SKH51とは
SKH51とは、JIS (日本産業規格) に規定されたモリブデン系高速度工具鋼の一種です。
SKH51は高い硬度、耐摩耗性、耐熱性、切削性能などの優れた特性を持ち、高速での切削加工に適します。一般的に工具鋼として使用され、切削工具、金型、工具部品、機械部品などに幅広く使われています。SKH51は、高合金鋼で、モリブデン、バナジウム、タングステンなどの合金化元素を含み、適切な熱処理によって、硬度と耐久性を改善できます。
SKH51の使用用途
1. 切削工具
フライス盤とは、金属や木材などの材料を加工するための機械工具の一種です。主に平面や複雑な形状を加工します。フライス盤は切削刃がついた回転する切削刃を用いて、材料を削ります。タップとは、金属加工において、内部にネジを切るための切削工具の一種です。リーマとは、金属や木材などの材料の内径を加工するための切削工具の一種で、穴を円筒形に整形するのに用いられます。
ハイスエンドミルとは、金属加工において、フライス盤やCNCマシンなどで使用される切削工具の一種です。CNC (英: Computer Numerical Control) マシンは、コンピュータ数値制御によって操作される機械加工装置の一種です。
2. 金型・工具部品
金型は押出成形、プレス成形、鋳造などです。工具部品は螺子、ギア、軸、軸受け、ばね、刃物、ノズルなどが挙げられます。
3. 機械部品
機械部品はベアリング、ブッシュ、スプロケット、クランク軸、シャフト、歯車などがあります。
ベアリングとは、軸と軸受けの間の回転摩擦を減らすために使用される機械部品の一種です。ブッシュとは、回転や移動する軸部分の周囲に配置される機械部品の一種で、軸と軸受けの間の摩擦を減らすために使用されます。
スプロケットとは、自転車やオートバイ、自動車、産業用機械などの動力伝達系で使用される、歯車の一種です。スプロケットは、軸に取り付けられ、チェーンやベルトなどの伝動部品と組み合わせて、回転運動を伝達します。クランク軸とは、内燃機関や圧縮機、発電機などの回転運動エネルギーを発生させる機械装置の一部で、ピストンの上下運動を回転運動に変換するための部品です。
4. 切削加工用の機械部品
スピンドルとは、機械工具の一部で、回転するシャフトまたは軸です。スピンドルは、高速旋盤やフライス盤、工作機械、木工機械、歯科用ハンドピースなどの機器で使用されます。工作物を保持し、切削工具によって加工するための装置です。チャックは、工作物を回転軸に沿ってセンタリングします。
5. その他
その他として超硬合金の被覆材料や熱硬化処理された歯車や歯車用切削工具などが挙げられます。
SKH51の性質
1. 化学組成
- 炭素 (C) : 0.80%～0.88%
- シリコン (Si) : 0.45%以下
- マンガン (Mn) : 0.40%以下
- リン (P) : 0.030%以下
- 硫黄 (S) : 0.030%以下
- クロム (Cr) : 3.80%～4.50%
- モリブデン (Mo) : 4.70%～5.20%
- タングステン (W) : 5.90%～6.70%
- バナジウム (V) : 1.70%～2.10%
- 銅 (Cu) : 0.25%以下
2. 耐摩耗性
SKH51は高い硬度を持ちます。合金鋼の硬度を高めるためには、主に2つの方法があります。1つは合金元素を添加することによって、原子構造を制御することで硬度を向上させる方法です。もう1つは、熱処理を行い、合金鋼の結晶構造を制御することで硬度を向上させる方法です。
SKH51は、主に前者の方法によって硬度を高めています。SKH51に含まれる炭素、モリブデン、バナジウム、クロム、コバルトなどの合金元素の化学的特性によって、合金鋼の原子構造を制御し、硬度を向上させます。炭素の高い溶解度により、フェライトやオーステナイトといった金属結晶構造の原子間距離を縮め、強い原子結合を形成してSKH51の硬度を向上させます。
また、SKH51の硬度を向上させるためには適切な熱処理が必要です。SKH51の熱処理には、焼き入れ、焼き戻し、表面硬化などのプロセスがあり、それぞれに適した温度、保持時間、冷却方法が必要です。
3. 耐熱性
SKH51は高温での酸化や変形に対して優れた耐熱性を持ちます。主に原子構造を制御することで耐熱性を向上させており、SKH51に含まれる合金元素は高温下での金属材料の酸化や変形を抑制するために重要です。
モリブデンは高温下での酸化に対して、表面酸化物の形成を抑制する効果があり、炭素やクロムなどの合金元素と結合することで耐熱性が高くなります。クロムは金属表面に保護膜を形成し、酸化防止効果に優れ、高温下での酸化を抑制できます。
バナジウムは高温下での金属結晶構造を制御し、金属材料の強度や硬度を向上できます。コバルトは高温下での変形に対して、金属材料の強度を向上させる元素です。炭素やクロムなどの合金元素と結合することで金属材料の耐熱性や耐摩耗性を向上できます。
SKH51に含まれる合金元素の相互作用により、SKH51は高温下での酸化や変形に対して優れた耐熱性があり、適切な熱処理によりさらに耐熱性を向上できます。熱処理による結晶構造の制御を行うと耐熱性も向上できます。焼き入れはSKH51の材料を高温に加熱してから急速に冷却することにより、金属材料の結晶構造を調整するプロセスです。焼き入れにより強度と硬度、耐摩耗性や耐熱性が向上します。
焼き戻しは、焼き入れ後にSKH51の材料を再び加熱して、適切な時間保持してからゆっくり冷却することで金属材料の結晶構造を緩和するプロセスです。焼き戻しにより強度や硬度を犠牲にすることなく靭性が向上します。これにより高温下での変形に対する耐性が向上し、切削加工における金属材料の寿命を延長します。
4. 靭性
SKH51は、靭性が高い材料です。SKH51に含まれる炭素、モリブデン、バナジウム、コバルトなどの合金元素は、SKH51の硬度や耐摩耗性を向上させるだけでなく、靭性を高めます。焼き入れ硬化によって硬度が高くなりますが、焼き入れによって結晶が微細化してしまうと、靭性が低下するため、SKH51の熱処理においては組織制御が重要です。適切な焼き入れ条件や焼きなまし処理によって、金属結晶を大きくして、靭性を高く保てます。
SKH51のその他情報
SKH51の被覆材
SKH51は、高温下での酸化に対して耐性がありますが、酸化によって表面がダメージを受けることがあるため、SKH51の表面には、耐酸化性に優れたチタンやアルミニウムなどの被覆材を施すことがあります。被覆によりSKH51の表面が保護され、寿命を延ばすことが可能です。
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