機械構造用炭素鋼S45Cの焼き入れについて

Question

直径25～30mm程度のモーター軸などに使われるS45Cの丸棒材は、一般的に必ず焼き入れ処理を施すのが常識でしょうか？

それとも、S45Cでも生材のままでモーター軸のような回転ねじり応力が掛かるような部材に使われる事はあるのでしょうか？

また、上記のようなS45C丸棒材に焼き入れした部材を強度評価する場合、最も一般的な手法はどんなものでしょうか？
（例えば断面の表面付近の硬度測定など）

基本的な質問かもしれず恐縮ですが、ご回答よろしくお願い致します。

Accepted Answer

S45Cは焼入性がわるく、水冷が必要で安定しにくい。キー溝など不均一部があると割れやすい。

＞直径25～30mm

なら一応は焼入できるが、芯は硬さが出ません。

モーター軸ならねじり荷重。芯はあっても無くても効かない応力分布なのでそれでも差支えない。
もっと硬くでき軸として多用される SUJ2 でも芯は構わず表面のみの高周波焼入が賞用されるのも同じ理由。

＞S45Cでも生材のままで

SS400より引張強さはあるので、その使い方も有り得ます。

もうひとつは非調質鋼というのがあります。
製鉄メーカが圧延段階で処理して普通品より硬くしたモノでS45C相当ならHRc23程度、引張強さは800MPa程度。

http://www.jfe-steel.co.jp/products/bousen/product2/index.html
　　S45Cの芯硬さも比較される

S45Cは硬く焼入れすると脆いので、焼戻しを強くして軟らかくして使うのが定石で、それを調質と言い、不要にした材料だから非調質という名。

＞断面の表面付近の硬度測定

深さは超音波、高周波電流を応用した非破壊機器で測れるが、浸炭焼入や高周波焼入の境目がハッキリするものに限られ、上図のような連続変化するものは測れないし、硬さの値は出ない。

なので断面カットしての破壊試験となります。初ロットの少数だけそれをやり、以降は表面硬度だけを測定。
表面硬度の規定は断面カットして硬さ分布を調べ評価してから決めるのが筋。

＞?塑性変形などによる劣化の低減など

論外。

＞炭素鋼は焼き入れ性が良くなくは、URL等を確認ください。

JIS G 4051 (1979)

全く論旨に矛盾。これに書いてないのが問題であって、熱処理知らずの機械設計屋さんが安直に引用してしまうから、現規格では削除。材料規格につき熱処理については専門知識を発揮して適切に行うべしとの改訂趣旨。

Answer

極一般的な記載をします。（古い情報になっているかもしれませんが、…）

S45を生で使用することは、勿体無い使用方法です。

S45C丸Ｈ（非調質）で使用するか、熱処理して使用するかで、値段が高い分の機械的性質を
上げて使用するが一般的な使用方法です。

ですが、炭素鋼は焼き入れ性が良くなく、大きな径では高周波焼き入れ等をし、硬化層部分を
パイプ効果でねじり等の剛性アップをします。
炭素鋼は焼き入れ性が良くなくは、URL等を確認ください。

焼き入れ硬度の計測や焼き入れ範囲を色目で測定する方法とか、熱処理教本やネットでも
簡単な内容は検索できます。

Answer

軸に焼入れを施すのは?強度を上げて軽量化?軸受などに対し協調するように
硬度を合わせる?塑性変形などによる劣化の低減などだと思います。
熱処理はその材料に応じて多様です。基本項目を理解する必要があるでしょう。
以下参考です。

http://www.tobu.or.jp/yasashii/yasashii.htm

Answer

設計的な考え方が少し変かと思うが、S45C生材でも強度的に問題なのであれば
それでも構わないだろう。それは強度計算前に直径直径25～30mm程度という
条件があるならば強度条件は既知の筈だからです。使用条件により疲労強度等
を適切に考慮することも大事ですが、問題は安全率と使用環境の問題だろう

先の回答者が紹介された非調質鋼は調質鋼より一般に衝撃的な強度に幾分劣り
疲労強度も幾分低くなるので注意したいところ。機械的な破損を許されない、
重要な機械や設備においては生材を使うには信頼性の点では心配が残だろう

機械構造用炭素鋼S45Cの焼き入れについて