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鉄鋼の引張強さ

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、鉄鋼の引っ張り強さ について述べます。


■強い弱いは、引張りで決まり

 モノが強いって何で決まるのでしょうか。色々あると思いますが、
鉄鋼は引っ張り強さが基本になります。
 鉄鋼は圧縮の力ではめったに壊れるものではありません。もし
圧縮の力で壊れるとしたら板材や箔にはできないはずです。

 逆に引っ張るとどうなるか考えてみましょう。棒や線を引っ張る
とき場合によっては切断してしまいますし、板を曲げると、曲げた
外側には亀裂が入ることがあっても内側はめったに割れることは
ありません。これは曲げると外側に引っ張りの力が働くからです。

 
■引張り強さ
 鉄鋼の強さは引張強さで表わすのが普通で、強度のバロメータ
となります。鉄鋼材料がどれくらいの引張力に耐え得るかが材料の
強い、弱いを比較する上で重要な目安になります。
 

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粉末冶金   忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、粉末冶金と主要な用途である自動車への適用について述べます。


■ 粉末冶金とは

  粉末冶金(Powder Metallurgy,略してP/Mとも書く)は,金属やその化合物の粉末を
  
 結合させて材料や品物を作る技術です。原理的にはセラミックス製品やビスケット類の
  
 生産技術と共通点が多いです。金属材料は普通は鋳造,鍛造,切削,溶接など溶解と凝固
 
 により加工します。ところが粉末冶金法では、原料粉末を溶融させることなく製品にし
 
 ます。

  粉末冶金の製品は90%近くが自動車向けで、他の加工法にない利点があるため用途拡
  
 大が続いています。日本製乗用車1台当たり約8kg、アメリカではその2倍を使用してお
 
 り、なお増大の見込みです。


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ダイカスト用材料に必要な性質  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、ダイカスト材料に必要な性質は何かについて書いてみます。 ADC(アルミダイカスト)のバルブの設計をしたことがあり、その時に調べたことを思い出しながら。


■ ダイカスト用材料の条件を満たすアルミニウムとマグネシウム

  ダイカスト法は、金型に溶融状の金属または合金を加圧注入して鋳込み、精度が良好な部品を量産する方法です。

  従って、ダイカスト用合金、材料の必要な条件は、

  ① 溶融点が低いこと。

  ② 湯流れがよいこと。

  ③ 製品の強度が強いこと

  ④ 金型の寿命が長いこと

  この条件に合うものは、アルミ合金ではJIS H5302があります。

これは砂型鋳物用よりFe%許容がわずかに大きいだけです。

  亜鉛合金では、JIS H5301があります。一般にはザマック合金といわれています。

アルミ合金よりも強度が大きく、鋳造性も良く、融点も低く、金型の寿命が長いので、ダイカストとして最適の材料です。

但し、鋳造後時間の経過とともに、寸法や機械的性質が変化するのが欠点です。

  JISの亜鉛合金は、ZDC1とZDC2の2種類があります。ZDC2はAl;3.5~4.3%、Mg;0.02~0.06%含有、ZDC1はこれにCu;0.75~1.25%を添加したものです。

  日本では、ZDC2のほうが良く使われます。

  時効によって収縮し機械的性質が変化して、引張強さ33kgf/mm2、伸び7%、衝撃値16kgf/mm2になります。


■ 亜鉛合金ZDC1、ZDC2に、Mgを添加している理由

  ZDC1、ZDC2には、Mgが少量添加してある。亜鉛合金を湿気のある大気中に放置しておくと、結晶粒間腐食が起こり、異常な膨張をして、ぜい化を起こし使用できなくなってしまう。

  合金成分中にPb、Snなどがあるとぜい化が著しくなり、不純物を押さえることが重要となります。

マグネシウムを少量添加することでぜい化現象を防止できます。







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アルミダイカスト ミニマムナレッジ  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、ダイカストについて、これだけはについて書いてみます。 ADC(アルミダイカスト)のバルブの設計をしたことがあり、その時に調べたことを思い出しながら。


