熱処理は金属材料の加工において非常に重要な工程です。熱処理により、金属材料の物理的および機械的特性が変化し、硬度、強度、靱性などの特性が向上します。
製品設計の構造が安全、信頼性、経済的、効率的であることを保証するために、構造エンジニアは一般に材料の機械的特性を理解し、設計要件と材料特性に基づいて適切な熱処理プロセスを選択し、その性能と性能を向上させる必要があります。寿命。金属材料に関する熱処理工程を13項目ご紹介しますので、皆様のお役に立てれば幸いです。
1. アニーリング
金属材料を適切な温度まで加熱し、一定時間保持した後、徐冷する熱処理工程です。アニーリングの主な目的は、金属材料の硬度を低下させ、可塑性を改善し、切断または圧力加工を容易にし、残留応力を低減し、微細構造および組成の均一性を改善し、またはその後の熱処理に備えて微細構造を準備することです。一般的な焼鈍には、再結晶焼鈍、完全焼鈍、球状化焼鈍、応力除去焼鈍などがあります。
完全焼鈍：結晶粒径を微細化し、組織を均一にし、硬度を下げ、内部応力を完全に除去します。完全焼鈍は、炭素含有量（質量分率）が 0.8% 未満の鍛造品または鋳鋼品に適しています。
球状化焼鈍：鋼の硬度を下げ、切削性能を向上させ、将来の焼入れに備えて焼入れ後の変形や割れを軽減します。球状化焼鈍は、炭素含有量（質量分率）が0.8％を超える炭素鋼および合金工具鋼に適しています。
歪取り焼鈍：鋼部品の溶接や冷間矯正時に発生する内部応力を除去し、部品の精密加工時に発生する内部応力を除去し、その後の加工や使用時の変形を防ぎます。歪取り焼鈍は、各種鋳造品、鍛造品、溶接部品、冷間押出部品などに適しています。
2. 正規化
鋼または鋼部品を Ac3 または Acm (鋼の上限臨界点温度) より 30 ～ 50 ℃高い温度に加熱し、適切な時間保持した後、静止空気中で冷却する熱処理プロセスを指します。焼きならしの主な目的は、低炭素鋼の機械的特性を改善し、被削性を改善し、結晶粒度を微細化し、構造欠陥を除去し、その後の熱処理に備えた構造を準備することです。
3. 焼入れ
鋼部品を Ac3 または Ac1 (鋼の下限臨界点温度) 以上の温度に加熱し、一定時間保持した後、一定の温度でマルテンサイト (またはベイナイト) 組織を得る熱処理プロセスを指します。適切な冷却速度。焼入れの目的は、鋼部品に必要なマルテンサイト構造を得て、ワークピースの硬度、強度、耐摩耗性を向上させ、その後の熱処理に備えた構造を準備することです。
一般的な焼入れプロセスには、塩浴焼入れ、マルテンサイト傾斜焼入れ、ベイナイト等温焼入れ、表面焼入れ、局部焼入れなどがあります。
一液焼入れ: 一液焼入れは、形状が比較的単純で技術的要件が低い炭素鋼および合金鋼部品にのみ適用できます。焼き入れ中、直径または厚さが 5 ～ 8 mm を超える炭素鋼部品の場合は、塩水または水冷を使用する必要があります。合金鋼部品は油で冷却されます。
二液焼入れ：鋼部品を焼入れ温度まで加熱し、絶縁処理後、水中で300～400℃まで急冷し、油中に移して冷却します。
火炎表面焼入れ：火炎表面焼入れは、硬くて耐摩耗性の表面を必要とし、単一または少量のバッチ生産での衝撃荷重に耐えることができる、クランクシャフト、ギア、ガイド レールなどの大型の中炭素鋼および中炭素合金鋼部品に適しています。 。
表面高周波焼入れ: 表面高周波焼入れを施した部品は、表面が硬くて耐摩耗性があり、同時に中心部では良好な強度と靭性を維持します。表面高周波焼入れは、中程度の炭素含有量を含む中炭素鋼および合金鋼部品に適しています。
4.焼き戻し
鋼部品を焼き入れした後、Ac1 以下の温度に加熱し、一定時間保持した後、室温まで冷却する熱処理プロセスを指します。焼き戻しの主な目的は、焼き入れ中に鋼部品によって発生する応力を除去し、鋼部品に高い硬度と耐摩耗性、さらに必要な可塑性と靭性を持たせることです。一般的な焼戻しプロセスには、低温焼戻し、中温焼戻し、高温焼戻しなどが含まれます。
低温焼戻し：低温焼戻しは、鋼部品の焼入れによって生じる内部応力を除去し、切削工具、測定工具、金型、転がり軸受、浸炭部品によく使用されます。
中温焼戻し：中温焼戻しは、鋼部品に高い弾性、一定の靭性、硬度を与えることができ、各種ばねやホットスタンプ金型などに一般的に使用されます。
高温焼戻し: 高温焼戻しにより、鋼部品は優れた総合的な機械的特性、つまり高強度、靭性、および十分な硬度を達成でき、焼入れによって生じる内部応力が除去されます。主にスピンドル、クランクシャフト、カム、ギア、コンロッドなど、高い強度と靱性が要求される重要構造部品に使用されています。
