SCM？STKM？SS？アドバイス下さい

Question

カテゴリーが違うかもしれませんが、オートバイのフロントフォークを製作するのですが一般的なフォークではなく特殊なフォークのため材料選びで悩んでいます。

製作過程としては外径π３８内径π２２のパイプをベンダーで曲げた後削りだした部品をTIG溶接にてパイプに溶接しなければならないのですが、フロントフォークという部品上、ねじれや衝撃等様々な力がかかりますしデザイン上、シンプルにしなければいけなく、（詳細は省きます）今回は材質自体の強度（なにをもって強度と言っているのかって話でもありますが）にたよるのが大きく、自分なりにいろいろ調べた結果,当社でよく使用するSTKM13AはSS400よりも弱いという事がわかり、それならばSTKM２０Aはどうなのかと。

SCM435or440は強いのはわかるのですが先日、日亜のSCM焼き入れ前に使う溶棒を使用し、溶接し、プレスで押してみたらすぐにクラックが入ってしまいました。
やはり焼き戻ししなければならないと感じました。溶接部も加重がかかりますのでそれでもやはりクロモリがいいのであれば焼き戻しを検討したいともいます。
それかそれ以外になにか向いている素材がありましたら教えていただきたいのです。

どうしても単品になってしまいますのでできるだけ自社内ですませたいのです。
そうすると一般的に手に入る材料でなければならないという事も出てきますし....ほとほと困っています。

いったいどのような物なのかもイメージがわかないでしょうし、抽象的すぎる質問なのは重々承知です。素人質問でご迷惑でしょうが皆様に少しでもご教授いただけたらと思います。よろしくお願いいたします。

Answer

> カテゴリーが違うかもしれませんが
それなら、バイク専用のサイトで尋ねましょうよ。
（下にＵＲＬ貼っておきます。）

> 外径π３８内径π２２のパイプ
そもそも、直径を表すには、ＪＩＳの寸法補助記号のうち
直径記号「Φ」を使うべきです。少しは勉強して下さい。
「Φ」の読み方は「マル」です。
外径Φ３８（マルさんじゅうはち）内径Φ２２（マルにじゅうに）が正しい。

> STKM13Aは・・・それならばSTKM２０Aはどうなのかと。
フロントフォークに電縫管を使おうという発想は、どこから来るのですか？
市販車のフォークを分解して、インナーチューブを観察する事を勧めます。

まぁ、私なら、Ｓ＊＊Ｃ材の丸棒から削り出しますね。
実際の試作車がそうする様に。

> リーディングフォークのような、ガーターフォークのような
なぁんだ、そぉいふ事ですか。
お話からは、てっきり、倒立フォークのインナーに何か付くのかと・・。

であれば、事は簡単です。
昔の松葉フォークは、電縫管です。溶接は、ロウ付け。
強度を考えるならクロモリ管で良いでしょう。
競技用自転車のフレームのイメージが正解です。
バイク好きならお分かりと思いますが、ニコ・バッカー等のフレームも同様。

松葉フォークなら、スプリングを圧縮する部材の選択ですが、
同様にＳＣ材でいけるでしょう。

仕事と称して軽井沢等に出かけ、博物館を見てくると勉強になると思います。

Answer

先ず、材料の記号には、以下の様に意味があります。
http://www.shinyokai.gr.jp/shinetsu/kousyusenntei.htm
http://www.inv.co.jp/~yoshi/sozai/tekkou.html

そして、
大まかな特性は、以下の様に
http://www.matec-inc.co.jp/NewsInfo/dictionary/information_metal03.htm
SCMには、以下の ≪素材データベースのニッケルクロムモリブデン鋼を確認≫
http://www.forming.co.jp/database/index.html
STKMには、以下の
http://www.jfe-wp.co.jp/nkwp02/hyo_h.html#001
SSには、以下の
http://www.coguchi.com/data_s/tokusyu/tokusyu1/
特性があります。

Answer

一般に強度を上げるために炭素やマンガンを増やしたり、焼入れ性を高める為
にクロムやニッケルなどの合金を入れることが多いと思いますが、一方、溶接
は炭素当量っと言って溶接の難易度をしるす数値は前述と逆に高くなりますね
ですから溶接の際は、材質により予熱＋後熱などの温度管理が必要になります

下記の参考URLの「機械構造用高張力鋼鋼管」というのは、これらの弱点を
カバーする材料らしいが、私も今迄知らなかったが調べて勉強になりました
ただ、望みのφ38.1xt8の寸法が存在するかどうか。メーカーに相談してみて

Answer

バイク屋さん、というよりカスタム屋さんですか？
自転車の世界もそうなんですが、妙なクロモリ信仰がありますよね。
SCMなどの合金鋼は、調質（ほどほどの硬さに焼きいれ＋焼き戻しすること）
によって強さを発揮するので、生材で使ったらSS４００と変わりません。
焼きの入りやすい成分になってるので溶接部は焼き戻し必須でしょう。

バイクも溶接も専門外なのでこれ以上はなんとも言えませんが、
調質品を溶接した時、熱影響部がどうなるか、あるいは、
溶接済み品をまるごと調質できるか、など、熱処理屋さんと相談なさっては？

Answer

SCM材は、強度など材料自体の機械的性質の規定がありませんので、
最低限必要な強度とかいうのがあるなら、熱処理が必要でしょう.
SCMのモリブデンはSCrに対する焼き入れ性の向上くらいなので、焼き入れを行わないのであれば
SCrやSNCという選択肢も出て来るのかも知れません.

STKM13Aの引張強さは、日鉄鋼管さんでは370N/mm2以上となっており、
→http://www.nittetsu-steelpipe.jp/products/variety/kikaitanso.html
SS400ではこれが確かmin.400N/mm2ですから若干弱い可能性がある訳ですが、
これはあくまで規格上の下限ですから、実際には個体差や製造元毎の若干の違いがあるハズで、
実物を調べて比較してみなければ「明らかに弱い」とまでは言えないでしょう.
ちなみに、この鋼材メーカーではSTKM13Bが440以上、STKM14Aが410以上、STKM20Aでは540以上という事になっています.

熱処理をするのであれば、クロム系鋼材で意外とあなどれないのがSUJ2ですね.
JISでは「軸受鋼」という括りに入れられていますが、何のことは無く高炭素クロム鋼です.
SCrの親戚みたいなものです. SCM440でも炭素量は0.4%程度ですが、SUJ2では1%もの炭素を含んでおり、
焼き入れにより相当硬くなりますが、その割にはクロム添加のために靭性があります. 高価ですけれどね.

設計は専門外のため、何が良いというのは言えませんが、何はともあれ参考までに.

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