液体窒素による膨張又は永久歪み

やはり、合いいれないが合っているっていうか、合い入れるの表現が正解なのか、
各々が、限定して記している内容を批判しているようです。
エンジニアは、気が強い方が多いし、そうでなくては駄目なので、歓迎し以下に解します。


＞ 質問者ではなく回答(7)に対する追記です。
＞ 小生は「HRC60の耐摩耗低靱性部品には」と限定して指摘しました。その点を勘案すると、
＞ 回答(6)(7)には以下のような疑問が出てきますので、見解を教えて下さい。

＞ (1)「HRC60の耐摩耗低靱性材料」は通常溶接には全く適しませんが、回答(6)に
＞ 溶接法を推奨した理由は何でしょうか。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓
だから、適さないと記しております。同じです。
ですから、?の“精度が必要な物は、インローにしてねじ止め”を代替案を記し、
優先順位のトップとしています。
?＆?は、「HRC60の耐摩耗低靱性材料」の性能は、大いに落ちますが、表面の
トリートメント等の工夫して対応できる。

＞ (2)「HRC60の耐摩耗低靱性ブッシュに明けた穴」は割れの起点になる危険はない
＞ のでしょうか。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓
「HRC60の耐摩耗低靱性ブッシュに明けた穴」の場合、多くの物が中央に大きな穴を有して
いますが、それは同様の問題が発生するのでは？？
また、処理が異なる理由を記載するなら、取付け穴も同じ内面処理をするなら、問題が
低減するのではないでしょうか？
“圧入ストレス”と“熱ストレス”のトータルな弊害よりも。

＞ (3)圧入(小生は冷やし嵌めと圧入は別物と思っていますが、回答(7)では冷やし
＞ 嵌めも圧入の一種としてるようなので)に否定的な考えが述べられています。
＞ 「HRC60の耐摩耗低靱性部品を圧入」する理由には、(a)片当たりを避け、側面全体で
＞ 荷重負荷を受ける、(b)ブッシュ内面に割れ起点になる傷がついても圧入により
＞ 発生している圧縮応力により割れの発生を防止する、ことがあるのですが、
＞ それを無くしてしまうディスアドバンテージについてはどのように考えるのでしようか。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓
水掛け論です。
回答(7)では、質問者にインローセットではなく、何故圧入を選択しているかを確認
しております。
また、インローセットでも片辺りはありますが、圧入でもありますよ。
その内容を心配するなら、圧入時のブッシュ内部圧入応力の不分布による片辺り現象は、
もしかしたら、応力集中部分が比例限界を超えたり、破断点を超え、より危険になる。
ブッシュより、許容応力が低かろうと想像する、ボス穴の方は破断し易いが、靱性がある
ので、伝播はし難い。
でも、圧入力は軽減され易い状態となり、条件により心配である。
（ブッシュを液体窒素で冷やして圧入するが、質問者のスペックなので、条件に因っては…）

まあ、専門家は専門の分野ばかり、目が行く傾向にありますが、…　　の続きですが、

溶接組み立てではない、が圧入する。

当該製品は、ブッシング。

で、
回答(6)推奨の設計手法は、HRC40以下の高靱性構造部品には適用できますが、
「今回のような」HRC60の耐摩耗低靱性部品には全く推奨できませんので、御注意下さい。

の記載ですが、経年変化を危惧している。？？？？って感じに設計側はなる。

それは、
? 何故、ブッシングにストレスを与える圧入方法なのか？
　 圧入後の圧入ストレス、圧入前の熱ストレス、ありきで、経年変化を危惧
? ねじ止めは、インローにして、“圧入ストレス”と“熱ストレス”を与えずに
　 圧入の抜け止め又は、ガタ付き防止をねじで行なうと云う意味です。
　 ブッシングに穴を明けて、型にねじを切って止めるポピュラーな手法もあります。
　 ですが、抜け止め又は、ガタ付き防止目的なら、
　 『駒形部品＋ねじにて、駒がブッシングの抜け方向をブロックするねじ止め』
　 『型のブッシング取付穴側面に雌ねじを切り、セットねじ＋円板形銅板でブッシングを固定』
を考えた方が、設計の王道ではないか？？　と疑問をもったから。


圧入する目的で、ブッシュを液体窒素で冷やした、それで問題が発生し、性能が低下する
危険が発生なら、圧入の目的を明確化し、代用する方法を考える。

溶接固定ではなかったが、圧入の目的は固定に関係がある事はゲスできます。
なら、その代用で、問題解決する手法も考慮すべきです。
前任者が、圧入しているので、圧入の固定観念から脱しないは、質問者なら理解できます。

ですが、技術の森の第三者的アドバイザーなら、その特徴である“固定観念”からの
離脱よる思考（アドバイス）は、重要なアドバンテージと考えてます。


専門家は専門の分野ばかり、目が行く傾向にありますがは、その重要なアドバンテージ
に、目がいき難いことを意味しております。

それと、?～?の但し書きを読んだら、
回答(6)推奨の設計手法は、HRC40以下の高靱性構造部品には適用できますが、「今回のような」HRC60の耐摩耗低靱性部品には全く推奨できませんので、御注意下さい。
否こととなっておるので、大変迷惑である。

