1214スチール:特性と主要な用途

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1214鋼は、優れた加工性と良好な機械的特性で知られる中炭素合金鋼です。低合金鋼に分類され、通常、炭素含有量は約0.12%から0.14%で、マンガンと硫黄が多く含まれています。これらの合金元素の存在は、硬度、強度、耐摩耗性を向上させ、さまざまなエンジニアリングアプリケーションに適しています。

包括的な概要

1214鋼は主に中炭素合金鋼に分類されます。主要な合金元素には、炭素(C)、マンガン(Mn)、硫黄(S)が含まれ、これらは特性を定義する上で重要な役割を果たします。炭素含有量は鋼の硬度と強度に寄与し、マンガンは靭性と硬化性を向上させます。硫黄は少量ではありますが、フリーカッティング特性の形成を促進することで加工性を改善します。

1214鋼の最も重要な特性は次のとおりです:

  • 高い加工性: この鋼グレードは、細かい仕上げと厳しい公差を出す能力から、広範な加工を必要とするアプリケーションで好まれます。
  • 良好な強度と硬度: 中程度の応力を受ける部品に適した強度と硬度のバランスを示します。
  • 溶接性: 溶接は可能ですが、硫黄含有量のため亀裂を避けるための注意が必要です。

利点と制限

利点 制限
優れた加工性 限られた耐腐食性
良好な強度対重量比 高温アプリケーションには不向き
大量生産に対してコスト効果的 最適な特性には熱処理が必要な場合があります

1214鋼は、ギア、シャフト、ファスナーのような部品の製造で広く使用されているため、市場で重要な位置を占めています。その歴史的意義は、フリー機械加工鋼としての発展にあり、自動機械加工プロセスの進歩を促進しました。

代替名、基準、同等品

標準組織 指定/グレード 原産国/地域 備考
UNS G12140 アメリカ合衆国 AISI 1214に最も近い同等品
AISI/SAE 1214 アメリカ合衆国 硫黄添加のフリー機械加工鋼
ASTM A108 アメリカ合衆国 冷間仕上げ炭素鋼棒の標準規格
EN 1.0737 ヨーロッパ 類似の特性、微小な組成の違い
JIS S45C 日本 比較可能ですが、硫黄含有量が異なります

上の表は、1214鋼のさまざまな基準と同等品を強調しています。特に、S45Cのようなグレードは似ているように見えますが、通常は硫黄含有量が異なり、加工性や溶接性に影響を与えます。これらの微妙な違いを理解することは、特定のアプリケーションに適した材料を選択する際に重要です。

主要特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
炭素(C) 0.12 - 0.14
マンガン(Mn) 0.60 - 0.90
硫黄(S) 0.15 - 0.30
リン(P) ≤ 0.04
鉄(Fe) 残り

1214鋼の主要な合金元素は、その特性に大きな影響を与えます。炭素は硬度と引張強度を向上させ、マンガンは靭性と硬化性を改善します。硫黄は延性を低下させる場合がありますが、加工性には有利で、製造プロセス中の切断や成形を容易にします。

機械的特性

特性 状態/テンパ 典型的な値/範囲(メートル法 - SI単位) 典型的な値/範囲(インペリアル単位) 試験方法の基準
引張強度 焼鈍 580 - 700 MPa 84 - 102 ksi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) 焼鈍 350 - 450 MPa 51 - 65 ksi ASTM E8
伸び 焼鈍 20 - 30% 20 - 30% ASTM E8
硬度(ブリネル) 焼鈍 150 - 200 HB 150 - 200 HB ASTM E10
衝撃強度 シャルピー(20°C) 30 - 50 J 22 - 37 ft-lbf ASTM E23

1214鋼の機械的特性は、中程度の強度と優れた加工性が要求されるアプリケーションに適しています。その引張強度と降伏強度は、かなりの荷重に耐えることができることを示しており、伸び率は合理的な延性を示唆しており、破損前にある程度の変形を許容します。硬度の値は、鋭い刃を保持できることを示しており、切削工具や精密部品に最適です。

物理特性

特性 状態/温度 値(メートル法 - SI単位) 値(インペリアル単位)
密度 常温 7.85 g/cm³ 0.284 lb/in³
融点 - 1425 - 1540 °C 2600 - 2800 °F
熱伝導率 常温 45 W/m·K 31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
比熱容量 常温 0.46 kJ/kg·K 0.11 BTU/lb·°F
電気抵抗率 常温 0.00065 Ω·m 0.00038 Ω·in

1214鋼の物理特性、例えば密度や熱伝導率は、重量と熱拡散が重要な要素となるアプリケーションにとって不可欠です。比較的高い密度は部品の全体的な強度に寄与し、熱伝導率は工具や機械加工などのアプリケーションにおける効率的な熱伝達を保証します。

