浸炭時の硬さと引っ張り強さの関係について

質問

SCM415に(Hv600～800図面指示)で浸炭を入れているのですが、疲労限線図を机上計算する際にこの材料の引張強さ：σbが知りたいです。

この場合、引張強さをσb=3*Hv[MPa]（Hvは浸炭部硬さ）
でざっくりと求めようと考えているのですが、2つ疑問があります。

１．Hvが500以上であり上記の関係が成り立たない。
２．Hvは表面だけの硬さで、内部は母材硬さのままであるため材料の強さが一定でない

結局、２つの問題を同時にキャンセルするためには、σbを実験値で求めるしかないのかなとあきらめております。

何か計算で求めるのにいいアプローチはないでしょうか？

回答No.5

noname#230359

回答（２）の者です。
あくまで小生の所見と先ず断っておきます。
疲れ限度やS-N曲線、残留圧縮応力の引張強さ又は圧縮強さへの影響等は、安全率と大きく
係わっていると思っています。
ですから、硬度と引張強さが比例関係にある硬度までは、
硬度 ⇒ 引張強さを求め、それから降伏点や耐力を同等硬度資料から割り出し、安全率を
使用して疲れ限度以下の値を推測しています。
（当然ですが、割り出しは同類の材料からとしています）
誤差は大きいですが、ざくっと計算で求める方法です。

それか、構造解析での計算ですか。（取っ掛かりURLを記載してますから、参考に）

参考URL：

http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch02/ch02_01.html http://www.nams.kyushu-u.ac.jp/~yasuzawa/strength/alwbl-str.h

お礼

ありがとうございました。
参考にさせていただきます！！

回答No.4

noname#230359

＞SCM415に(Hv600～800図面指示)
浸炭とはいえ Hv800 は無いのでは？

回答(２)の方が頻繁に出してくる硬さ－引張強さの資料は今回は出て無いが・・・質問者が１．で適用を思い止まれたのは賢明だと思う。

硬さ－引張強さの関係には限界がある。それに上乗せして間接話法で疲れ限度を論じるのは如何にも危なっかしい。

資料の図１にはSCM415が登場している。多くの鋼種がｺﾞﾁｬｺﾞﾁｬして見にくいが、SCM415程度では引張強さの上方は信頼できる値ではない。

疲れ限度も出ている。しかし Hv500 ぐらいで打切られている。
本分では、引張強さ1000N/mm2(＝Hv300！)以下に限定して、疲れ限度の算出式を出しているが範囲が低すぎる。
グラフから言えるのは、
　　硬さはHv500が精々、その時の疲れ限度は700N/mm2ぐらいだヨ。

そんな曖昧さでは納得出来ないとなるとギアの浸炭焼き入れの論が登場する。
?の論文は材質がSCM420Hと至近なので判りやすい。
硬さ－疲れ限度の算出式まで作っているが、残留応力の寄与分も含め、ザックリ言って800N/mm2ぐらいが上限との根拠資料であるとして充分ではないか。で資料?とも辻褄が合う。
このように総合判断した方が判りやすいし、数式に隠れた陥穽を踏む危険が少ないと思う。

受ける引張応力から残留応力分だけキャンセルできると見て良いと思います。

?の論文は浸炭ながら高周波焼入れではないようで、残留応力がさほど大きくないように書いてます。
過去質問では高周波焼入れならもっと大きな効果があると論じてます。
http://www.nc-net.or.jp/mori_log/detail.php?id=122829

それにしても回答(５)は酷い！
安全率で逃げるなら、そもそも分析的に議論する必要なんか無いはず。
実際に本例でも、適用範囲を無視して計算式だけで出した数値と実際との食い違いはハンパナイもののはずだが、マジック的に嬲るつもりなのか？　こんな仕事は絶対したくないという見本！

参考URL：

http://www.nachi-fujikoshi.co.jp/tec/pdf/07d2.pdf http://ci.nii.ac.jp/naid/110002388459

補足

ご回答ありがとうございます。

ちなみに浸炭加工での残留圧縮応力は疲れ強さ向上にどの程度影響があるのでしょうか？もちろん条件によっても異なると思いますが、スケール的に数%か数十%でも良いのでご享受ください。

