鋳物FC300 と鉄SS400 のたわみ、剛性

Question

鋳物FC300 と鉄SS400 のたわみ、剛性について教えてください。
機械部品で直径300mm x 1000mm　のシリンダ－を作ろうと考えています。
剛性を重視し、たわみのないものを設計したいと思います。
ヤング率はは鉄の方が約1.5倍の剛性をもつことになりますが、そのまま信じていいのでしょうか？　また、鉄の場合SS400 もS45Cもヤング率は変わりませんが、引っ張り強度はS45Cの方が高いと思いますが、引っ張り強度がたわみに影響しないでしょうか？

Accepted Answer

ヤング率は炭素鋼S45Cも鋳物FC300もは変わらず206GPa　,鉄鋼SS400で210GPa
で熱処理などで多少変動します。鋳鉄の場合鉄鋼に比べ圧縮強度が高いと言
われています。剛性はヤング率と相関があるので,剛性は変わらないわけです
が,伸びは鉄鋼＞鋳鉄であり鋳鉄の方が引張強度が劣ることになります。相対
的に言えば鋳鉄は変形し難いので,工作機械のベッドなどによく使われます。

規格番号そのものの縦弾性係数のデータはありません。
ねずみ鋳鉄(FC) 73.5～127GPa，球状黒鉛鋳鉄(FCD) 151GPa
軟鋼(SS400等）207GPa，硬鋼･炭素鋼(S45C等) 206GPa
と言うデータがありました。FC＜FCD＜S45C　となりそうです。
FC300の縦弾性係数　206GPaと記述しましたが，これは炭素量を
抑えた鋳鋼の場合の値であり上記に訂正いたします。
なお縦弾性係数は温度条件によっても変化します。
下記URL参照下さい。
http://www.as-1.co.jp/academy/18/18.html

他のデータも紹介しておきます。
http://www.madlabo.com/mad/edat/principle/phismech.htm#SEC1

ねずみ鋳鉄(FC) 200GPa，球状黒鉛鋳鉄(FCD) 161GPa
黒心可鍛鋳鉄(FCMB360) 172GPa　となっていますが，
FCは～152GPaと思われますので，200は怪しいです。
鋳鋼のデータと交錯しているように思います。

Answer

回答（１）さんの記述の如く、鋳物FC300と鉄鋼SS400、S45Cのヤング率は、
設計計算で使用する面では、略同じと考えてよいでしょう。
そして、S45C丸Ｈ材は、焼き入れ焼き戻ししてある材料で、硬くて引張強さ
も大きいです。（硬度換算用で確認すると判りますが、硬度と引張強さは、
硬度が非常に高い部分を除いて比例関係にあります。）
ですが、硬度がHRc20～25程度なので、後からでもハイス鋼や超鋼でも削る
事ができる便利のよい材料です。（S55C丸H材やSCM435丸H材もありますが、
これはHRcが25～30となり、超鋼削りとなります。）
そして、ヤング率が略同じで、引張強さ（降伏点）が高いと言う事は、
より、大きな応力が掛けられるという事で、軽量化できます。が、応力と
撓み（ひずみ）の関係は同じであると考えて下さい。
同じ応力では、SS400とS45Cの撓みは同じである。
S45Cの方が、SS400より大きな応力が掛けられるが、撓みも掛けた応力に
比例して大きくなります。
最後に、質問内容ではないのですが、シリンダーは空圧であれ油圧であれ、
製作より購入が良いと思います。30年以上前は、良く加工して作っていま
したが、そのノウハウがないなら購入した方が良いと考えます。
メーカーは太陽鉄工？さんや甲南電機？さんで確認下さい。

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