シャフトに最適な素材炭素鋼、合金鋼、ダクタイル鋳鉄

シャフトの一般的な材料は、炭素構造鋼、合金鋼、ダクタイル鋳鉄である。スチールシャフトブランクは、ほとんどが圧延丸鋼か鍛造品です。

I.炭素鋼

高品質の中炭素鋼30～50は、比較的重要なシャフトや負荷の大きいシャフトによく使用され、中でも45鋼が最も広く使用されている。このような材料は、焼入れ・焼戻しや焼ならしなどの熱処理によって機械的性質を改善・向上させることができます。

通常の炭素鋼Q235、Q275などは、重要でない軽負荷の低速シャフトや一般的なトランスミッションシャフトに使用することができます。

II.合金鋼

合金鋼は総合的な機械的特性が高く、熱処理性能も優れている。したがって、大きな荷重がかかり、重量とサイズが制限される重要なシャフトや、高い耐摩耗性と耐食性が要求されるシャフトには、合金鋼を使用し、特定の熱処理を施すことができます。

注意しなければならないことがある：

• 合金鋼は応力集中の影響を受けやすく、価格も高い；
• 炭素鋼と合金鋼の常温での弾性率はほぼ同じであるため、炭素鋼の代わりに合金鋼を使用しても、シャフトの剛性を向上させるという目的は達成できない；
• さまざまな熱処理、化学処理、表面強化処理（ショットピーニング、圧延など）は、シャフトの疲労強度や耐摩耗性を大幅に向上させるが、剛性にはほとんど影響を与えない。

III.ダクタイル鋳鉄

ダクタイル鋳鉄は、クランクシャフトやカムシャフトなど複雑な形状のシャフトの製造に適しており、安価で比較的強度が高く、耐摩耗性、振動吸収性、切削性に優れ、応力集中の影響を受けにくいという利点がある。しかし、鋳造品の品質管理は容易ではなく、信頼性は比較的低い。

シャフトの一般的な材質とその主な機械的特性を下表に示す。

表：シャフトの一般的な材料と主な機械的特性