EN45鋼:性質とバネ鋼における主要な用途

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EN45鋼は、一般的に春鋼と呼ばれ、中炭素合金鋼で主に高炭素鋼として分類されます。優れた硬度と弾性が特徴で、高強度と回復力を必要とする用途に特に適しています。EN45鋼の主な合金元素には、炭素(C)、マンガン(Mn)、およびシリコン(Si)が含まれており、これらはその機械的特性や性能に大きく影響を与えます。

包括的な概要

EN45鋼は、恒久的な損傷なしに大きな応力と変形に耐える能力で知られ、バネや高疲労抵抗を必要とする他の部品の製造に理想的です。炭素含有量は通常0.45%から0.55%の範囲にあり、これが熱処理後の硬度と強度に寄与します。マンガンの添加は、硬化性を向上させ、靭性を改善し、シリコンは強度と酸化抵抗を高めます。

EN45鋼の利点:
- 高強度と硬度: 中炭素成分により、高い引張強度と硬度が得られ、要求の厳しいアプリケーションに適しています。
- 優れた弾性: EN45は優れた弾性特性を示し、変形後に元の形状に戻ることができます。
- 多用途のアプリケーション: 自動車、航空宇宙、工業用途でよく使用され、特にバネや他の荷重支持部品に適しています。

EN45鋼の制限:
- 腐食感受性: 適切な表面処理がないと、EN45は腐食に対して脆弱であり、過酷な環境での使用が制限されます。
- 溶接の課題: 高炭素含有量により、溶接が困難になることがあり、充填材や前後の溶接処理の慎重な選択が必要です。

歴史的に、EN45はバネの製造において重要であり、自動車産業では信頼性と性能が重要です。その市場の位置は、コスト効果と性能のバランスにより強固です。

代替名称、基準、及び同等品

標準組織 指定/等級 原産国/地域 備考/コメント
UNS 5160 アメリカ 最も近い同等品、成分の違いはわずか
AISI/SAE 5160 アメリカ 類似の特性、しばしば互換的に使用されます
ASTM A228 アメリカ 春鋼仕様、低炭素含有量
EN 1.7030 ヨーロッパ 同等の等級、類似の機械的特性
DIN 55Si7 ドイツ 成分の違いがわずかで、シリコン含有量が高い
JIS SUP9 日本 類似の用途、機械的特性がわずかに異なる

これらの同等品間の違いは、特定のアプリケーションでの性能に影響を与える可能性があります。たとえば、UNS 5160とEN45は類似の機械的特性を共有しますが、EN45の追加合金元素の存在が疲労抵抗を高め、高ストレスアプリケーションに優れた選択肢となることがあります。

主な特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
C(炭素) 0.45 - 0.55
Mn(マンガン) 0.60 - 0.90
Si(シリコン) 0.15 - 0.40
Cr(クロム) 0.00 - 0.25
P(リン) ≤ 0.035
S(硫黄) ≤ 0.035

EN45における炭素の主な役割は、熱処理を通じて硬度と強度を高めることです。マンガンは靭性と硬化性の向上に寄与し、シリコンは強度と酸化抵抗を助けます。クロムは少量存在しますが、腐食抵抗と硬化性を向上させることができます。

機械的特性

特性 状態/テンパー 試験温度 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) 試験方法の参考基準
引張強度 焼入れ&テンパー 室温 800 - 1000 MPa 116,000 - 145,000 psi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) 焼入れ&テンパー 室温 600 - 800 MPa 87,000 - 116,000 psi ASTM E8
伸び 焼入れ&テンパー 室温 10 - 15% 10 - 15% ASTM E8
硬度(ロックウェルC) 焼入れ&テンパー 室温 40 - 50 HRC 40 - 50 HRC ASTM E18
衝撃強度 焼入れ&テンパー -20 °C 30 - 50 J 22 - 37 ft-lbf ASTM E23

高い引張強度と降伏強度、良好な伸び特性の組み合わせにより、EN45鋼は動荷重と疲労を伴う用途に適しています。その硬度により、摩耗と変形に耐えることができ、これはバネ用途では重要です。

物理的特性

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 室温 7.85 g/cm³ 0.284 lb/in³
融点 - 1425 - 1540 °C 2600 - 2800 °F
熱伝導率 室温 45 W/m·K 31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
比熱容量 室温 0.46 J/g·K 0.11 BTU/lb·°F
電気抵抗率 室温 0.0000017 Ω·m 0.0000017 Ω·in

密度や融点などの重要な物理的特性は、高温環境を伴う用途にとって重要です。熱伝導率は材料が熱をどれだけ効果的に拡散できるかを示し、熱管理が重要な用途においても重要です。

