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強度区分・各用語

 

12.9とは

小数点の左の数字と右の数字がそれぞれボルトの強さを表します。
左の『12』が'120キロまで切れない'という強さを表します。
これを「最小引張荷重」といいます。
右の『9』が'120キロの9割→108キロまでは伸びても元に戻る'という強さを表しています(108キロを超えると伸びきって元には戻りません)。
これを「降伏荷重」または「耐力」といいます。
「10.9」→100キロまで切れずに9割の90キロまで元に戻る
「8.8」→80キロまで切れずに8割の64キロまで元に戻る
「4.6」→40キロまで切れずに6割の24キロまで元に戻る
JIS規格では、次の10種類の強度区分が定められています。
3.6/4.6/4.8/5.6/5.8/6.8/8.8/9.8/10.9/12.9(力の単位は、1平方ミリメートルあたりです)

11Tとは

110キロまで切れないという最小引張荷重だけを表しています。
「8T」→80キロまで切れない「7T」→70キロまで切れない「4T」→40キロまで切れない11T、8T、7T、4Tなどの強度区分は「降伏荷重」は表しません。
「11T」と「10.9」は"0.1の差"でほとんど同じと誤解されやすいのですが、実際には引張強さが110キロと100キロで10キロの差があります。尚、○○Tという強度区分は、1999年4月1日で廃止となりました。

熱処理

熱処理とは鉄鋼その他の金属に変態点(材質の組織が変化をする温度)以上まで加熱および冷却することにより、所要の性質および状態を付与するために行なう処理をいう。
焼入れ,焼なまし,焼もどしなどは熱処理の代表的操作である。
高張力ボルト,六角穴付ボルト,セットスクリュー,自動車用特殊鋼ボルト,タッピンねじなどは原則として成形加工後に熱処理を施こし、所定の強度と靭性(粘り強さ)等の機械的性質を得る。

焼き入れ

「焼き入れ」は鋼を硬化しまたは強さを増加するため730℃以上に加熱した後,適当な媒剤中で急速に250℃まで急冷する操作をいう。
硬く強度が非常に大きくなるが脆いため通常は必ず焼き戻しをする。

焼きなまし

「焼きなまし」は鋼を軟らかくし,結晶組織の調整または内部応力の除去の目的のために730℃以上に熱くしてから、ごくゆっくり550℃まで冷却し、そのあとそれ以下の温度までやや速く冷す一連の操作をいう。

焼き戻し

「焼き戻し」は鋼を730℃以下に熱くして急冷します。
「焼き戻し」だけというのは殆どなく、「焼き入れ」+「焼き戻し」で処理するのが一般的です。
焼き戻し温度が低いほど鋼は硬くなりますが脆いので強度をあまり落とさないで靭性(粘り強さ)を高めるために2種類ある。
低温焼戻し・・200℃前後で耐磨耗性を高める
高温焼戻し・・400〜600℃で一般には調質と呼ばれる強度と靭性を高める。

窒化熱処理

真空炉に窒素を多く含むガス(アンモニアなど)を入れ、約500℃で50〜72時間加熱します。
そうすると、表面に窒化層ができます。窒化層自体が硬いので焼き入れや焼き戻しは不要です。
「SUS410」を熱処理するステンレスの中のCr(クロム)は炭化クロムや窒化クロムに変化して少なくなってしまうので、ステンレスの表面を保護する酸化クロムの膜が十分にできなくなります。ですから、人工的に不働態化させる必要があります。
この処理を「パシペート」といいます。

機械的性質

金属の機械的性質とは、外力が金属材料に働いた場合の金属の抵抗する強さや硬さの度合をいい、金属材料を使用して加工を行う場合に最も重要視される性質です。
その性質には、「強さ」(引張り強さ、圧縮強さ、せん断強さ)、「展延性」「脆性」(もろさ)、「靭性」(粘り強さ)、「加工硬化」「時効硬化」等が挙げられます。

