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高温負荷時における材料選定
- φ70、長さ800mmのシャフトを片持ち状態で10rpm程の低速回転をさせます。片持ちの先端に50kgの荷重をかけ、荷重付近に150KWのガスバーナーで加熱します。このとき、熱ひずみによりシャフトの変形（振れ）が予想されるため、よりよい材料を選定したいです。現在、SCM435の調質材が強度面と価格面でバランスが良いと考えています。どのような材料が良いでしょうか？
- 高温負荷時における材料選定について考えています。φ70、長さ800mmのシャフトを片持ち状態で10rpm程の低速回転させ、片持ちの先端に50kgの荷重をかけます。また、荷重付近に150KWのガスバーナーで加熱します。この状況でシャフトの変形（振れ）が予想されますので、適切な材料を選定したいです。現在はSCM435の調質材が強度と価格のバランスが良いと考えています。他にどのような材料が適しているでしょうか？
- シャフトの高温負荷時の材料選定について相談です。φ70、長さ800mmのシャフトを片持ち状態で10rpm程の低速回転し、片持ちの先端に50kgの荷重をかけます。また、荷重付近に150KWのガスバーナーで加熱します。この状況下ではシャフトの変形（振れ）が予想されますので、適切な材料を選びたいと思っています。現在はSCM435の調質材が強度と価格のバランスが良さそうですが、他にオススメの材料はありますか？
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何度まで耐えねばならないかを予想でも数値にすべきでしょう。 原子力安全保安院 JISB8265「圧力容器の構造ー一般事項」鉄鋼材料の各温度における許容引張応力 http://www.nisa.meti.go.jp/safety-kanto/denki/hatsuden/data/171214-3.pdf SCM435は400℃まで許容引張応力を常温と同じとしてよい材料。 これで済むかどうか？ 電気炉のファン軸の例では600℃で使用するもので材質はSUS304。耐熱材料より安いのと、切って温度が下がるまで回しっぱなしのクリープダレ防止策で何とか使えるからです。 ? SUS304 は例示したが、SUS全般にCr、Ni合金なので耐熱性は良いからよく使われ、上記資料でも値は下がるが800℃まで規定。しかし ? SUS303 は耐錆性、加工性ウンヌン以前に持ち出すべきではない。 追記後に気付きました。 ＞温度は500℃くらいまで上がるかもしれません 元来SUS304の常温許容応力は高くないが、上表から500℃なら常温の６割ぐらい。その余裕をみれば充分でしょう。
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軸の根元あたりに直接冷却水をかける方法を実施が可能なら、 SCM435の調質材を使用して、作図のようにすれば100℃以上には先端部以外は上昇しないので、 シャフトの変形（振れ）の心配が無くなります。 回転数70rpmでも変わりありません。 > 排水はスプリンクラーにように飛び散りそうなので、軸部を覆うような感じになりますかね。 市水の圧力や調整した流量にもよります。 透明樹脂カバーやシートカバー程度でよいと思うが、 > 荷重付近に150KWのガスバーナーで加熱します が気になります。 スイベルジョイントと特に銅パイプを上手く使用することで、先端部の冷却効果をアップ。 これで、***さんの煩わしい条件設定をしなくてもよい。
お礼
作図までして頂き、非常に勉強になりました。 排水はスプリンクラーにように飛び散りそうなので、軸部を覆うような感じになりますかね。 ありがとうございました
岩魚内さんの言うように、実際の使用環境については詳細に調べなければ良い設計など 出来ません。使用環境の温度によっては 300～400℃の青熱温度と言われる脆性温度帯も 意識しなければならないかも知れません。賢いやり方は、仕様だけを明示し専門家に丸投げ することが手っ取り早いと思うが、如何せん時間だけは相当首が長く無いとならないね また、より具体的に曲げ応力や応力集中と共に回転曲げ疲労強度も念頭に入れなければ なりません。既に軸径が決定されているのは既存設備の改造でしょうか？ちなみに、 変位（剛性）と応力（強度）は別個に考えるべきで混同することは常識外と言われそうだ 従って寸法を拘束する条件が提示された時点で、もう剛性については結論が出てしまってる ※10r/mとはかなり低速ですね。でも稼働時間によっては疲労を考える必要もあるだろう 参考URL↓に公開されている文献を見つけました。これによれば、温度帯によってはS45C の方が良い場合も有るでは無いか！？何でもかんでも高いもの＝良い材料とはならない所 にも難しさがあるのですね。断っておくがw私は材料の専門家では無いので参考にして下さい 回答（2）HNが長いのでwさんの初めから冷却を考えることは如何か？コストUPになろうから 常識的に言って、最後の手段の一つにしか私には今のところは思えませんねぇそもそもSUS304 で強度的に耐えられるかも分らない今の段階では回答しようも無いでしょうから ※補足要求します。使用温度、稼働時間、荷重・応力等の具体的数値をもう少しだけw がーーーっとtypingしてしまった。。。まぁこんなところで勘弁してあげるw
小生なら、10rpm程の低速回転なので、スイーベルジョイントやロータリージョイントを 使用して、シャフトを冷却することを考えます。 単式なら戻り冷却水は垂れ流し、複式なら戻り冷却水は回収できますが、ジョイントとシャフト の間にアタッチメント部品を考えるか、シャフトの端面を少し複雑に加工するかが必要です。 また、シャフトの使用材は、 ? SUS304；防錆的に有利。冷却用の細長い穴明けは難。 ? SUS303；加熱があるので防錆的に？加工性はSUS304より容易。 ? SCM435の調質材；冷却用穴への防錆処理が必要。冷却するので強度的に有利になる。 ? S45C；の調質材；冷却用穴への防錆処理が必要。冷却のため強度的に余裕ができる。 ? SS400；冷却用穴への防錆処理が必要。冷却のため強度的に余裕ができ検討価値がある。 、等々になります。 如何でしょうか？ 単純に、σ＝Ｍ/Ｚ＝(50kgf×500mm)÷(π/32×φ70mm^3)＝0.743kgf/mm^2 なので、 やや大きい3/8Bか1/4Bの単式スイベルジョイントをシャフトセンターに取付て、反対側 まで下穴貫通。 スイベルジョイントの雄ねじ内側配管穴に雌ねじ切りが可能なら切って、それに合う銅管へ 雄ねじを切って組立て、シャフト端面にセット。 2つのピローブロックの間又は、スイベルジョイントセット側の端が少し空いていたら、 その部分に水抜き穴を明けて、冷却する。 (解かり難いので、後で図示する) > 一度実験してみて、駄目だったら冷却しようかということを検討しています。 > そのときは軸の根元あたりに直接冷却水をかける方法を実施しようかと思っています > （別実験時に経験済み）。 なので、防錆検討は無用と判断。 SUS303は、冷却水を通すと、直近以外は100℃以下が保証されるので有りです。 簡単に、水道水を利用し、ストップ弁兼用で流量調節弁、排水は準垂れ流しで。
お礼
ありがとうございます。 一度実験してみて、駄目だったら冷却しようかということを検討しています。そのときは軸の根元あたりに直接冷却水をかける方法を実施しようかと思っています（別実験時に経験済み）。
お礼
非常に参考になる資料ありがとうございます。 温度は500℃くらいまで上がるかもしれません。