ピアノ線とSK５材の性質（特に弾性値、疲労強度）

質問

バカみたいな質問ですがご教授いただけるとありがたいです。
工程変更品が折れてしまった為、原因調査を依頼されたのですが・・・

φ3程度のピンのよう曲げ物です。
使用時にせん断応力がかかります（衝撃の有無は不明）。

従来　　ピアノ線+曲げ加工+ショットピーニング+サンドブラスト
変更品　SK5材+熱間曲げ（温度不明、硬度不明！？）+バフ研磨

硬度はこれから調べるのですが、どうも炭素含有量だけで従来ピアノ線で製造されていたものを、SK5材で製造したようです。
SK材にせん断応力がかかったら折れるに決まっているじゃん・・・と回答したのですが、ピアノ線の代替材料が提案できませんでした。

少し調べた限りだと、ピアノ線は弾性値、疲労に強いようなので、
バネ鋼？と素人考えで思ったのですが、どうでしょうか。

使用時にどれくらいのせん断応力がかかるのかは不明です（ここがわからないと提案できない！とつっぱねてもいいのですが、あほな上司なので困っております）。

上記だけではなんとも言えない部分があるのは重々承知なのですが、ピアノ線に近い性質をもち、手作業で曲げたり加工が可能な材質は何かありますでしょうか。使用方法的には、ばね性と疲労強さと強度が求められている感じです（日本刀みたいです）。

よろしくお願い致します。

回答No.4

kuroneko2020 · ベストアンサー

折れる原因が
(a)靭性不足
(b)強度不足
(c)表面性状不良(起点になっている)
のいずれなのかを確かめることが必要です。

材質としては、どちらも高炭素鋼なので大差ありません。

両材質について
(1)硬さ
(2)折れるまでの応力負荷回数(または使用時間)
(3)破面(脆性破面(靭性不足)か、疲労破面(強度不足)か)(とりあえず実体顕微鏡で)
(4)破断位置(同じか違うか)
(5)正確な材質(ピアノ線といっても色々あります)
(6)破断部近傍の表面状態(ピアノ線は表層性状の規格が厳しい)
(7)製造工程全体
SK5(現SK85)が「熱間曲げ」。室温で曲げると折れてしまうからか。もしHRC60の熱処理材を熱間曲げしたら強度が大幅に低下したままか。

「工程変更」ではなく「材質変更」ですよね。目的は何ですか(寿命、コスト、リードタイム、他)。それにより選ぶ材質は異なります。

お礼

分析された回答ありがとうございます。
材質変更の目的は、従来の製造業者が廃業となってしまった為、としが情報がないのが現状です。
おっしゃられるように熱間曲げ後に焼きなまし等の処理をなにもしていないようなので、強度（靭性？）が大幅に下がっている可能性があります。
表面はバフ研磨をしている為、ピカピカです（見た目だけはいい）。
ピアノ線の材質はSWP-Aφ3です。

今一度変更品の処理状態を再確認してもらいます。
ありがとうございました。

回答No.3

hahaha8635

何の為に材質を変えたかわかりませんが
ｓｋにすれば折れますね

なませば折れにくくなりますが

ピアノ線以外のばね材として
ステンレスがあります
https://www.amazon.co.jp/%E5%85%AB%E5%B9%A1%E3%81%AD%E3%81%98-Yahataneji-%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%B3%E3%83%AC%E3%82%B9%E3%83%90%E3%83%8D%E7%B7%9A-0-5X300-20pcs%EF%BC%89/dp/B00391YF2Q

回答No.2

ohkawa3

SK5の疲労強度（S-N線図）については、次のような情報もありますので参考になさってください。
https://www.tokaibane.com/topic/2131

回答No.1

ohkawa3

弾性限度、疲労強度に注目なさっていることは尤もとおもいますが、そもそも弾性限度、疲労強度の基礎となる引張り強さに相当差異があるようです。
web上で簡易的に調べた結果ですが、ざっくり言ってピアノ線の方がSK5よりも1.6倍以上引張り強さがあるようです。
ピアノ線の方が、コストをかけてばね用の材料として高度の物性（信頼性）を得られるように製造している結果が表れたように思います。

ピアノ線（JIS G 3522）の引っ張り強さ：1720～2110 N/mm2
http://kikakurui.com/g3/G3522-2014-01.html
（φ2.9のSWP-A、SWP-B、SWP-Vの最大/最小値）

SK5（JIS G 4401）の引張り強さ：1340～1635 N/mm2
https://www.tokaibane.com/topic/2581