5. 焼入れ・焼戻し
鋼または鋼部品の焼き入れおよび焼き戻しの複合熱処理プロセスを指します。焼き入れ焼き戻し処理を施した鋼を焼き入れ焼き戻し鋼といいます。一般的に中炭素構造用鋼および中炭素合金構造用鋼を指します。
6.化学熱処理
金属または合金のワークピースを、絶縁のために特定の温度の活性媒体中に置き、1 つまたは複数の元素がその表面に浸透して、その化学組成、構造、および性能を変化させる熱処理プロセス。化学熱処理の目的は、主に鋼部品の表面硬度、耐摩耗性、耐食性、疲労強度、耐酸化性を向上させることです。一般的な化学熱処理には浸炭、窒化、浸炭窒化などが含まれます。
浸炭処理：中心部の高い靭性を維持しながら、表面の高硬度（HRC60～65）と耐摩耗性を実現します。ホイール、ギア、シャフト、ピストンピンなどの耐摩耗性、耐衝撃性の部品によく使用されます。
窒化：ボルト、ナット、ピンなどの重要部品に使用される鋼部品の表層の硬度、耐摩耗性、耐食性を向上させます。
浸炭窒化：鋼部品の表層の硬度と耐摩耗性を向上させ、低炭素鋼、中炭素鋼、合金鋼部品に適しており、高速度鋼の切削工具にも使用できます。
7. 固溶体処理
これは、合金を高温単相ゾーンに加熱して一定の温度を維持し、過剰な相を固溶体に完全に溶解させた後、急冷して過飽和固溶体を得る熱処理プロセスを指します。溶体化処理の目的は主に鋼や合金の塑性と靭性を向上させ、析出硬化処理の準備をすることです。
8. 析出硬化（析出強化）
過飽和固溶体中の溶質原子の偏析および/またはマトリックス中の溶解粒子の分散により金属が硬化する熱処理プロセス。オーステナイト系析出ステンレス鋼は、固溶処理または冷間加工後に400～500℃または700～800℃で析出硬化処理を施すと高強度が得られます。
9. 適時対応
合金ワークを固溶化処理、冷間塑性変形または鋳造した後、鍛造、高温放置または室温保持する熱処理工程を指し、時間の経過とともに性質、形状、寸法が変化します。
ワークをより高温に加熱し、より長時間の時効処理を行う場合を人工時効処理と呼び、時効処理と呼ばれます。ワークを室温や自然条件下に長期間保管した場合に生じる老化現象を自然時効処理といいます。時効処理の目的は、ワークの内部応力を除去し、構造や寸法を安定させ、機械的性質を向上させることです。
10. 焼入れ性
特定の条件下での鋼の焼き入れの深さと硬さの分布を決定する特性を指します。鋼の焼入れ性の良し悪しは、多くの場合、硬化層の深さで表されます。硬化層の深さが深いほど、鋼の焼き入れ性は良くなります。鋼の焼入性は主にその化学組成、特に焼入性を高める合金元素と結晶粒径、加熱温度、保持時間に依存します。焼入れ性の良い鋼は、鋼の断面全体にわたって均一で一貫した機械的特性を実現でき、焼入れ応力の低い焼入れ剤を選択して変形や割れを低減できます。
11. 臨界径（臨界焼入径）
臨界直径とは、特定の媒体中で焼入れした後、中心にすべてのマルテンサイト組織または50％のマルテンサイト組織が得られるときの鋼の最大直径を指します。一部の鋼の臨界直径は、通常、油または水中での焼入性試験を通じて取得できます。
12. 二次硬化
一部の鉄-炭素合金 (高速度鋼など) では、硬度をさらに高めるために複数回の焼き戻しサイクルが必要です。二次硬化として知られるこの硬化現象は、特殊な炭化物の析出および/またはオーステナイトのマルテンサイトまたはベイナイトへの変態によって引き起こされます。
13. 焼き戻し脆性
焼入れ鋼を特定の温度範囲で焼き戻し、または焼き戻し温度からこの温度範囲まで徐冷した場合に生じる脆化現象を指します。焼き戻し脆性は、第 1 種の焼き戻し脆性と第 2 種の焼き戻し脆性に分類できます。
1 つ目のタイプの焼き戻し脆性は、不可逆焼き戻し脆性とも呼ばれ、主に 250 ～ 400 ℃ の焼き戻し温度で発生します。再加熱により脆化が消失した後は、この範囲で脆化が繰り返され、脆化は起こらなくなります。
2 番目のタイプの焼き戻し脆性は、可逆焼き戻し脆性とも呼ばれ、400 ～ 650 ℃ の範囲の温度で発生します。再加熱により脆性が消失した場合は、長時間放置せず急冷するか、400～650℃の範囲で徐冷してください。再加熱すると再び触媒現象が発生します。
焼き戻し脆性の発生は、マンガン、クロム、シリコン、ニッケルなどの鋼に含まれる合金元素に関連しており、これらは焼き戻し脆性を進行させる傾向があり、モリブデンやタングステンは焼き戻し脆性を弱める傾向があります。
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投稿日時: 2023 年 11 月 23 日