繰返し荷重に最適な鋼材

Question

お世話になります。
繰り返しの荷重に最適な鋼材は何が良いのでしょうか。
具体的にはシャフト２０００ｍｍのものを芯振分けで７５０の位置に支点を置いてます。
そして両端を押し上げたり水平に戻したりの繰り返しを行うつもりです。
強靭鋼と肌焼鋼のどちらかになると思ってるのですが、選定法などありましたら教えて頂けますか。
以前はＳ45Ｃに窒化処理をしたものを使用してますが、客先依頼で最適なものを再選定の依頼が
きているのですが、初心者なもので御教え頂けますか。

Answer

シャフトの使用温度の応力より材料選定されては如何でしょうか。それでも駄目なら表面処理を考えればどうですか？各温度の引張応力は、ＪＩＳハンドブックのボイラ圧力容器又は、発電用火力設備の技術基準（プラント配管ポケットブックに抜粋有り）などを参考にされては如何ですか？高温特性の良いＳＣＭ材が適当と思いますが、各社選定方法は色々なので特定は出来かねます。

Answer

工数と言うのはコストのことかと思いますが、やはり高周波焼入れのほうが安くなります。それも2000もあるようなワークでは窒化では出来るところも限られて繰るのではないでしょうか?
高周波焼入れであれば、標準品でもあります。27はちょっと分かりませんが。

Answer

繰り返しの回転曲げになるのでしょうか?シャフトの径はいくつでしょうか?2000もあるとなると結構大きな物ですか?
材質的には径が小さければS45C、大きくなるに従ってSCM440、SNCM439が良いのではないかと思います。
また表面処理はS45Cなどの場合窒化よりも高周波焼入れのほうが良いと思います。同様にSCM440やSNCM439でも高周波焼入れで表面硬度を上げるのも疲労特性が向上すると思います。

Answer

スミマセン。先ほどの回答に対して訂正です。
　
　回答の後半で、
　窒化処理は引張応力を・・・　とありますが、
　
　窒化処理は圧縮応力を・・・　が正解です。

Answer

シャフトを曲げたときの応力振幅はどの程度でしょうか。また、その部品のライフタイムあたりの繰り返し回数と材料の疲労限度との関係、シャフトの形状（応力集中部の有無）なども確認すべきポイントであり、材料の選定はこれらを把握してその次のステップと考えるべきです。
　また、”材料最適化”　とは、おそらくユーザは材料の変更の次にシャフトの軽量化や窒化以外の処理でのコストダウン、高荷重化など、次のステップが念頭にあるのではないでしょうか？　材料選定にはこのあたりの考え方も反映しておいたいいと思います。
　
　窒化処理は引張応力を材料表面に残留させることで耐摩耗性が向上し、疲労強さの向上にも効果がないわけではありませんが、全体的には材料の疲労特性に注目して設計し、支点周辺でシャフトの曲がりとともに摺動する部位などの耐摩耗性を窒化に頼るという考え方もあり得るでしょう。

繰返し荷重に最適な鋼材の選定法とは？