回答（1）のiwanaiは、又々　人間性が良く出ている記載をしている。

嬉しいね、自爆記載は…lol。

さて、専門家は専門の分野ばかり、目が行く傾向にありますが。

今回のような場合、

? 精度が必要な物は、インローにしてねじ止め

? 精度が必要でないなら、溶接後に高周波焼き入れ、又はズブ焼き入れ（圧入溶接部のみ）

? ?＆?が仕様上できない場合には、焼き入れ物を圧入し、溶接固定する

が設計の優先順位です。

それを、記載したまでです。

回答(4)の続きです。参考URLがあるので別投稿にしました。

回答(1)にある「SKD11のサブゼロでは、然るべく処理しないと長期で寸法変化する」について。

高温焼戻した高Cr冷間ダイス鋼では、焼戻温度によっては経年変寸の問題が発生することは知っていましたが、サブゼロにからむ経年変寸問題はあまり知らなかったので、質問内容とは直接の関係は無いのですが、調べてみました。

ゲージ鋼は、多くの場合冷間工具鋼です。文献(D)の「鋼G」はSKS3、「鋼C」はSKD1です(SKD11よりもC量が高いのですが、今回の問題についてはほぼ同じと考えてよい)。

文献(D)によれば、両鋼種とも「焼入+サブゼロ」のままで常温放置すると、かなり大きな変寸を起こしています(図1と図5)。これが回答(1)で指摘されている問題だと推定します。しかし「焼入+サブゼロ+150℃焼戻」をすれば、変寸は実用上問題が無い程度に小さくなっています。つまりサブゼロで終わらせてしまうのは、前述の靱性とともに、経年変寸の面でも不適切であると言えます。金型の経年寸法変化はゲージ鋼ほど厳しくはないのですが、用途によっては注意が必要と言えます。

訂正。

「質問内容とは直接の関係は無いのですが」を抹消します。調べてみたら大いに関係がありました。

質問者のために追記します。

回答(6)推奨の設計手法は、HRC40以下の高靱性構造部品には適用できますが、「今回のような」HRC60の耐摩耗低靱性部品には全く推奨できませんので、御注意下さい。

質問者ではなく回答(7)に対する追記です。

小生は「HRC60の耐摩耗低靱性部品には」と限定して指摘しました。その点を勘案すると、回答(6)(7)には以下のような疑問が出てきますので、見解を教えて下さい。

(1)「HRC60の耐摩耗低靱性材料」は通常溶接には全く適しませんが、回答(6)に溶接法を推奨した理由は何でしょうか。

(2)「HRC60の耐摩耗低靱性ブッシュに明けた穴」は割れの起点になる危険はないのでしょうか。

(3)圧入(小生は冷やし嵌めと圧入は別物と思っていますが、回答(7)では冷やし嵌めも圧入の一種としてるようなので)に否定的な考えが述べられています。「HRC60の耐摩耗低靱性部品を圧入」する理由には、(a)片当たりを避け、側面全体で荷重負荷を受ける、(b)ブッシュ内面に割れ起点になる傷がついても圧入により発生している圧縮応力により割れの発生を防止する、ことがあるのですが、それを無くしてしまうディスアドバンテージについてはどのように考えるのでしようか。

訂正。

「(a)片当たりを避け」を「(a)割れ発生の危険性がある片当たりを避け」に訂正します。

質問者に対する追記です。こちらを先にするべきだした。失礼しました。

「サブゼロ処理とは応力除去の事」。
もしかしたら「サブゼロ処理とは歪(変形)(が発生する可能性の)除去」だったのかもしれませんね。

「サブゼロ処理は焼入れ後・焼き戻し前にする」。
教科書的にはその通りです。しかし焼入-低温焼戻後にサブゼロ処理をしてもかまいません。但しオーステナイトのマルテンサイト化の効果が少し劣ります。その理由は、焼入ままのオーステナイトに比べて低温焼戻後のオーステナイトは少し安定化しており、マルテンサイトになりにくくなっているからです。ただ低温焼戻により焼入残留応力が緩和されるので回答(1)にあるサブゼロクラックの防止になります。サブゼロクラックの防止として、焼入とサブゼロ処理の間に「湯戻し」をするとした教科書(大和久先生)もあります。

「SCM440焼入れ及びタフトライド」。
ブッシュへの金型の挿入取出し方法が乱暴な場合、その繰り返しによりタフトライド層が剥離欠損、あるいはタフトライド層よりも深い傷ができ、その後の金型の出し入れがスムーズにいかなくなる可能性があります。