最小引張破断荷重

最小引張破断荷重表であり、"降伏点"や"保証荷重応力"は、もっと小さな数字になります。
破断荷重別表へ

許容静荷重

製品にある荷重が加わっても、使用上安全であると保証された最大の荷重(製品の機能を失なわない程度の最も大きな物体に働く外力)を、その製品の許容静荷重といっています。
許容静荷重は、一般に製品の最大荷重を、安全係数で割った値を、その製品の許容静荷重としています

引張荷重

軸線に沿って互いに反対方向に作用し、その材料に引張りを与える荷重。

保証荷重応力

引張り試験にて求めた降伏点または耐力の約90%に設定された荷重(保証荷重)をボルト・小ネジにかけ15秒間保持し永久伸びが生じてはならない点の応力。

引張強さ

引張強度試験機でボルトの耐えた最大荷重を有効断面積で割った値。
引張強さ=最大荷重(Pmax)/有効断面積(As)
=N/mm^2(Kgf/mm^2)

靭性(粘り強さ)

靭性(粘り強さ)とは、金属材料に打撃のような急激な力が掛かる場合に、その力に対して抵抗する強さの事をいう。

脆性(もろさ)

脆性(もろさ)とは、金属材料に強さや硬さは有るが、伸びや衝撃力に対して弱い性質をいいます。

加工硬化

加工硬化とは、金属材料を冷間加工すると強くなり、展延性が減少する事をいう。

時効硬化

時効硬化とは、金属材料を低温中に放置しておくと硬くなる現象をいう。

延性

金属の延性とは、金属材料を線や棒の様に細く長く引き延ばす事の出来る性質をいい、金属材料が弾性限度を越えた力で破壊される事なく引き延ばされ、塑性的に変形する性質をいいます。
金、銀、白金、銅等は、金属材料中、最も延性に富む材料です。
一般に合金になると延性は減少します。

展性

金属の展性とは、金属材料を板や箔の様に薄く圧延する事の出来る性質をいいます。
金、アルミニウム、銅等は、この性質が大きい金属材料です。

破壊強さ(極限強さ)

材料試験において、応力を材料の降伏点以上に増して行くと、ひずみ硬化によって応力はひずみの増加とともに増して行き遂に破壊点に達する。
このようにして、試験片が破壊するまでに現われる公称応力の最大値を破壊強さまたは極限強さという。

せん断応力

ボルトの軸に直角方向に荷重をかけてせん断力が作用するときに生じる応力。これは断面に沿って接線方向に生じるので接線応力とも言います。一般にせん断強度は引っ張り強さの60〜80%です。

応力

材料が外力を受けた時、この外力につり合う為に内部に生じる抵抗力を言いい、単位はkg/mm^2で表す。外力の種類で引張応力・圧縮応力・曲げ応力・せん断応力がある。

耐力(下降伏点)

引張試験でボルトの永久伸びが0.2%残るであろうと言う点の応力を言う。
降伏点に代えて用いる。
ISO規格では実験的に引張強さの60〜80%(3.6〜6.8T)・80〜90%(8.8〜12.9T)と便宜上決めている。

締め付けトルク

ボルト,ナットの間に部材をはさんで締めた時、仮締から完了まで回す為には力が必要になる、これがトルクでその時必要な力を締め付けトルクといいます。
一般に普通のねじは,径が大きくなると締め付けに大きな締め付けトルクを必要とするので,テコの原理で手を掛ける位置がネジの中心から、離れている方が廻し易いのでスパナの柄の長さは,ねじ径に応じて長くしてあります。
ねじを締め付ける場合のトルクTは,生じる締め付け力Fとねじの直径(呼び径)のdのT(単位はNニュートン)=KdFの関係です。
Kはトルク係数と呼ばれるもので,メッキ・油等が関係しますが,大体0.15-0.2のあたりとされています。
理論上,ナットを回してボルトを破断させる荷重は,ボルトを単純に引張って破断させる荷重の80%弱とされています。
トルク別表

鋼製ねじの使用温度範囲

鋼製ねじの使用温度範囲およそ-50度〜300度となるが、温度が高くなると引張強度が低下する。
また温度が低くなると引張強度はあまり変化しないが、鋼の衝撃値が低下し、脆くなるので注意が必要。
(JISB1051・1052-1991)


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