耐腐食性

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 耐性評価 備考
塩化物 3-10 20-60 °C (68-140 °F) 普通 孔食のリスク
10-20 20-40 °C (68-104 °F) 不良 推奨されません
アルカリ 5-15 20-60 °C (68-140 °F) 普通 応力腐食割れに対して脆弱
大気 - - 良好 穏やかな環境での性能が良い

1214鋼は特に酸性およびアルカリ性環境において限られた耐腐食性を示します。穏やかな大気条件には耐えられますが、塩化物の存在下では孔食や応力腐食割れに対して脆弱です。304や316のようなステンレス鋼と比較すると、1214鋼は厳しい環境での使用には不向きです。

耐熱性

特性/限界 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続サービス温度 400 °C 752 °F これを超えると特性が劣化します
最大間欠的サービス温度 450 °C 842 °F 短期間の露出のみ
スケーリング温度 600 °C 1112 °F 高温での酸化のリスク

高温では、1214鋼は約400 °C (752 °F) まで機械的特性を維持できます。ただし、この制限を超えて長時間曝露すると、強度と硬度が低下する可能性があります。スケーリング温度は酸化が問題になる可能性があることを示しており、高温アプリケーションでは保護措置が必要です。

加工特性

溶接性

溶接プロセス 推奨フィラーメタル(AWS区分) 典型的なシールドガス/フラックス 備考
MIG ER70S-6 アルゴン + CO2混合 予熱を推奨
TIG ER70S-2 アルゴン 溶接後の熱処理が必要
棒溶接 E7018 - 厚い部分に適しています

1214鋼はさまざまなプロセスで溶接可能ですが、硫黄含有量のために亀裂のリスクを軽減するための注意が必要です。溶接前の予熱と溶接後の熱処理は、残留応力を緩和し、溶接部の完全性を改善するのに役立ちます。

加工性

加工パラメータ [1214鋼] [AISI 1212] 備考/ヒント
相対加工性インデックス 100 130 1214は1212よりも加工性が劣ります
典型的な切削速度(旋削) 30-50 m/min 50-80 m/min 最適な性能を維持するために工具を調整してください

1214鋼は優れた加工性で知られていますが、硫黄含有量が高いため、AISI 1212よりも若干加工性が劣ります。加工操作中に最良の結果を得るためには、最適な切削速度と工具の考慮が必要です。

成形性

1214鋼は中程度の成形性を示し、冷間および熱間成形プロセスに適します。ただし、中炭素含有量のため、加工硬化を避けるために慎重に取り扱う必要があります。成形作業中には、亀裂を防ぐために最小曲げ半径を考慮する必要があります。

熱処理

処理プロセス 温度範囲(°C/°F) 典型的な浸漬時間 冷却方法 主な目的 / 期待される結果
焼鈍 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F 1 - 2時間 空気または炉 軟化、加工性の向上
急冷 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F 30分 油または水 硬化、強度の向上
焼戻し 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F 1時間 空気 脆性の低減、靭性の向上

熱処理プロセスは1214鋼の微細構造と特性に大きな影響を与えます。焼鈍は材料を軟化させ、加工性を高め、一方で急冷は硬度を増加させます。焼戻しは硬度と靭性のバランスを取るのに重要であり、さまざまなアプリケーションに適しています。

代表的な用途と最終用途

産業/セクター 具体的な応用例 この用途で利用される鋼の主要な特性 選択理由(簡潔に)
自動車 ギア 高強度、優れた加工性 コスト効果的な生産
航空宇宙 ファスナー 良好な強度対重量比 応力下での信頼性
製造 シャフト 耐摩耗性、加工性 精密部品

1214鋼は自動車や航空宇宙産業でギアやファスナーのような部品に一般的に使用されます。その優れた加工性と強さは、大量生産において精密さとコスト効果が重要な場合の選択肢となります。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

特徴/特性 [1214鋼] [AISI 4140] [AISI 1045] 簡潔な賛否またはトレードオフの注記
主要な機械的特性 中程度の強度 高強度 中程度の強度 1214は4140よりも加工が容易です
主要な腐食面 普通 良好 普通 4140はより良い耐腐食性を提供します
溶接性 中程度 良好 良好 1214は亀裂を避けるための注意が必要です
加工性 優れた 中程度 良好 1214は加工性が優れています
成形性 中程度 不良 良好 1214は4140よりも成形が容易です
概算相対コスト 低い 中程度 低い 大量生産に対してコスト効果的です
一般的な入手可能性 高い 中程度 高い 1214はさまざまな形状で広く入手可能です

1214鋼を選択する際には、コスト効果、入手可能性、および特定の機械的特性などが重要です。その優れた加工性は精密を必要とするアプリケーションに理想的ですが、腐食に対する限界は腐食性の環境を考慮する必要があります。全体として、1214鋼は特性と性能のバランスが取れているため、さまざまな産業で人気の選択肢となっています。

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