「SUJ2の焼入」。
確認していませんが、確かSUJ2はSKS3よりも焼入れ性が低かったと思います。焼入条件も勘案して、代替材料を選定して下さい。

回答(1)へのお礼の部分の疑問について。

各種文献に出ている寸法測定結果は、基本的に全て常温で測定したものです。例えば「サブゼロ処理による寸法変化」とは「サブゼロ前の常温での寸法」と「サブゼロ処理後の常温での寸法」を比較したものです。

極低温での熱膨張係数。
参考文献「極低温材料」
https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjournal1888/94/5/94_5_375/_pdf

図2に低温における熱膨張挙動が示されています。-150℃程度まではそれまでと同様の傾き(熱膨張係数)ですが、それ以下になると熱膨張係数が小さくなっています。このデータは初めて見たので、その理由はよく知りません。

回答(8)への疑問です。

(a)「だから、適さないと記しております」
回答(6)のどこに「適さない」と書かれているのでしようか。

(b)回答(6)の設計方法?は60HRCの材料を使用する、??は60HRCの材料を使用しない方法だったのでしょうか。

(c)「多くの物が中央に大きな穴を有しています」
その穴とはインサートを入れる穴のことでしょうか。

(d)回答(7)の「ブッシングに穴を明けて、型にねじを切って止める」、「型のブッシング取付穴側面に雌ねじを切り」、回答(8)の「取付け穴も同じ内面処理をするなら」の三つのブッシュの穴について、割れの危険性をなくすことができる穴の形状を教えて下さい。

(e)「取付け穴も同じ内面処理をするなら、問題が低減する」
高硬度材の替りに低高度材+表面処理を使用する場合という意味でしょうか。その場合「問題が低減する」理由を教えて下さい。

(f)「インローセットでも片辺りはありますが、圧入でもあります」
圧入でも片当たりがあることは認めますが、片当たりの危険性が、圧入よりもインローの方が低い(あるいは同等)になる理由を教えて下さい。

(g)「ブッシュより、許容応力が低かろうと想像する、ボス穴の方は破断し易いが、靱性があるので、伝播はし難い」
ブッシュの許容応力とボスの許容応力のどちらが高いと考るのでしょうか。また片当たりが起こっている場合、ブッシュとボスのどちらが先に損傷すると考えるのでしようか。

(h)回答(8)には、圧入による圧縮応力発生のメリット(インローでは得られない)について触れられていないようですが、どう考えるのでしょうか。

回答(9)に。

小生が議論したいことは、質問者の圧入の理由やその代替案ではありません。「60HRCの低靱性(脆性)材料部品」の適正設計方法です。金型設計者が知っていることでも、構造用鋼部品設計者の中には、高硬度脆性材料の扱いがよく判っていない人が見られます。そのような人たちのために、今回、あえて、質問を繰り返しました。

小生には回答(6)(7)の設計方法は、40HRC以下の普通鋼、強靭鋼部品には適しているものの、60HRCの低靱性材料部品の設計には向いていないと思えます。

それでは当初の質問から離れて、一般論で結構です。40HRC以下の高靱性部品に比較して、60HRCの脆性材部品の設計では、どのような点に注意するべきなのかを教えて下さい。
一般論ならば小生もある程度知っています。しかし回答(6)(7)回答者の考えは一般論とは異なるように思えるので、是非、教えて頂きたい。

回答(11)について。

これは小生の「回答(10)に」に対する回答なのでしょうか。
もしそうだとするならば、全く理解できません。当初の質問内容への推定は不要な質問内容に内容にしたのですが、それを無視しています。

脆性材料の設計方法について議論する気が無いのならば、そのように書いて下さい。する気があるならば前回の追記に対する回答を望みます。

小生は、技術者の重要な資質の一つに「どんな質問事項に対しも真摯に答える」ことがあると信じています。

訂正。

「回答(10)に」を「回答(9)に」に訂正します。

念のための追記。

小生は、60HRCのSKS製ブッシュを固定するという課題に対して、冷やし嵌め圧入の代替案として、60HRCのSKS製ブッシュをインロー構造にしたり、溶接固定したり、穴(多分横穴ですよね)を明けたり、ネジで押さえつけてガタつきを抑えたりする案は、60HRCのSKSの材料特性から見て不適当だと考えています。
その点を「脆性材料の設計方法」の問題だと言っています。

原因は、他の方と同じ。
焼き入れすると、製品は膨張するや膨張することがあると同じです。

対策は、他の方の方法もありますが、何故焼き入れをするのかを確認し、
焼き入れをしなくて良いなら、其方の仕様にした方が良いと考えます。

カテゴリーが“溶接・組立技術”とあり、もし溶接するなら、小生の優先は焼き入れしない
仕様で先ず考えます。

“小生の優先は焼き入れしない仕様で先ず考えます”の意味は、
硬度や引張強さを同等にする材料を選択ではなく、
例えば大きくして、引張強度を同等にする、等々を考慮した方が、
カテゴリーが“溶接・組立技術”とあり、もし後から溶接するなら、
溶接熱で、焼きも戻り、溶接強度も不安定になり、難しくなるので、
できれば、そんな理に反した仕様にはしたくないの意味です。