■ ダイカストの主流はアルミダイカストに

  ダイカスト用合金は、融点の低い非鉄合金で、JISではアルミ合金・亜鉛合金・マグネシウム合金の3種類が決められています。

 その内、アルミ合金が圧倒的に使用されています。亜鉛合金がアルミ合金について生産量は多いですが、減少傾向にあります。マグネシウム合金は、高強度合金が開発されてからノートパソコンのボディ等への適用が増加しています。

 アルミ合金のうちでは、一番需要の多いのはADC10とADC12といわれています。

これらの合金種は、鋳造性と機械的性質の両方が優れているからです。耐食性はADC1やADC5が優れています。

  亜鉛合金は、原料の価格が上昇してきたこと、比重がアルミニウムより大きく、省エネルギーの流れに沿わないことから、プラスチックやアルミ合金に置き換えられています。


■ ダイカストの特徴と価格

   ダイカストは金型に高速で溶湯(溶融金属)を圧入します。その特徴としては次のようなものがあります。

   ① 寸法精度が良く、鋳肌が美しい。

   ② 結晶組織が微細であるため機械的性質が良い。

   ③ 品質のばらつきが少なく、大量生産に適する。

   ④ 空気の巻き込みにより巣が発生しやすい。高温に過熱するとふくれが出やすい。

   ⑤ 鋳造機、金型、メンテナンス費が高い。少量生産には不適。

   ⑥ 肉厚が厚くなると引張強さが低下する。

   ・・・






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ジョミニー曲線を使った鋼種選択の手順  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、材料の事で鋼材の焼入れ性を評価するジョミニー試験を使った鋼種選択の手順を考えて見ましょう。


■ [手順1]よいと思う鋼材の焼入れ試験を行う。

   過去の経験などから、「これでよいだろう」と思う鋼材を選び、製作する部品と同じもの、または

 データを取りたい部分だけを加工してつくり、焼入れ条件を決めて焼入れを行います。



■ [手順2]焼入れ片の硬度を測定して距離感算表を作る。

   テスト部品について、硬度データが欲しい場所の硬度を測定して、その鋼材のHバンドジョミニー

 曲線で、焼入れ端からの距離でいくらのところが測定データの硬度かを照合してみて下さい。

   そして、ジョミニー曲線を読むとき冷却速度の違いを修正するため、焼入れ端よりの距離感算表

 を作ります。

   曲線は硬さの上限と下限の線があるので、下限側の値をとると硬さは安全側になりますが、

 高価な材料を選ぶ結果になります。


■ [手順3]換算表によって、設計硬度に適合したものを選択する。

   この換算表を使用して、もし硬度データが設計硬度よりも高過ぎるときは、もう少し焼入れ性の

 劣る鋼材、低すぎる場合は少し優れた鋼材のJISのバンド幅を読んで、設計硬度にふさわしいものを

 見つけ出すようにしてください。

   または、冷却液を変えたり、冷却方法を変えたりして、冷却速度を変えてデータを取り直すことが

 有効な場合があります。 









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ジョミニー曲線、H鋼の意味は  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、材料の事で鋼材の焼入れ性を評価するジョミニー試験と、焼入れ性保証のH鋼について