腐食抵抗

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 抵抗評価 備考
塩化物 3-10 20-60 / 68-140 良好 ピッティングのリスク
硫酸 10-20 20-60 / 68-140 不良 推奨しません
水酸化ナトリウム 5-10 20-60 / 68-140 良好 応力腐食に対して感受性があります
大気 - - 良好 保護コーティングが必要です

EN45鋼は、特に大気条件下で中程度の腐食抵抗を示します。しかし、塩化物環境ではピッティングに対して脆弱であり、酸性または強アルカリ条件では避けるべきです。ステンレス鋼と比較して、EN45の腐食抵抗は明らかに低く、過酷な環境にさらされる用途には適しません。

耐熱性

特性/限度 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続使用温度 300 °C 572 °F これを超えると特性が劣化します
最大間欠使用温度 400 °C 752 °F 短時間の暴露のみ
スケーリング温度 600 °C 1112 °F この温度で酸化のリスク

高温で、EN45鋼は一定の限界まで機械的特性を維持します。ただし、高温に長時間さらされると酸化が進み、強度が低下する可能性があります。熱サイクリングを伴う用途では、これらの限界を考慮することが重要です。

加工特性

溶接性

溶接プロセス 推奨充填金属(AWS分類) 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 事前加熱を推奨
TIG ER70S-2 アルゴン 溶接後の熱処理が必要
E7018 - 慎重な管理が必要

EN45鋼は、高炭素含有量により溶接性に課題を示し、亀裂を引き起こす可能性があります。溶接前の事前加熱と、溶接後の熱処理は、これらのリスクを軽減し、溶接部分の完全性を確保するために重要です。

機械加工性

加工パラメータ EN45鋼 AISI 1212 備考/ヒント
相対的加工容易度指数 60% 100% EN45は加工が難しいです
典型的な切削速度(旋削) 30-50 m/min 80-100 m/min 最良の結果にはカーバイド工具を使用

EN45鋼の加工には、切削速度や工具の慎重な考慮が必要です。高い硬度は工具の摩耗を増加させる可能性があり、高品質の切削工具と適切な潤滑剤の使用が必要です。

成形性

EN45鋼は冷間および熱間成形が可能ですが、その高炭素含有量は低炭素鋼と比較して成形性を制限します。冷間成形は可能ですが、作業硬化を引き起こす可能性があり、熱間成形は亀裂なしにより大きな変形を許可します。

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
アニーリング 600 - 700 / 1112 - 1292 1-2時間 空気 硬度を減少させ、延性を向上させる
焼入れ 800 - 900 / 1472 - 1652 30分 油/水 硬度を増加させる
テンパー 200 - 600 / 392 - 1112 1時間 空気 脆さを減少させ、靭性を向上させる

熱処理プロセスは、EN45鋼の微細構造や特性に大きく影響します。焼入れは硬度を増加させ、テンパーは硬度と靭性のバランスを取るため、スプリング用途に適しています。

典型的なアプリケーションと最終用途

産業/部門 具体的なアプリケーション例 このアプリケーションで利用される鋼の主な特性 選択理由(簡潔に)
自動車 リーフスプリング 高強度、弾性 荷重支持用途に不可欠
航空宇宙 着陸装置部品 疲労抵抗、靭性 安全性と性能のために重要
工業 機械スプリング 高硬度、回復力 周期的な荷重下での耐久性が必要

その他の用途には:
- 農業機械部品
- 工具および金型
- 締結具およびクリップ

EN45鋼は、その優れた機械特性により、動的荷重や疲労にさらされる部品にとって不可欠です。

重要な考慮事項、選択基準、さらなる洞察

特性/特性 EN45鋼 AISI 5160 55Si7 簡潔な利点/欠点またはトレードオフノート
主要な機械的特性 高強度 類似 高靭性 EN45はより優れた硬度を提供
主要な腐食特性 中程度の抵抗 不良 良好 EN45は5160より優れています
溶接性 挑戦的 中程度 良好 55Si7は溶接が容易です
加工性 中程度 高い 中程度 AISI 5160は加工が容易です
成形性 制限される 良好 良好 EN45は成形しにくいです
相対的コストの概算 中程度 中程度 高い コストは市場の状況によって変動します
典型的な入手可能性 一般的 一般的 あまり一般的ではない EN45は広く入手可能です

EN45鋼を選択する際の考慮事項には、その機械的特性、コスト効果、入手可能性が含まれます。強度や弾性に優れていますが、腐食に対する感受性や溶接の課題は、適切なエンジニアリングプラクティスを通じて解決する必要があります。さらに特定のアプリケーションでの性能は、適切な熱処理および表面仕上げ技術を通じて向上させることができます。

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