SCM440の高周波焼き入れした材料のせん断応力…

Question

SCM440の高周波焼き入れした材料のせん断応力の計算方法について

SCM440Hを高周波焼き入れし、HRC50～55°にした材料のせん断応力について、考え方を教えてください。

Answer

回答（２）の高周波焼入れ特有の部分に賛同して回答（４）をおこなったが、
回答（１）の
　＞硬度換算表で硬度(HRC50～55)から引張強さを確認
が大いに疑問。それに×安全率？

引用した許容ヘルツ応力で見ると、硬さを Hv600 一定として材料、熱処理別に見ると 96、106.5、121、117、134、160 まで実に６割以上もの開きがある。
これを硬さ換算で同一視したらどうなるのか？　係数なんてな話では収まらない。
大元で真実に迫る努力をしたほうが絶対に良いハズ。

それを為さずして性急に安全率を持ち込むのは問題だと思う。
ＦＥＭで局部の応力値まで解明できるようになった今日、設計での不確定要素は計算誤差の累積程度に収めるべき。あとは製作上、使用上の不確定要素、これも厳格に見積もる努力をして個々に明示する。

Answer

＞ せん断応力＝引張強さ×80％、ねじりせん断応力＝引張強さ×2/3の根拠は？
材料力学の教本を確認するのが一番の早道です。
また、簡単には、小生が回答（１）で記述のURL“安全率と許容応力について”の中の
『表 鉄鋼の許容応力 (kg/cm2) Iは静荷重、IIは繰り返し荷重、IIIは交番荷重を示す』
を確認すると判ります。(許容応力＝応力÷安全率なので、許容応力と応力は比例します)
鉄鋼類は、引張応力≒圧縮応力となるので、その合成応力である曲げ応力は、
曲げ応力≒引張応力となります。
そして、せん断は引張応力の80％で、ねじりせん断は2/3となっています。

参考ですが、IIの繰り返し荷重は片振りの繰り返し荷重で、IIIの交番荷重は両振りの
繰り返し荷重です。この内容も重要です。

Answer

高周波焼入れなので、硬さが分布を持ち、残留応力もあって、かなりやっかいな問題ではないかと思います。

歯車の設計では許容ヘルツ応力について、硬さが同じでも材質、熱処理方法によって変えています。

更に
　　とくに大歯数どうしのかみあいにおいては、歯面の面圧による歯内部の最大せん断応力の
　　発生点が深く、浸炭効果が及ばぬこともあるので、 このような場合は、安全率SH を
　　普通より大きめにとるように注意する。
なんてな注釈を加えている。係数主義というべき計算なのでやむを得ないが。

従って、応力分布－強度分布　について考えないと精密な答えに至らないと思います。上記例に倣えばかなり係数でゆとりを見る必要。

Answer

基本的には降伏から破壊に至る理論(塑性力学)に基づきます。材料特性によ
り最適理論は異なりますが、ミーゼス理論が一般的です。参考資料を添付し
ておきます。しかし破壊現象は材料固有の要素があり、実際の応力見積には
経験則を加味することになります。

http://www.fml.t.u-tokyo.ac.jp/FEM/Design_for_saftyH20.pdf

Answer

一般に高周波焼入れによる硬度は表層の硬度を示します。破壊の起点が表面
であると限定すれば、ねじりせん断応力については表面硬度からの推算で良
いかもしれませんが、曲げなどが作用する場合は疑問が残ります。
破壊値をベースに考える場合、簡単には　降伏強度＝引張強度の80％，
せん断強度＝降伏強度/(√2～√3）程度で見積もります。
設計強度は許容値ですから、上記値を安全率で割った値を採用します。

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