5160鋼のすべて（特性、強度、用途）

Christian Cavallo

鉄鋼は、現代の産業で使用される最も重要な製造材料の1つです。 鉄に炭素やその他の微量元素を合金化して作られた金属で、これらの添加により、鋼の強度、抵抗、および硬度が向上します。

鋼はさまざまな方法で作ることができるので、異なる種類の鋼がその組成に基づいて分類されています（鋼の違いについてより理解を深めるには、鋼の種類の記事をご覧ください）。 アメリカ鉄鋼協会（AISI）と自動車技術者協会（SAE）は、異なる合金のための共同命名システムを開発し、各鋼の化学組成と一般的な特性を記述しています。 この記事では、低合金高強度ばね鋼である5160鋼の特性、強度、および用途を探ります。 この記事では、その物理的、化学的、機械的特性を調べることで、読者がプロジェクトにあまり適していない他の合金ではなく、5160鋼を選択するタイミングを示すことを期待しています。

Physical Properties of 5160 Steel

名前が各合金の組成について多くを明らかにするため、鋼とその合金の命名システムを理解することは重要です。 アルミニウムと同様に、鋼は4桁の識別子を使って命名されますが、アルミニウムとは異なり、それぞれの数字が鋼合金内の炭素と関連する合金元素の割合に関する重要な情報を保持しています。 また、AISIとSAEの命名システムの間には不連続性がありますが、合金名の点では概ね重複しており、この記事では一つの命名実体として扱います（AISI/SAE命名インデックス）。

鋼合金命名法の最初の桁は鋼合金の等級を表します。 5160アルミニウムの場合、5は主要な合金元素としてクロムを利用する鋼合金を表しています。 2桁目は前述の合金元素の濃度を表し、5160スチールは質量比で1％のクロムを含みます。 最後の2桁は炭素の濃度を表し、その合金が0.XX％の炭素であることを示します。 5160鋼の場合、炭素濃度は0.60%であり、中高炭素鋼であることを意味します。 これは包括的な分析ではなく、5160スチールと見なされるためには、材料は以下に示すように他の元素の濃度許容値を達成しなければならないことに注意してください：

• 0.75-1% マンガン
• 0.035% リン
• ≤ 0.15-0.3% シリコン
• ≤ 0.04% イオウ

5160 鋼は非常に丈夫で弾力性のある鋼鉄です。 耐疲労性が高く、延性に富み、柔軟性が要求される用途に有効なバネ性を持っています。 そのため、柔軟でありながら変形後に元の形状に戻る十分な強度を持つ「バネ鋼」の一種である。 溶接や機械加工は容易ではないが、熱処理、焼きなまし、熱間加工が可能で、形状を整えることができる。 密度は7.85 g/cm3 (0.284 lb/in3)です。

腐食性

5160スチールは錆びやすく、これはほとんどのスチールが示す不幸な副次的効果である。 空気中や水中の酸素が鋼の鉄の分子を攻撃して、錆とも呼ばれる酸化鉄を形成し、これが鋼に亀裂や弱点を導入してしまうのです。 この錆を防ぐためにクロムが添加されているが、劣化を完全に防ぐには質量的に十分ではない。 あらゆる苛酷なダメージが 5160 鋼を弱体化させるので、この金属を導入する際には、プロジェクトの錆リスクを考慮することが重要です。

機械的特性

表 1: 6063 アルミ合金の機械特性の要約。

上の表1は、5160鋼のいくつかの基本力学値を示しています。 このセクションでは、各値とこの非常に有用な材料の作業特性との関連性を簡単に説明します。

究極の引張および引張降伏強さは、引張にある材料の応答を記述する値です。 降伏強度は、鋼の試験片を永久に変形させない最大の引張力を表し、極限強度は、破壊（破断/亀裂）前の最大の引張力を表します。 5160スチールの引張強度は非常に高く、最強のアルミニウムをも凌ぐスポーツ値を誇る（ちなみに、かなり強いアルミニウム合金である7075アルミニウムの極限降伏強度はそれぞれ572MPa／503MPa）。

嵩比重は、材料がどれだけ均一な圧縮に耐えられるか、言い換えれば、軸方向に負荷がかかったときに物体の体積がどれだけ減少しにくいかを表します。 5160スチールの体積弾性率は160GPaで、液体の水（水の体積弾性率は2.15GPa）の約80倍も圧縮されにくいということになる。 自動車のサスペンションは常に圧縮されていることが多く、一定の圧縮力がかかっても揺らいではいけません。

同様に、せん断弾性率と弾性係数も、それぞれせん断応力と弾性応力に反応する材料の弾力性を示しています。 これらは、材料の全体的な靭性と、その材料がどのような応力に弱いかを示す良い指標となります。 5160鋼は、せん断弾性係数、弾性係数ともに非常に大きいため、多くの弱点を心配する必要はない。 材料の加工性と作業性は、しばしばこの2つの尺度に反比例していることは興味深いことです。より強く、より弾力性のある鋼は、ミルを食い込ませ、一般に機械工に多くの悲しみを与えるからです。

5160 鋼の用途

5160 鋼は、先に述べたように理想のばね鋼といえるものです。 その高い強度は、ばね、ファスナー、自動車サスペンションの板ばねなど、大きな応力がかかる小さな断面の用途によく使われます。 棒状や管状で供給され、加工するための道具さえあれば、非常に強い部品を作ることができる。 5160スチールは、スクレーパーやバンパーを作る際にも利用され、耐久性と柔軟性を兼ね備えた素晴らしいナイフエッジを作ることができます。 延性、靭性、および弾力性が必要な場合は、5160 鋼についてサプライヤーに尋ねることを検討してください。

まとめ

この記事では、5160 鋼の特性、強度、および用途について簡単にまとめました。 その他の製品については、当社の追加ガイドを参照するか、Thomas Supplier Discovery Platform にアクセスして、潜在的な供給元を探したり、特定の製品の詳細を確認したりしてください。

ソース。

1. https://www.academia.edu
2. http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf
3. https://continentalsteel.com/carbon-steel/grades/alloy-5160/
4. http://www.matweb.com
5. https://www.engineeringtoolbox.com

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