熱応力って・・・

Question

いつもお世話になります。

現在、部品間の膨張収縮で悩んでます。

熱応力っていうのは、
単に　線膨張係数、弾性率、温度変化
で考えればいいのでしょうか？

個人的には、硬さなども
考慮しなければならないのではと思うのですが・・・

一番利くのは、やっぱり線膨張係数なのでしょうか？

どのようなお話でも構いませんので、
熱応力に関するアドバイスを御教授下さい。

Accepted Answer

熱応力はσ＝Ｅα（t1－t2）の式からもわかるように、材料の線膨張係数と温度差および縦弾性係数のみに関係します。したがって材料の硬さや寸法には無関係です。すべて一次比例の式です。従って応力の大きさはすべての関係から正比例ですが、Ｅ（縦弾性係数）とα（線膨張係数）は材料によるものですから、材質の要素が大きくなります。ちなみにＳＳ４００とＳＵＳ３０４の線膨張係数は100℃において11.53対16.84でSUSのほうが伸びます。

Answer

プラスチックでも、ポリマーだけでも液晶とかは成型品で分子の並び方配向性があり成型時に金型寸法の通りには成型の条件を変えると異なった記憶があります。

更に、繊維などを加えたプラスチックは繊維での配向性がありますから、線膨張係数も成型時に切り出す方向性が問題になることがあるでしょう。

以前、フィラーとして龍森のLSI用シリカで最密充填を目標に結晶性不飽和ポリエステルの充填率を上げていくと、鉄の線膨張係数以下までいって、それを利用して線膨張係数の調整をしたのを思い出しますね。
昭和アルミ（現昭和電工）もその種のアルミを出していたような気がします。

ところで、熱硬化樹脂プラスチックが未反応の硬化剤を完全に反応させるために成型温度以下で時間をかけて加熱するアフターキュアと、半分液状であるようなゴムについて成型時の内部応力を和らげる為に成型温度以上で過熱するアニールがよく比較されますが、どちらも不十分では線膨張係数が変わってくることがあります。

実製品では、その温度でだけの線膨張係数を合わせても不十分ですから、それは気をつけて下さい。

弾性率・・・ってことは、ゴムも関係しているかと思いますが、どんな材料を他に使っていますか？
また、溶剤やオイルに触れる部材があるなら、それはどんな材質ですか？

Answer

膨張収縮についてということなので、熱膨張以外の膨張収縮についてお話します。
鋼で精密な部品を作る際に注意が必要なのが、経年変形の問題です。熱処理時からの残留オーステナイトの変態や、熱処理歪が徐々に開放されて変形するものです。金属部品が塑性加工ままであれば、温度によってはその加工歪の開放による変形が起きる可能性も考えられます。また樹脂の成分によっては、大きく経年変形するものもあるようです。
これらの初期（？）変形の要因が、全部開放された時に初めて単純な線膨張係数の世界に入ります。
　ちなみに私が材料を線膨張の測定機にかける前は、必ず応力除去の熱処理をしてからやっています。

SEAさんが問題にされているのが、どのような状況のどんな材質間で、どんな温度範囲の話なのか知りたいところです。

Answer

具体的に何で悩んでいるかを出して頂けると具体的なアドバイスもしやすいのですが、膨張収縮で部品にダメージが加わるというのであれば、部品の壊れやすさ（破断強度）なんかもファクターになり得ます。

熱応力って・・・