仕上げ代2～3ミリ残した状態で調質、その後仕上げ ているようでした。 ・一般的には、そのようにします。貴社の常識が非常識ということもある。 ・・・長文になって分かり難いが、何事も初めが肝心なのだ。頑張れ・・・ 回答(5)さんの ＞例えば、S45C調質材とSCM435調質材では、SCM435の方が焼入れ性が良いが、靭性の面ではS45Cの方が勝るとかで。 ・・・？そうなのか？ ・・・少し調べた限りではそのようなことは無さそうであった。。。 参考とした資料は「金属材料疲労強度」でS45CとSCM435の焼入れ焼戻しを比較し てみた。衝撃値ではSCM435の方が5割増しで大きいようである。が・・・ このような、ものは貴殿を疑る訳ではないがw参考にした資料を明示して下さい。 回答（3）さんの追記に↓があるが。 ＞Ｓ４５Ｃ調質相当なら、いっそのこと非調質鋼の採用を考えられてはどうでしょう。 ＞たとえば、合同製鐵のＧＮＨ５５。 気を付けねばならないのは、調質材と比較して靭性が幾分か劣ってしまうこと。 http://sandoh.net/other/s45chq/s45cqt.htm たった一人の優秀な技術者か専門家がいれば即座に解決することが何と多いことか。 それが中途半端な輩が掻き回すから、ろくな事にならないっというよりも荒れる。 分らない人間同士が如何に議論しようとも永遠に結論が出ないことの方が多い。 回答(6)氏に一票入れました。流石専門家、文章も分かり易く親切に思う。 「赤魚で鯛料理を作れと言われ作ってしまうのが本当のプロ」かは知らないが、 そのように依頼する側により大きな問題があるかも。何方もプロだからねぇ。 ひとつ気になったのが回答(6)氏は低温焼戻しで硬度をKEEPするとあうようだが 調質とは「焼入れしてマルテンサイト化した鋼を500℃～600℃の温度で焼戻し」 であるという認識を私は持っていた。JISの用語迄は調べては居ませんけれど。 更に回答(2)さんに補足。 ＞調質とは、焼入れ・焼き戻しを含めた一連の熱処理作業を表している 上記から、その作業の中でも焼戻し温度の縛りがあるのを「調質」と覚えてた。 JISB6905・・・調べてきたｗ 番号1531 （鉄鋼製品の）調質鉄鋼製品を焼入硬化後，比較的高い温度 （約 400℃以上）に焼戻して，トルースタイト又はソルバイト組織にする処理 ・・・となると、低温焼戻しは使えない技であるから熱処理屋に問題ありか？ なるほど。私は大きなサイズのものは靱性は落ちるが焼きならしで使います。 あるいは先に述べた通りに非調質鋼を使います。ただ、それをまた溶接すると なるとまた難しい問題となるのですが、ここでは関係ないので何かの時にw
その他の回答 (7)
仕上精度について疑問がメインで、その一環として熱処理の適不適を考えられた様子。 しかしそれは熱処理歪にくわえ切削の諸条件が入り込み問題が複雑化します。 チャッキングが強すぎる。発熱、膨張の考慮が適切なのか同条件か。 小規模ロットかつ公差が厳しいなら歪がある前提で、パスを増やし仕上シロを減じ、途中計測して影響しにくく加工するのも手です。 ＞2工程で断続加工が入るので変形しているのか 真円度、円筒度など形状精度に響くので精査要。また仕上シロ如何も。 ＞＞昔は、S45C丸H材が有ったし 大昔から径サイズありません。 その点は質問者の方で調べ正しい結論に到達してます。
昔は、S45C丸H材が有ったし、 ? それより硬度又は強度が欲しい場合、S55C丸H ? それより硬度又は強度が欲しく、粘りや後簡易熱処理が必要な場合、SCM435丸H 昔は、SCM435丸Hは、SCM3丸Hと呼んでいました また、回答（５）で紹介のURL別表も紹介しておきます。 確認しながら、加工工程手順を決めて下さい。 熱処理業者は、責任を負うのを恐れての発言でしょう。 また、昔ながらの内容も入り、S45C丸H材(丸H材処理済鋼)は処理済みで万能鋼と考える人も多い。 でも違い、他の会社の如く、荒加工して仕上げ代2～3ミリ残した状態で(熱処理)調質、 その後仕上げる手法も、内部応力が多少あり、問題が生じる場合もあります。 精度は、納品まで又は納品後組立て前までで良いなら未だましですが、それが致命的な内容 なら、工作機械業界がやっている、“からし”又は“からし相当の熱処理アニール” を検討した方が良さそうです。 URL資料を読んで、熱処理業者が年配者なら、?や?の話題も交えて、今一度意見を聞いて 見ては如何でしょうか？ どちらが良い、悪い、と、この森の如く、ギスギスした関係ではなく、共に対策を熱処理 業者と膝を交えて行なってください。 そして、一つの意見だと思い、最終判断は上司の許可を取って、質問者さんの判断で対応です。 言葉は、難しいですね。 上述URLの“S45C調質材相当、非調質材、非調質鋼の整理”の内容、 “調質”の言葉の意味での使用、 > 他の会社では荒加工して仕上げ代2～3ミリ残した状態で調質、その後仕上げている… と、質問者さんが“焼入れ焼き戻し”的内容で記載している内容。 調質材を、既定の如く取扱う人、調質してある又はする材料を短縮して使う人では、 大袈裟に云えば、“焼入れ焼き戻し”してある又はする材料は、論争の種になる。
「φ180長さ100の丸材に調質HRC25±5を行った場合、芯までHRC25±5になっているのか？」 なっている可能性は十分あります。回答(4)にあるように焼入性が悪い炭素鋼は、φ180では全く焼が入りません。今回はφ180長さ100ですから、丸棒換算でφ130ぐらいでしょう(山勘です)。 回答(4)引用lucefinの資料の図にあるように、φ130を水冷焼入すると表層は24HRC中心は20HRCです。HRC25±5の指定を受けた熱処理屋が、水冷焼入し、HRC1程度低下する低温焼戻をすれば、規格は満足できます。 これでは「調質＝焼入+高温焼戻」になっていないと言う人もいるでしょうが、高温焼戻では得られるはずがない硬さを指定したのは発注者です。熱処理屋は指定硬さに熱処理するのが仕事です。 「芯までは入らないとの結果に至りました」 「入らない」とは焼が入らないという意味でしょうが、それは間違えです。水冷しても表層は24HRCです。S45Cのハーフマルテン硬さは45HRCですから、「芯まで入らない」のではなく「表面すら入らない」のです。 表面も中心も、焼きなまし材と同じパーライト組織です。但し焼きなまし材よりパーライト間隔(フェライト/セメンタイト層の間隔)が小さくなって、硬さが高くなっています。 「芯まで入って、応力除去できているとの回答」 焼が入っていない(マルテンサイトは生成していない)のですから、一般的な意味での焼入歪はありません、しかしオーステナイトからパーライトへの変態でも体積変化があり、残留応力が発生しています。低温焼戻では残留応力は除去できません。熱処理屋にもっと説明させるべきです。 「内径φ120＋0.02で加工した部分が0.05～0.08大きく、外径φ170も同じくらい大きくなる」 変形する理由は上記の残留応力ではないかと推定します。 「調質に問題があるのか解らず困っています」 上記のように考えると熱処理屋がミスしているわけではないので、「調質に問題がある」とは言えません。 問題は、回答(3)(4)にあるように、この寸法に対してS45Cを使うこと、さらにHRC25±5を指定したことです。 訂正します。 上記では「低温焼戻」がされたように書きましたが、そうでもありませんでした。マルテンサイトを焼戻すのではなく、パーライトを焼戻すのですから、マルテンサイトの場合ほど硬さの急激な低下はありません。また焼戻脆性は起きません。そのため300度以上で焼戻されている可能性もあります。何度で焼戻したかは熱処理屋に確かめて下さい。 しかし切削加工で変形が生じているので残留応力はあると考えられます。 対処としては、(a)硬さが下がっても良いので550度で焼戻す、(b)550度で焼戻しても25HRCが得られる鋼種に変更する、(c)硬さは下がるが焼ならし材を使う、(d)非調質鋼を使用する、などです。 回答(7)について。このような不正確な情報が混乱の原因のように思います。 「昔はS45C丸H材が有ったし」 構造用鋼は通常圧延ままで販売されています。もし「S45C丸H材(昔のJISの通りの焼入焼戻をしたものと判断します)」があったとしたら、大手ユーザーあるいは大手流通が、鋼材メーカーに特別に焼入焼戻を施したものを納入させたもののはずです。それを知らずに、あたかもそれが市販されていて、一般ユーザーでも購入できるようなことを書くことは間違いです。 ところが「S45C調質材」が市販されている? 回答(7)のURL(山洞)にS45C調質材とありますが、よく見ると「S45C調質材相当の非調質鋼」です。非調質鋼は微量特殊元素の添加により圧延ままで、S45C調質材相当の機械的性質を出している鋼材です。 「調質」と「焼入焼戻」の関係。 「調質」とは回答(1)5番目の追記にある定義で使用するべきです。 