硬度の仕様は、鍛造熱処理の設計図に影響を与えます。多くの図面では、HB または HRC 値に加え、許容される歪みマージンを超えるものは何も記載されていません。しかし、設計主導の品質管理では、より深い局所的な熱処理ゾーン、表面硬化コンポーネントの硬化深さの要件、-中心部の硬度が、最終コンポーネントのあらゆる形状の信頼性と相互作用します。-パフォーマンス目標はあらゆる指標を決定します。
硬度: 重要な警告のある主要な指標
硬度試験は、{0}}迅速、非破壊、そして費用対効果の高い製造現場の品質検証の主流を占めています。-硬度と引張強さの間には相関関係があるため、完全な引張試験が現実的ではない場合の機械的特性評価の実用的な代用となります。 ASTM A909/A909M は、マイクロ合金化炭素鋼鍛造品の硬度と降伏強度、引張強度、伸び、および延性の要件を明確に関連付けています。
しかし、ハンドブックの硬度値に盲目的に依存すると、現場での失敗が生じます。故障モード分析では、硬度目標を推進する必要があります。
40CrNi または 35CrMo で製造された 10- トンの型鍛造ハンマーロッドがこれを示しています。初期仕様では、想定される衝撃主体の荷重に基づいて低硬度 (241-270 HBW) が規定されていました。-ロッドの寿命は短いままでした。破損調査により、衝撃過負荷ではなく疲労破壊が主なメカニズムであることが明らかになりました。硬度を 38 ～ 43 HRC に高めることで、寿命が大幅に延長されました。硬度が低い方が衝撃に対して安全だったでしょう。より高い硬度が疲労に対して正しいことが証明されました。
応力分布を計算し、安全係数を適用し、標準的な硬度変換テーブルを介して強度要件を変換し、それが完了したと称する設計者は、故障モードの会話を完全に見逃しています。{0}}冷間加工金型は逆の教訓をもたらします。-高精度プレスには高硬度の工具が必要です。-ただし、機械の精度が低く、衝撃エネルギーが大きいため、エッジの欠けや完全な破損を防ぐために、硬度をわずかに下げることが望まれます。
強さ-タフネスのバランス: 補完的な関係
鋼グレードは、相互に排他的な強度と靭性挙動を示します。過剰な靭性マージンを設定して設計された構造鍛造品は強度を犠牲にし、大型のコンポーネントの疲労寿命が制限されることになります。逆に、耐摩耗性のみを目的として最適化された工具や金型は、-最高の硬度、最低の靭性-を持ち、繰り返しの衝撃を受けると早期に破損します。
適切なバランスは、文書化されたサービス状態分析から導き出されます。標準化された試験片から測定された材料強度の値が、コンポーネントの構造強度に直接反映されることはほとんどありません。-サイズの影響、ノッチ感度、残留応力の状態は、実際の性能を大幅に変化させます。-隣接する相互作用コンポーネントを含むシステム-レベルの強度には、別の変数が追加されます。
硬度の違いにより、アセンブリの寿命が最適化されます。転動体ベアリングは、ボールが軌道面よりも 2 HRC 硬く走行すると耐用年数が長くなります。自動車のドライブ ピニオンは、表面硬度が相手歯車よりも 2 ～ 5 HRC 高い場合に優れた性能を発揮します。逆に、同じ硬度の同じ材料では、摩擦接触時の耐摩耗性が低下することがよくあります。
硬化コンポーネントにおけるコアと表面の調整
浸炭、浸炭窒化、高周波焼入れ、窒化処理された-表面硬化部品-には、一定の硬化深さで特定の中心強度目標が必要です。コア強度が過剰になると、有益な表面圧縮残留応力が減少し、耐疲労性が低下します。コアの強度が不十分であると、疲労の開始が移行ゾーンに移動し、亀裂の伝播が加速されます。
ISO 18203 は、火炎、誘導、電子ビーム、レーザー焼き入れなどの熱プロセスだけでなく、浸炭、浸炭窒化、窒化などの熱化学処理を含む硬化深さ測定方法を標準化しています。この文書では、肌硬化深さを、ISO 6507-1 に従って表面から 550 HV に達する硬度測定点までの垂直距離として定義しています。窒化硬度の深さは、硬度がコア値を 50 HV 超えるポイントを指定します。
浸炭歯車の最適な硬化率は、相対有効浸炭深さ 0.1 ～ 0.15 の間にあります。既存の仕様の多くは、必要以上に深く実行されています。この最適化された範囲まで硬化深さを減少させることにより、測定可能なエネルギー節約を達成しながら同時に疲労寿命を維持します。
