シャルピー衝撃試験で非熱処理,水焼入れ,油焼入れ,

質問

シャルピー衝撃試験で非熱処理,水焼入れ,油焼入れ,焼ならし,焼なましの5つで油焼入れが何故か1番衝撃吸収エネルギー量が多いのですが、何が原因と考えられるでしょうか。因みに冷却用の油はほぼ新品です

回答No.9

kuroneko2020 · ベストアンサー

回答(6)です。

「冷間引抜加工」は皮むきの方法ですので、「冷間引抜加工材の機械的性質」では探せません。

熱処理状態についてはどうでしたか。明記されていなければ圧延ままと推定されます。
圧延ままのS45Cの機械的性質を調べて発表されている例はほとんどないと思います。理由は前回説明した通りです。
参考にここの古い質問を紹介します。
https://mori.nc-net.or.jp/qa9458971.html

厳密性を気にしない外国の企業にはデータを出している例があります。例えば、
http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_steel_sae_1045
肝心の寸法が記されていないので、ほんの参考程度です。
「as roll」が圧延ままです。硬さと引張試験結果が示されていますが、衝撃値はありません。「cold drawn(冷間引抜)」もありますが、皮むき目的の引抜なのか、冷間加工硬化目的の引抜なのか不明です。

お礼

毎度どうもありがとうございます。
確認してみましたが無さそうなので断念して、わかる範囲で考察を書いてみようと思います。
何度も回答を頂き本当に助かりました、ありがとうございました。

回答No.8

kuroneko2020

回答(6)です。

機械的性質は熱処理状態(圧延まま、焼きならし、焼きなまし、焼入焼戻)で大きく変わります。みがき材とは表面状態のことですから、「みがき材の機械的性質」で探しても出てきません。

「圧延まま」を加えたのは、S45Cのような機械構造用鋼は、通常は圧延まま(Rと示すこともある)で販売されているからです。圧延ままですので表面には黒い酸化膜(黒皮)が付いています。

みがき材の場合は少し複雑です。鋼材加工メーカーは製鋼メーカーから圧延ままの素材を購入し、使い勝手の良いみがき丸棒を製造するわけですが、ユーザーニーズに合わせて皮むき(黒皮の除去)方法(引抜、切削、研削)を調整し、熱処理(焼きならし、焼入焼戻、焼なまし)を行う場合もあります。その結果様々な仕様のみがき材が存在します。最も安価なのは「圧延まま(熱処理なし)の引抜材」になります。今回使用している素材の素性も確認して下さい。

S45Cの熱処理状態ごとの機械的性質を探せば出てくる可能性はあります。ただし圧延ままの材料については、寸法や製造方法により組織や硬さが変化するので、仮に機械的性質が見つかっても参考になりません。

さらにS45Cのような焼入性の悪い材料では、熱処理寸法が機械的性質に大きく影響します。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/denkiseiko1925/26/2/26_2_74/_pdf/-char/ja
の図2に各種寸法のS45C(SAE1045)焼入材の断面硬さ分布が出ています。焼入性が悪いため、水冷であっても表層から内部の硬さ(や他の機械的性質)は寸法により大きく変化していることが分かります。機械的性質の事例が見つかっても、寸法や熱処理方法が異なれば直接比較はできません。

鉄鋼材料を使いこなすには、材料、熱処理、試験方法など多くの知識が必要です。

補足

冷間引抜き加工でした、やはり出てきません。

回答No.7

kuroneko2020

回答(6)です。

特性試験をする場合、同一条件で試験しても測定値にはバラツキがあるため、試験片1個あるいは測定回数1回(つまりN=1)での試験では正確な評価が難しいことが多々あります。例えば金属材料の引張試験なら同一条件で試験片を3本作製して(つまりN=3)試験を行い、異常が無い試験値を平均して特性値とします。教科書に「試験値の信頼性」とか「試験値の統計処理」のような項目があったら読んで下さい。