焼入焼戻はもっと範囲が広い用語であり、例えばS45Cを耐摩耗用に使用するために低温焼戻をしても、焼入焼戻です。焼入の温度は一定ですが、焼戻は色々温度で可能です。上記でも「JISの通りの焼入焼戻(550-650℃焼戻)」としたように、何度で焼戻したかを意識することが重要です。 そこを意識すれば混乱することはないはずです。 「調質材とは、調質した材料か、調質して使用する材料か」 この質問をする人は珍しい。 例えば構造用鋼は圧延ままで販売されており、購入者は用途に合わせて、「焼きなまし」「焼きならし」「調質を含む焼入焼戻」、あるいはそのままで使用します。つまり調質で使用する圧延ままの材料を「調質材(調質して使用する材料)」と呼ぶならば、「焼きなまし材」や「焼ならし材」の定義はどうなるのでしょうか。 「調質材」「焼入焼戻材」とは、当然「調質した材料」「焼入焼戻した材料」として使用されています。 専門用語をもっと大切に、慎重に、正確に使うべきです。我々技術者は、会話している時には、言葉使いから無意識に相手の技量を見極めています。 「超硬」を「超鋼」と書いただけで、この人は切削のことは表面的にしかわかっていないと判断しています。 「本当のS45C丸H材は市販されていない」について、誤解があるといけないので、補足しておきます。 上で「市販されていない」と言ったのは、鋼材メーカー(製鋼メーカー)の商品として、不特定客先に切売りあるいは定尺(例えば5m)販売するために、圧延+調質した定尺材を鋼材流通(問屋)が在庫していることはないという意味です。特定ユーザー用に在庫していることはありますが、一般ユーザーに流用販売することはありません。 一方、鋼材屋(例えば山洞)、部品屋(たとえばミスミ)、あるいは二次加工メーカーでは、鋼材メーカーから通常の黒皮圧延材を購入し、自社あるいは外注を使って熱処理・二次加工(矯正、皮むき)をして、1m以下の使いやすい長さにして1本から販売している場合があります。 もちろんKg単価は鋼材メーカーに特注で頼む(但し最少ロットはトン単位)よりも高くなりますが、少量でも買えるところが魅力です。 また圧延材を購入して自分で熱処理・二次加工を手配することも可能ですが、工数と時間を考えると、少量ならば市販調質材を買った方がずっと楽です。 ついでにもう一つ。 調質とは回答(1)追記のように「焼入硬化後，比較的高い温度（約 400℃以上）に焼戻して，トルースタイト又はソルバイト組織にする処理」。 では今回のように、φ130のS45Cを水冷焼入して表層24HRC中心20HRC(全体がパーライト組織)になっているものを、400℃以上で焼戻した場合、これを調質と呼べるのかどうか。 作業工程としてはまさに調質です。しかし組織は違います。パーライトを高温焼戻してもパーライトのまま。トルースタイトやソルバイトはマルテンサイトを焼戻すことで得られる組織です。今回のような場合「調質」と呼んで良いかどうかは微妙で、人により見解が異なりそうです。
材料には、焼き入れ性があり、加工(公差)内容に応じた材料選定が必要です。 例えば、S45C調質材とSCM435調質材では、SCM435の方が焼入れ性が良いが、靭性の面では S45Cの方が勝るとかで。 さて、古い資料ですが、URLの下段の方に有効直径の記載がありますから、質問者さん記載 内容は正しいし、熱処理屋さんの云ったことはプワーですね。 そして、 < 以前S45Cで加工した時はこんな風にはなりませんでした。 < 他の会社では荒加工して仕上げ代2～3ミリ残した状態で調質、その後仕上げているようでした。 は、S45Cを仕上げ代2～3ミリ残して先ず加工をして、現場レベルで炎焼き入れ/焼き戻しをして、 HRC25±5(HRC20～25)位なので、ハイス等でも容易に加工ができ、加工面周囲は熱処理で硬く、 内部は素材のままで、強度的にはパイプ効果で、HRC25±5(HRC20～25)程度の強度があると なります。 以上の内容は、売り物ではあまりしませんが、エンドユーザーが自社グループ等の改善設備 ならやる方法です。 その内容を含めて、今一度熱処理屋さんと相談してみてください。 http://www.forming.co.jp/database/pdf/csmsu-2.pdf URL下段の有効径を要確認 http://www.forming.co.jp/database/db1.html 前述のURLの上位物、他の材料と比較してみてください。 http://sandoh.net/other/SCM/SCM435.html は、参考資料です。 難しくなく、簡単に記載したつもりですので、確認してみてください。
