炭素鋼の焼き入れ深さについて

質問

炭素鋼の焼入れ深さについて質問があります。

強度が必要な部品をΦ200のS45C調質で製作しようと考えています。しかし実際に強度が必要な部分は計算上、表面から約10mmくらいであり、そのくらいの深さまで焼きが入っていれば問題ありません。

そこで質問があるのですが、文献にはS45Cの焼入れ性は約Φ19であると書かれていました。このことから、焼きは表面からその半径分の9.5mmぐらいは入ると解釈し、Φ200の丸棒を焼き入れした場合にも、焼きはその表面から9.5mmまでしか入らないと判断してもよろしいのでしょうか？

実際には炭素鋼には質量効果があるので、それよりは小さくなると思いますが、大体の見当をつけたいと思っております。

よろしくお願いいたします。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

基本的に表面は焼きは入ります。しかし、ご存知かと思いますが、焼きいれ（オーステナイト化）温度で均熱（保持）するときの時間はかなり必要かと思います。２００ミリだとおそらく5時間近く。また、焼き割れを防ぐためにも余熱（焼入れ温度より約ー１００℃ほど）で十分に保持（1時間以上）することも必要です。冷却も油冷の場合、油温の上昇もあり、蓄熱を除去するため十分な油量と攪拌が必要です。参考までに

外径２００で厚み５０であれば、８３０℃で焼入れ時間は１．５～１．７５時間で十分です。小生はあくまで真空炉で焼入れをする前提でアドバイスしています。参考になりましたか？

お礼

ありがとうございます。
熱処理条件は熱処理屋さんに任せていたのですが、提案された焼き入れ時間は２時間でした。熱処理条件にも十分に気をつけなければならないことが理解できました。試作品を十分チェックし、熱処理条件にも問題がないか確認します。
それともうひとつ質問があるのですが、今回調質工程は荒加工後に行います。
荒加工後の外径はΦ200より少し小さいくらいですが、厚さは50mm程度です。このくらい厚さが小さい場合でも、やはり５時間程度の焼き入れが必要になるのでしょうか？
お礼欄に質問などしてしまい大変失礼かと思いますが、よろしくお願いいたします。

有難うございました。大変参考になりました。

回答No.4

noname#230359

S45CのΦ19の焼き入れ硬さ、それも表面から10ｍｍくらいでよいのであれば、SKD11では硬すぎます。60HRCくらい出てしまいます。それも、芯まで焼きが入ってしまいます。S45Cを念頭においていたのでは、とても仕上げ加工できないでしょう。ダイス鋼を使うにしても、せめてSKD61でしょう。それでも38～48HRCくらいが普通の狙い硬さで、しかも衝風焼き入れで芯まで焼きが入ります。
　ダイス鋼は、価格が高い、熱処理費も高い、何と言っても仕上げ加工が厳しいです。用途がダイスなら、それも当然ですが。
　S45Cなら、32HRCくらいを考えておられるのでないですか。調質だったら、クロモリSCM440あたりですか。これなら、十分深く硬さが入り、最表面でも硬さが上がり過ぎないでしょう。でも、厚さ50ｍｍなら、S45Cでもいけるかな。
　高周波焼き入れも形状次第ですが、検討する価値はあります。材料は手に入りやすい、熱処理変形は少ない（形状によっては曲がり取りが必要）必要な部位のみ焼入れでき、仕上げ加工代も少なくてすみます。

お礼

有難うございます。
S45C調質だとやはりが不安が残ります。とりあえず安いのでなるべく使う方向で行こうと思いますが、高周波焼き入れやSCM440への材料変更の検討も同時に進めていこうと思っています。

回答No.3

noname#230359

Ｓ45ＣやＳ50Ｃを高周波すると、大きさや形にもよりますが、私の経験では表面から約5ｍｍぐらいしか焼きは入らないと思います。だだし、丸焼きをすれば、基本的には全体的に焼きが入ると聞いたことがあります。ただ、理屈で考えれば、貴方がお調べした通り9.5ｍｍぐらいしか焼きがはいっていないかもしれませんね。
どうしても表面から10ｍｍも硬度が必要なのであれば、費用はかかりますが、ＳＫＤ11の材料での丸焼きをおすすめします。この材料ならば、硬度は問題なく入りますし、焼きいれ後の歪みもＳ50Ｃにくらべて格段に少ないです。

お礼

ありがとうございます。
材料の種類ついての知識がほとんどないもので、代替材料についての情報は非常に助かります。本日他の人にもいろいろ聞いてみたところ、確かにS45Cでは3～5mmくらいしか焼入れが入らないと伺いました。
とりあえずS45C調質で試作し、割って硬度を測ってみます。
必要な焼入れ深さが入っていなかったらSKD11についても検討してみようと思います。

回答No.2

noname#230359

＞焼きは表面からその半径分の9.5mmぐらいは入ると解釈し
クロモリなどではそういう解釈でもよいかもしれませんが、S45Cではそれほど焼きは入りません。Φ200では、最表面でもΦ19の中心硬さには達しないでしょう。
部品形状にもよりますが、S45Cのその大きさでは、表面のみ高周波焼き入れするのが一般的です。ズブ焼き入れは難しいと思います。

お礼

有難うございます。
今日もいろいろ情報を集めてみました。それとなく感じたことは、Φ200の強度必要部品をS45Cの調質で製作することは、スマートな解決法ではない気がしました。どうも一般的にはやられていないようですし。
高周波焼き入れというのも一応名前程度は知ってはいたのですが、調質にくらべてどんなメリットがあるのか等、全然理解できていません。詳しく調べてみようと思います。