の簡単な説明を。


■ ジョニミー曲線とは

 JIS G0561「鋼の焼入性試験方法(一端焼入方法)」にジョミニー式端焼入れ法が規定されて

 います。

 (1)テスト片:φ25mmx100mm

 (2)焼入れ:決められた焼入れ温度に昇温(30~40分かけて)、そのまま30分間保持した後、

   垂直に吊り下げて、下側の面にφ12mm内径の管より温度が5~30℃の水を自由高さ65mmの

   自由高さで噴出させて、10分間冷却します。



■ 測定曲線

  試料片の焼入れ端より1.5mmの点より始め、HRCまたはNVを5mm間隔で測定して、横軸に焼入
  
  れ端からの距離、縦軸に硬度ををとってプロットして描いた曲線を、その鋼種のジョミニー曲線といいます。

  
■ Hバンド、H鋼とは何か

  鋼材の品質を一定にするため、同一鋼種の化学成分と結晶粒度のばらつきによる焼入性曲線のばらつき範囲を制限する必要があります。

  ばらつきの上限と下限の焼入性曲線にはさまれた範囲をHバンドといい、Hバンドの定められた鋼をH鋼といいます。

  バンド幅を保証するため、Hが付いていない通常の鋼種と比較して規定されている化学成分の範囲が少し異なります。


■ 有効硬化層深さ と 全硬化深さ層の定義

  JISにより有効硬化層深さと全硬化層深さの定義が異なります。


koukahukasa.jpg






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金属を海中で使用するときに考えておくべきこと 忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、金属を海中で使用するときにどういう点を注意する必要があるかについて、少し説明します。

昔、海水ポンプの設計をする際に色々調べましたが、その抜粋を。



■ 鋳鉄

  通常、鋳鉄を海水中で使用する場合は、塗装で防食して使用します。 

塗装としてはタールエポキシをよく使用します。ただ、塗装皮膜が無くなると、黒鉛化腐食が起こり

ます。これは、腐食によって鉄が溶け出すと黒鉛だけが残りますが、この黒鉛の影響で、鋳鉄は

軟鋼より腐食度が若干大きくなります。


  球状化黒鉛の海水にたいする耐性は軟鋼に近く、耐孔食性、耐黒鉛化腐食は鋳鉄より改善

されていますが、腐食します。


  高ニッケルニレジスト鋳鉄は、黒鉛化腐食を起こしません。したがって鋳造性が著しく悪いです
が、よく使用されます。


■ ステンレス鋼の場合

  海水中で使用する場合、18Cr-8Niステンレス鋼が使用されます。この金属は、全面腐食はあり

ませんが孔食(表面の一部に不純物が付着、堆積して、これらと金属との間の電位差によって局部

的な腐食が進行して凹む事。)があります。


  最近は、合金成分を増やした、Cr;25%、Ni;5%、Mo;1.5%系の低炭素ステンレス鋼が使用

されるようになっています。 



■ 銅合金

  黄銅、青銅が、耐海水性があるとして実用に供されています。 ただ、合金中の亜鉛が海水中に

溶出して多孔質となり強度が低下します。

  その改善策として、亜鉛量を少なくした、アルミ青銅、鉛青銅がよく使用されますが汚染された

海水中では孔食を発生する場合があります。

  Ni含有量が10~30%のニッケル合金で、Feを少量含むキュプロニッケルは、局部腐食に強い

合金です。

銅合金は流速が早く溶存酸素を含む海水にたいしては腐食が進行するので使用できません。
 





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ステンレス鋼のぜい性  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、Cr系ステンレス鋼で起こるぜい性について、少し説明します。


■ 475℃ぜい性

 Ctを15%以上含むステンレス鋼は、400~500℃で長時間加熱すると、冷却後常温になったっとき

 に靭性が著しく低下します。

 475℃ではその傾向が著しいため、これを475℃ぜい性と呼びます。このときは衝撃地、伸びが

 著しく低下して、一方硬さが増します。


 ぜい化は、Crの含有量が大きいほど、また475℃での加熱時間が長いほど激しく現れます。

 フェライト生成元素は、ぜい性を促進します。一方オーステナイト元素はぜい性を抑制する効果が

 あります。 したがってオーステナイト系ステンレス鋼には、475℃ぜい性は生じません。


■ 475℃ぜい性の回復方法

 ぜい化した材料の靭性を回復させるには、600℃以上で2~5時間保持した後、急冷します。



■ γ(ガンマ)相ぜい性

 Fe-Cr-Ni系ステンレス鋼を、600~900℃に長時間加熱すると、常温の組織には存在しないγ相が

 現れます。γ相は非常にもろく、析出によって475℃ぜい性と同様に衝撃値、伸びを著しく低下させ

 硬さを増します。



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耐食金属の防食効果順位 忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、耐食合金(ステンレス鋼など)の防食対象毎の効果順位について、少し説明します。