今回の油冷試験のAの値は明らかに異常値であるため(従来の技術知見に基づく想定とかけ離れているから)、測定結果から除外します。除外しますが、無視して無かったことにするするのではなく、今後のために異常の原因と対策を検討することが重要です。

お礼

なるほど、回答ありがとうございました。

補足

もうひとつすいません、加熱も熱処理も何もしていないみがき材S45Cのシャルピー衝撃値分かりますでしょうか？どこ探しても出てきません。

回答No.6

kuroneko2020

油冷のAとBは明らか状態が異なります(回答(1)の指摘)。
焼入れままの材料は脆いため実用性はありません。多分30J/cm2以下程度と思われます。
Aは硬さが低く、Bは硬さが高いはずです
他の条件についても、試験値だけでなく破壊形態の観察も重要です。

今回の結果から衝撃値に及ぼす熱処理の影響を見ることは困難と思います。
むしろ得られることは、
1)N=2で試験して正確な評価ができるかどうか。
2)２つの試験値が大きく異なる時、どう評価するのか。
3)加工済の試験片を熱処理して正しい評価ができるかどうか。
になるようにに思います。

3)については、熱処理により試験片が酸化されてしまい、正確な特性評価ができないことがあるということです。正確に評価するなら、まず衝撃試験片に余肉1mmを付けて荒加工をし、熱処理後に10mm角に仕上げるとともにノッチを加工します。

今回のような機械的性質の評価には、同時に硬さの測定が必須です。例えば
https://www.jstage.jst.go.jp/article/denkiseiko1925/41/1/41_1_59/_pdf/-char/ja
の第22図を見て下さい。鋼種による衝撃値の違いを見るには硬さとセットであることが分かります。

多分教科書をお持ちでしょうから、いろいろと調べて、分からなければ、また質問して下さい。

補足

なるほど、ですがN=2とはなんでしょうか？

回答No.5

ohkawa3

回答(1)再出
まず最初に、質問者ご自身は、どの熱処理方法が最も「衝撃吸収エネルギー」が多いと想定なさったのでしょうか？
「油焼入れ」のサンプルが最も衝撃吸収エネルギーが大きかったという事実は、想定と合致していたのでしょうか？
合致していなかったとしたら、想定される原因にはどのような事柄があるでしょうか？
→私・他の回答者さんの回答には、多数の想定される原因が記載されています。

上記の想定原因について、今回得られた結果に結び付くか考察しましょう。
差異が生じた原因を絞り込めるかもしれませんし、下記のようにに、原因を特定できないという検討結果になるかもしれません。
・想定していなかった原因なので、データを把握できていない
・ばらつきを考慮すると、有意差があるとは判断できない
そのような際は、＊＊のような要因を適切に管理して再度実験をすれば原因が特定できると考えられる・・・などのように実験レポートを書けば及第点を貰えると思います。

貴殿が求められているのは、単純に原因を回答することではなく、原因を探求するプロセスをこの実験を通じて身に着けようとしていることだと思います。

補足

焼なましが1番衝撃吸収量が多いのではないかと思っていましたが、実験が時間の都合上炉冷の冷却スピードを規定よりかなり早くしたので、焼ならしか焼なましのどちらが1番衝撃吸収量が多いのではないかと予想しました。なので油焼入れの滅茶苦茶な値は予想と合致していないです。
助言とても助かります、丁寧な回答どうもありがとうございました。

回答No.4

kuroneko2020

測定値のA、Bとは何ですか。n=2で試験し、その2つの値でしょうか。
だとしたら油焼入れの2つの値があまりにも違いすぎており、どちらかが異常値と考えられます。試験片の様子に何か違いがないでしょうか。

他の条件についても、2つの測定値の乖離が大きいように感じます。
熱処理による試験片表面、特にノッチ底の酸化の影響が懸念されます。

焼入れ材とは焼入れままですか。
もし焼戻しをしたなら、焼戻し温度は何度でしょうか。

実習の課題としてやっているなら、硬さの測定も覚えて実施してください。
もしまだ難しいなら、今回の結果の解析に必要だと言って誰かに測定してもらって下さい。

油冷も自分でやったようですね。
S45CのMs点は350℃ぐらい、Mf点は150℃ぐらですから、途中で引き上げると十分焼が入らない可能性があります。
それを確認するためにも硬さの測定が必要です。