＊ちなみに肉厚5mmに対し浸炭深さ0.8くらいで考えています。

回答No.3

noname#230359

σbを実験値で確認するのがベストだと思います。データを添付しておきます。

参考URL：

http://www.sse.tottori-u.ac.jp/hp-toshi/fusha/p5.pdf http://www.nisseiweb.co.jp/download/JSAE.pdf

お礼

やはり、実験で求めるのが最も正確ですよね。計算で概算する方法ももう少し悪あがきしてみたいと思います。
ありがとうございます。

やはり、実験で求めるのが最も正確ですよね。計算で概算する方法ももう少し悪あがきしてみたいと思います。
ありがとうございます。

回答No.2

noname#230359

SCM415は、焼きなまし（-A）や焼きならし（-N）、調質（丸Ｈ材）、焼き入れ焼き戻し、
局焼き又は高周波焼き入れ（焼き入れのみ）によって硬度が変わります。
（硬度が低い順にならべたつもりです）
さて、KHKさんの硬度換算表をみる限り、
Ｑ１；Hvが500以上であり上記の関係が成り立たないは、？？だと思います。
　　　もう少し、高い数値まで大丈夫と思います。
　　　その他の、歯車に関しての強度計算資料も確認下さい。
Ｑ２；Hvは表面だけの硬さで、内部は母材硬さのままであるため材料の強さが一定でないは、
　　　そうですが、調質材程度の硬度はあると考えます。
　　　ですから、2重構造として計算すると良いでしょう。
（計算対象は曲げ？面圧？、計算対象によってもその考慮内容が変わると思います）

質問が、何か計算で求めるのにいいアプローチはないでしょうか？だったので、
一般的な引張応力（降伏点/耐力）からのS-N曲線でのアプローチを紹介する布石として、
上述のアドバイスを記述しています。

さて、疲労強度は、
http://fatigue.jsms.jp/database/jsmsdb.html
に問い合わせて、有料でデータ入手するのが一番良いと考えます。
また、残留圧縮応力の引張強さへの影響は、この森の検索TOOLで、
“残留圧縮応力”や“残留応力”にて『キーワード検索』『すべてからの検索』から
情報を得て下さい。

最後に、硬さをHvが500以上をHv800と記述した覚えはなく、
KHK硬度換算表にも記述のHv600程度と考えています。
（某重工メーカーの技術資料にも記載がある）
推測で、岩魚内さんに記述されることは心外です。
呼び名のように、もう“言わない”ようにして下さい。

参考URL：

http://www.khkgears.co.jp/gear_technology/gear_reference/KHK486.html http://www.khkgears.co.jp/gear_technology/gear_refe

補足

ご回答ありがとうございます。
簡易的には厚肉円筒の応力計算(圧延疲労)です。

ちなみに残留圧縮応力の引張強さへの影響はどの程度あるのでしょうか？材料強さに対し1,2割程度の向上であれば、二重構造で、材料肉厚に対する浸炭深さを考慮して、比例計算で出すのも有りかなって気がします。

すみません。補足１の
＞ちなみに残留圧縮応力の引張強さへの影響はどの程度あるのでしょうか？

正しくは
引張強さ⇒疲労強度です。

もし分かればご享受ください。

回答No.1

noname#230359

浸炭焼入れについて詳しい訳では無いのですが、内部は母材硬さのままっと
言いますが、浸炭であっても焼入れ焼戻しによって硬度を出すであろうから
内部も当然影響を受けていると。従ってSCM415の調質のσt近くはありそう
しかしワークのサイズの記載が無いのが、少しばかり気に掛かりますね

参考URLからSCM415を参照すると、焼入れ焼戻しでσt=830MPa以上とあります
実際の熱処理により強度はかなり左右されるだろうし、確認の意味からでも
試験片を切り出して引張試験をしてみるか、表面を削り内部の硬さを計りたい
浸炭の表面硬化層が疲れ強さにどの程度影響があるのかは、専門家に聞きたい

正確には、σt=830MPa以上ではなく　σt=830　[N/mm2]以上が正しいです

参考URL：

http://www.coguchi.com/search-date/tokusyu1.html

お礼

おっしゃる通り、母材ではなく、調質材程度の硬さとして考えるのが適当ですね。
ご回答ありがとうございました(^_^.)。