■ 合金の耐食性を高めるための条件

 合金の耐食性を高めるには、組織が均一であるほうがよく、多相合金より単相合金のほうが優れて

 います。そのため、耐食用合金は、固溶体相の組織であることが多いです。

 耐食性の大きい金属元素を添加した合金は、その成分が一定量以上になると、著しく耐食性が

 向上することがあります。 たとえばCrを12%以上添加すると、急に耐食性がよくなる13Crステン

 レス鋼はこのよい例です。

 腐食には酸化を伴うものと。伴わないものとがあり、それによって耐食合金の選定方法が異なり

 ます。


■ 酸化を伴う腐食に強い材料の順位(左が最良)

 (1) 耐錆 ・・・  ①Ni(ニッケル)合金 > ②Cu(銅)合金 > ③Al(アルミニウム),Pb(鉛)

 (2) 耐酸化性酸、耐有機酸および耐錆 ・・・

    ①ステンレス鋼 > ②高Cr(クロム)鉄 > ③高Si(シリコン)鉄 > ④Ti(チタン) > ⑤Al

 (3) 耐酸化を主とした耐熱 ・・・

    ①高Cr鉄 > ②高Cr-Ni鋼 > ③Ni-Cr合金 > ④Fe-Cr-Al合金 > ⑤ステンレス鋼


■ 酸化を伴わない腐食に強い材料の順位(左が最良)

 (1) 耐塩酸、その他の非酸化性酸 ・・・

    ①特殊ニッケル合金 > ②Cr合金 > ③高Si鉄

 (2) 耐硫酸、その他の非酸化性酸 ・・・

    ①高Si鉄 > ②Pb > ③Cu合金 > ④Ni合金 > ⑤耐酸鋼 > ⑥オーステナイト鋳鉄

 (3) 耐アルカリ ・・・

    ①Ni > ②Ni合金 > ③低炭素鋼 > ④Cu合金 > ⑤ステンレス鋼















 

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S-C材の主な用途と機械的性質 ・・・ 忘れたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくりのマーシーです。

今日、鉄鋼材料のうち、強度の必要な個所にもっとも良く使われるS-C材についてみてみましょう。


■S-C材はSS材に比較して品質がよく、少し高価ですが、合金鋼に比べると安価なので、熱処理を

して機械的性質を向上させて、主要な機械部品材料として使用されます。

JISで決められている機械的性質は25mm径のときの数値ですので炭素鋼のようにマスエフェクトの

大きい鋼はその大きさにより調室後の機械的性質がJISの数値より劣った値になるので使用時は

十分注意する必要があります。


■S10C~S25Cの用途

C量が0.3%以上ないと調質の効果はありません。通常は焼ならしのまま使用します。比較的強度の

少ないナット、ピン、小物軸など、および一般鍛造品の材料として使用される場合が多いです。

焼きなましでは軟らかすぎて被削性が悪くむしれを生じるので、焼ならしで使用します。

また溶接性は良いので高圧用の配管継ぎ手など溶接部品としての用途は広くあります。


■S30C~S40C

調質によって機械的性質が向上できます。小物部品はすべて調質して広く使用します。大物部品は

マスエフェクトが大きいので表面付近の硬化だけで満足される用途以外には使用出来ません。


高い強度は必要としないが、低炭素鋼では強度が不足する場合にはS40Cを焼ならし状態で使用し

ます。
ボルト、ナット、軸、連結棒、各種アーム材として、使用条件に応じて、調質または焼ならしでよく使用

されます。


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