補足

熱処理方法ひとつにつき2個の試験片で実験したのでAとBがあります。
油冷の試験片Aの断面は延性破壊のときの断面で極端に塑性変形していますが、Bは脆性破壊の特徴の平滑な断面です。
焼戻しはどの試験片も一切していません。
硬さ試験は二学期にやるので調べられないです…

回答No.3

kuroneko2020

ロックウェル硬さ試験機はお持ちではないですか。
もしお持ちならば、破断した試験片の片方の相対する2面をペーパー研磨し、硬さを測定して下さい。

ノッチ形状が2mmUノッチであることは分かりました。
シャルピー試験の規格(JIS Z2242)を斜め読みして下さい(精読の必要はありません)。
https://www.jisc.go.jp/pdfa2/PDFView/ShowPDF/gAEAAB6EpLESRmSB8p3z

吸収エネルギーが159J、シャルピー衝撃値が198.8J/cm2であることも分かりました。
この値はSUS304並みのかなり高い値ですが、どの熱処理の試験片の値でしょうか。

全ての熱処理条件のシャルピー衝撃値を教えて下さい。
ただ硬さが分からないと説明が難しくなります。
硬さについてはJIS Z2245を参考にして下さい。
https://www.jisc.go.jp/pdfa0/PDFView/ShowPDF/tAIAAJa4ngCdCTnUXrWT

補足

ロックウェルの実習はまだですし勝手に出来ないです…
先程の数値は油焼入れの結果です。
素のみがき材S45C A 52.9J/cm2
B 47.9J/cm2
水焼入れ A 2.49J/cm2
B 4.4J/cm2
油焼入れ A 198.9J/cm2
B 24.4J/cm2
空冷焼ならし A 129.4J/cm2
B 99J/cm2
炉冷焼なまし A 95.8J/cm2
B 90J/cm2
です。ちなみになんですが、油で冷却中に試験片を油に出したり入れたりしたら性質おかしくなりますか？

回答No.2

kuroneko2020

硬さはどうだったでしょう(回答するために重要です)。
この種の試験をする時には、試験前のシャルピー試験片のノッチ近傍(打撃に影響がない位置)で、HRCを4～6点測定します。

ノッチは試験前と言うことは、熱処理寸法としてはシャルピー試験片ですね。
またノッチはVノッチですよね。

試験片の酸化状態はどの程度でしたか。HRC測定できる程度でしたか。
熱処理に使用した加熱炉にもよりますが、ノッチは熱処理後に加工または仕上げをするのが普通です。

補足

硬さの測り方がよく分からないので結果を載せておきます。破断後の曲がり角が145°、ハンマの持ち上げ角は120°で振り上がり角度は62°です。
159Jでシャルピー衝撃値が198.8J/cm2です。
そうです、シャルピー試験片です、ノッチは半円の計2mmです。
炉の中に入れる前の試験片の酸化はほぼなかったです。

回答No.1

ohkawa3

次のような事柄を総合的に考える必要があると思います。
・比較対象の材質は何ですか？
・各々の熱処理条件の目標値は如何ほどですか？
・熱処理の結果（硬度）は目標値通り仕上がっていますか？
・試験片のノッチを形成したのは、熱処理の前、後いずれですか？
・試験片のノッチの形状・寸法は正しく仕上がっていますか？
・衝撃は、ノッチの位置に正しく加わっていますか？
・衝撃を加えた後の各々の試験片の状態は如何ですか？（完全破断／不完全破断）

補足

すみません、急いでて情報が不足していました。
材料はS45Cで、ノッチは熱処理前にです。特に目標値は設定していませんでした。ハンマもノッチ部に当たりました。試験材は全て破断しました。