SK3の焼入れ硬度と脆性について

質問

材質SK3でM10ネジを、焼入れ焼き戻し、硬度55±2で製作したところ、ナット締付けトルク20N･m程度で折損が発生してしまいました。
硬度は指定範囲に収まっていますが、脆性に問題があるようです。
調べたところテンパーカラー除去のため、酸処理をしていたようです。(確定ではないです。)
熱処理について詳しくないので下記３点を教えていただきたいと思います。
?　まず、SK3を硬度55±2で熱処理すること自体に若干疑問を感じていますが、この硬度で、適正な焼き戻し条件というものがあるのでしょうか？
?　｢テンパーカラー除去のため、酸処理をすると、水素脆性のためもろくなる｣と聞いています。｢テンパーカラー除去のため｣の適切な方法があれば、教えてください。
?　硬度と強度を両立させるには、適正な焼き戻し条件で酸処理をしないということでよいのでしょうか？
以上、ご存知ありましたら、教えてください。

アドバイスを下さった皆さんありがとうございました。
その後の調査の結果、脆性の原因は、直接的には、酸洗い(塩酸)後のベーキング処理がされていないためと分かりました。
但し、今回の部品用途から、必ずしも、酸洗いが必要かどうか疑問があります。(以前はやっていなかった＝＞なぜやることになったかの理由が不明確です。)
客先へは、対策として、酸洗いの廃止(禁止)を報告する予定です。
なお、調査検証の過程で、酸洗いしない場合でも、焼き戻し温度からくる脆性の問題が残り、条件によっては、規定トルク21N･mの倍40N･mで破断するケースもあることを客先への問題提起とするつもりです。
あらためて、皆様に、お礼申し上げて、本件をクローズとさせていただきます。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

?焼き戻しでHRc55に落とすには、おそらく350℃付近でしょう。この場合、炭素鋼で起きやすいとされる青熱脆性の温度範囲になります。これは焼き戻す時間との関係があるとされます。
私は熱処理業者に任せっぱなしで、また靱性が必要なものを経験したことないので詳細は知りません。

?酸洗いによる水素脆性は直後にベーキングすれば大丈夫かと思います。

?それ以前に、ＳＫ３でねじを作り、焼き入れすることの方が問題だと思います。
ねじはＳＣＭなどの強度が保障されたものが間違いないです。材質、熱処理に加え、フォーミングという靱性に有利な作り方をしています。
避け難たければ、タップ穴の方が有利です。おねじが必要なら虫ねじを取り付ければよいのではないでしょうか？　材料効率、加工能率でも勝ります。

補足

回答ありがとうございます。
?のように｢ＳＫ３でねじを作り、焼き入れすることの方が問題だと｣考えておりますが、客先図面で、現時点ではどうしようもないというのが現状です。

回答No.3

noname#230359

各種メーカーのボルトカタログを入手して、研究して下さい。
そこには、
★ ボルトの最高強度区分は、12.9とあり、硬さはHRC 39～44、
　 締付トルク；65.08N･m、最大トルク；75.9N･mとなっています。
　 <硬度と引張強さは、比例しますので、充分な焼戻しをしても良いのでは？>
　 <硬度スペックが、HRC 55なら、それをねじ部だけ変更しては如何ですか？>

★ ボルト材質は、構造用合金鋼を使用していて、ねじ部は脱炭しています。
　 そして、ねじ断面中央部に約90%のマルテンサイト組織となる焼入性
　 光学顕微鏡で確認できる白色のりん濃化層があってはならない
　 等々の注記があります。

表面処理の他に、考慮すべき点があると思います。

また、破断ポイントが、ねじ部分の逃がし部分（ねじでない、細い部分）なら、
Ｒの付け方や表面仕上げ等にて、応力集中も緩和できるのではないでしょうか？

お礼

アドバイスありがとうございます。
現象から言うと、脆性破壊は確定的です。破断部位はナット境界面です。
ネジ部の硬度指定変更も、設計、図面上の内容になるので、客先への提案に入れようと思います。

回答No.2

noname#230359

熱処理会社から意見を述べます。
他の意見でも言われているように３００℃脆性の範囲に入り、その上に酸処理
が加わり脆くする要因が増加しています。
メーカー側は初期流動（耐久テスト等）の時期に於いて、この材質で焼き入れ
焼戻しの条件からくる結果の検証が充分であったのかどうか？非常に疑問に
考えます。至急設変要求を提出されて規格の変更がメーカーにとっても有益と
思います。最近のメーカーサイドの担当設計者は熱処理に対し勉強不足があります。旧図面の書き写しが多くのメーカーで実施されていて、疑問点とか
有り得ない（熱処理サイドからみて）品質上の疑問は意見具申される方が
日本の技術と言えば大げさですが、ＪＡＰＡＮ製品の品質向上には有益だと
考えます。ですが、一方から、メーカーサイドから見ますと煩いと敬遠されうる面もありますので上長の方と充分検討されるのがベターと思います。

お礼

アドバイスありがとうございます。
まったくご指摘の通りです。客先へどのように話を切り出したものか相談してみます。
おそらくは、「指定硬度は変更せずに、材料材質を変更する｣ということになると思います。