シャルピー衝撃試験で非熱処理,水焼入れ,油焼入れの違いと衝撃吸収エネルギー量の増加の原因

回答(6)です。

機械的性質は熱処理状態(圧延まま、焼きならし、焼きなまし、焼入焼戻)で大きく変わります。みがき材とは表面状態のことですから、「みがき材の機械的性質」で探しても出てきません。

「圧延まま」を加えたのは、S45Cのような機械構造用鋼は、通常は圧延まま(Rと示すこともある)で販売されているからです。圧延ままですので表面には黒い酸化膜(黒皮)が付いています。

みがき材の場合は少し複雑です。鋼材加工メーカーは製鋼メーカーから圧延ままの素材を購入し、使い勝手の良いみがき丸棒を製造するわけですが、ユーザーニーズに合わせて皮むき(黒皮の除去)方法(引抜、切削、研削)を調整し、熱処理(焼きならし、焼入焼戻、焼なまし)を行う場合もあります。その結果様々な仕様のみがき材が存在します。最も安価なのは「圧延まま(熱処理なし)の引抜材」になります。今回使用している素材の素性も確認して下さい。

S45Cの熱処理状態ごとの機械的性質を探せば出てくる可能性はあります。ただし圧延ままの材料については、寸法や製造方法により組織や硬さが変化するので、仮に機械的性質が見つかっても参考になりません。

さらにS45Cのような焼入性の悪い材料では、熱処理寸法が機械的性質に大きく影響します。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/denkiseiko1925/26/2/26_2_74/_pdf/-char/ja
の図2に各種寸法のS45C(SAE1045)焼入材の断面硬さ分布が出ています。焼入性が悪いため、水冷であっても表層から内部の硬さ(や他の機械的性質)は寸法により大きく変化していることが分かります。機械的性質の事例が見つかっても、寸法や熱処理方法が異なれば直接比較はできません。

鉄鋼材料を使いこなすには、材料、熱処理、試験方法など多くの知識が必要です。

回答(6)です。

特性試験をする場合、同一条件で試験しても測定値にはバラツキがあるため、試験片1個あるいは測定回数1回(つまりN=1)での試験では正確な評価が難しいことが多々あります。例えば金属材料の引張試験なら同一条件で試験片を3本作製して(つまりN=3)試験を行い、異常が無い試験値を平均して特性値とします。教科書に「試験値の信頼性」とか「試験値の統計処理」のような項目があったら読んで下さい。

今回の油冷試験のAの値は明らかに異常値であるため(従来の技術知見に基づく想定とかけ離れているから)、測定結果から除外します。除外しますが、無視して無かったことにするするのではなく、今後のために異常の原因と対策を検討することが重要です。

油冷のAとBは明らか状態が異なります(回答(1)の指摘)。
焼入れままの材料は脆いため実用性はありません。多分30J/cm2以下程度と思われます。
Aは硬さが低く、Bは硬さが高いはずです
他の条件についても、試験値だけでなく破壊形態の観察も重要です。

今回の結果から衝撃値に及ぼす熱処理の影響を見ることは困難と思います。
むしろ得られることは、
1)N=2で試験して正確な評価ができるかどうか。
2)２つの試験値が大きく異なる時、どう評価するのか。
3)加工済の試験片を熱処理して正しい評価ができるかどうか。
になるようにに思います。

3)については、熱処理により試験片が酸化されてしまい、正確な特性評価ができないことがあるということです。正確に評価するなら、まず衝撃試験片に余肉1mmを付けて荒加工をし、熱処理後に10mm角に仕上げるとともにノッチを加工します。

今回のような機械的性質の評価には、同時に硬さの測定が必須です。例えば
https://www.jstage.jst.go.jp/article/denkiseiko1925/41/1/41_1_59/_pdf/-char/ja
の第22図を見て下さい。鋼種による衝撃値の違いを見るには硬さとセットであることが分かります。

多分教科書をお持ちでしょうから、いろいろと調べて、分からなければ、また質問して下さい。

回答(1)再出
まず最初に、質問者ご自身は、どの熱処理方法が最も「衝撃吸収エネルギー」が多いと想定なさったのでしょうか？
「油焼入れ」のサンプルが最も衝撃吸収エネルギーが大きかったという事実は、想定と合致していたのでしょうか？
合致していなかったとしたら、想定される原因にはどのような事柄があるでしょうか？
→私・他の回答者さんの回答には、多数の想定される原因が記載されています。

上記の想定原因について、今回得られた結果に結び付くか考察しましょう。
差異が生じた原因を絞り込めるかもしれませんし、下記のようにに、原因を特定できないという検討結果になるかもしれません。
・想定していなかった原因なので、データを把握できていない
・ばらつきを考慮すると、有意差があるとは判断できない
そのような際は、＊＊のような要因を適切に管理して再度実験をすれば原因が特定できると考えられる・・・などのように実験レポートを書けば及第点を貰えると思います。

貴殿が求められているのは、単純に原因を回答することではなく、原因を探求するプロセスをこの実験を通じて身に着けようとしていることだと思います。

測定値のA、Bとは何ですか。n=2で試験し、その2つの値でしょうか。
だとしたら油焼入れの2つの値があまりにも違いすぎており、どちらかが異常値と考えられます。試験片の様子に何か違いがないでしょうか。

他の条件についても、2つの測定値の乖離が大きいように感じます。
熱処理による試験片表面、特にノッチ底の酸化の影響が懸念されます。

焼入れ材とは焼入れままですか。
もし焼戻しをしたなら、焼戻し温度は何度でしょうか。

実習の課題としてやっているなら、硬さの測定も覚えて実施してください。
もしまだ難しいなら、今回の結果の解析に必要だと言って誰かに測定してもらって下さい。

油冷も自分でやったようですね。
S45CのMs点は350℃ぐらい、Mf点は150℃ぐらですから、途中で引き上げると十分焼が入らない可能性があります。
それを確認するためにも硬さの測定が必要です。