結論、S45Cと調質の組合わせでは不可能です。 焼入性を示すジョミニー曲線 国内ではズバリのデータが見当たらないので海外サイト http://www.lucefin.com/wp-content/files_mf/c45eeng.pdf 1ﾍﾟｰｼﾞ右下のグラフ S45C 丸棒を水焼入れした硬さ分布 φ100→Ｅ 芯の凡そφ30はHRc18で母材硬さで焼入効果ゼロ。外側でさえHRc24。 水冷なのでもう頑張りようがない。試験なのでやってるが、焼入歪も大きくて無理な条件。棒に段付加工や穴あけすると焼割れ発生。 そして焼入の後には焼戻しが不可欠。 調質とは高温で焼戻して焼入より硬さを下げる(粘さを増す)処理。 本件、焼入が不可能な硬さなので何をかいわんや。 S45C調質はφ25以下なら望みあるがφ100では不可能です。 なので調質材でない非調質材を使う。 http://www.komatsukouki.co.jp/kouzai/pdf/stocklist.pdf SBMA740 φ100 硬さ約HRc20 http://www.nomura-koki.com/pdf/nomurakoki_stock_all.pdf 非調質鋼（ S45C 調質品に相当 ）MM45 φ100 硬さ不明おそらく同上 なお硬さ不足なので炭素鋼S45Cでは諦めるが必至でSCM合金鋼にグレードを上げる。 次のﾍﾟｰｼﾞ 非調質鋼（ SCM4355、440調質品に相当 ） NH48MV φ100 硬さは充分すぎ。下げる必要性は薄いが変更不可なら焼戻して下げる。 SCMならφ100での調質もOK 本件、ほぼ独りがグダグダ議論 Ｓ４５Ｃの特性で見解の相違は放置出来ない！ http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=265626&event=QE0004 ジョミニー曲線 φ100を超えてφ130→Ｆ まで有。結論不変。 ムク丸棒でなく ＞中はφ80ぐらいで貫通 の後でなら焼入→調質は可能です。肉厚をφ換算する程度になるから。 (長さ100が厚さといえる程に短いのも同じこと) しかし二度手間になるし、S45Cは焼入性が悪く寸法変化と歪が大きく、あとの仕上加工も面倒になります。なので非調質、調質ムクからの加工が好まれる。 ほぼ独りがグダグダ議論・・・構わず登場。 出してきた資料ではサッパリわからないから海外資料に頼る。その事情は回答(3)の方も熟知される様子。 勇気というより、世間も技術も見えなくなった徘徊とするがほぼ全員の評価。 回答(6)・・・HRC25±5を指定したことです。 幅もありすぎで、片側にしたいところ。また変化大きいS45C、かつ大モノには硬さ測定箇所の決めが必要です。 現状決めが無く辻褄合せをやっちゃうと何でもかんでも合格する無政府状態。
手元の資料（出典不明）では、φ150で、焼き入れ焼き戻し状態で、中心部の引っ張り強さ73.6kgf/mm2。HRCだと17くらいでしょうか。 長さが100と少し短いので多少はましだとは思います。 Ｓ４５Ｃ相当の海外の資料です。 http://www.saarstahl.com/fileadmin/saarstahl_extranet/images/04_produkte/walzstahlsorten/english/0503_C45.pdf Ｓ４５Ｃ調質相当なら、いっそのこと非調質鋼の採用を考えられてはどうでしょう。 たとえば、合同製鐵のＧＮＨ５５。 http://www.godo-steel.co.jp/seihin/pdf/The_structural_bars_of_Godo_Steel.pdf
調質とは、焼入れ・焼き戻しを含めた一連の熱処理作業を表していると おもいます。 ところで、次の記述が少々気になります。 ＞熱処理屋に聞いたところ、芯まで入って、応力除去できているとの回答 焼入れに必要な温度は、焼きなましに必要な温度と同等ですから、 材料の中心部まで温度が均一化する程度の保持時間をとっているので、 応力除去できているとの勝手な推論のように思います。 焼入れ（急冷）の際に、鋼組織の変態がおこり、新たに応力が発生すること は明かと思います。焼き戻しの際に、ある程度の応力緩和があると思います が、調質されたワークは、内部応力を蓄えた状態と考えることが適切な ように思います。
