熱処理とは？-プロセスと方法

熱処理とは何ですか？

熱処理は、金属を加熱および冷却するプロセスであり、特定の所定の方法を使用して、所望の特性を得る。鉄と非鉄の両方の金属は、使用する前に熱処理を受けます。

時が経つにつれて、多くの異なる方法が開発されてきました。今日でも、冶金学者はこれらのプロセスの結果と費用対効果を改善するために絶えず取り組んでいます。そのために、彼らはさまざまなグレードを生み出すために新しいスケジュールまたはサイクルを開発します。各スケジュールは、金属の加熱、保持、冷却の速度が異なります。

これらの方法に細心の注意を払うと、非常に特殊な物理的および化学的特性を持つさまざまな規格の金属を製造できます。

熱処理の利点

熱処理を行う理由はいろいろあります。金属を柔らかくする手順もあれば、硬度を上げる手順もあります。また、これらの材料の電気伝導率と熱伝導率にも影響を与える可能性があります。

いくつかの熱処理方法は、初期の冷間加工プロセスで誘発された応力を緩和します。他のものは、金属に対して望ましい化学的性質を発達させます。完璧な方法を選択することは、実際には金属の種類と必要な特性にかかっています。

場合によっては、金属部品はいくつかの熱処理手順を経ることがあります。たとえば、航空機製造業で使用される一部の超合金は、用途に合わせて最適化するために、最大6つの異なる熱処理ステップを経る場合があります。

熱処理プロセスのステップ

簡単に言えば、熱処理とは、金属を加熱し、その温度に保持してから、冷却するプロセスです。プロセス中に、金属部品はその機械的特性が変化します。これは、高温によって金属の微細構造が変化するためです。また、微細構造は材料の機械的特性に重要な役割を果たします。

最終的な結果は、さまざまな要因によって異なります。これらには、加熱時間、金属部品を特定の温度に保つ時間、冷却速度、周囲条件などが含まれます。パラメータは、熱処理方法、金属の種類、および部品サイズによって異なります。

このプロセスの過程で、金属の特性が変化します。それらの特性の中には、電気抵抗、磁性、硬度、靭性、延性、脆性、および耐食性があります。

1。 暖房

すでに述べたように、合金の微細構造は熱処理中に変化します。加熱は、規定の熱プロファイルに沿って行われます。

合金は、加熱されると3つの異なる状態のいずれかで存在する可能性があります。機械的混合物、固溶体、または両方の組み合わせのいずれかです。

機械的混合物は、セメントが砂と砂利を結合するコンクリート混合物に似ています。砂と砂利はまだ別々の粒子として見えます。金属合金の場合、機械的混合物は母材によって一緒に保持されます。

一方、固溶体では、すべての成分が均一に混合されます。これは、顕微鏡下でも個別に識別できないことを意味します。

すべての州は異なる性質をもたらします。状態図に従って加熱することで状態を変えることができます。ただし、冷却によって最終的な結果が決まります。方法によっては、合金が3つの状態のいずれかになってしまう可能性があります。

2。 保持

保持または浸漬段階の間、金属は達成された温度に保たれます。その期間は要件によって異なります。

たとえば、肌焼きは、表面の硬度を上げるために、金属の表面に構造的な変更を加えるだけで済みます。同時に、他のメソッドには均一なプロパティが必要です。この場合、保持期間が長くなります。

浸漬時間は、材料の種類と部品のサイズによっても異なります。均一な特性が目的の場合、部品が大きいほど時間がかかります。大部分のコアが必要な温度に達するまでに時間がかかるだけです。

3。 冷却

浸漬段階が完了した後、金属を所定の方法で冷却する必要があります。この段階でも、構造変化が起こります。冷却時の固溶体は、さまざまな要因に応じて、同じままで、完全にまたは部分的に機械的混合物になる可能性があります。

ブライン、水、油、強制空気などのさまざまな媒体が冷却速度を制御します。上記の冷却媒体の順序は、有効冷却速度の降順です。ブラインは熱を最も速く吸収しますが、空気は最も遅くなります。

冷却工程で炉を使用することも可能です。制御された環境により、ゆっくりとした冷却が必要な場合に高精度が可能になります。

熱処理方法

選択できる熱処理技術はかなりあります。それらのすべてが特定の資質をもたらします。

最も一般的な熱処理方法は次のとおりです。

• アニーリング
• 正規化
• 硬化
• 老化
• ストレス解消
• 焼き戻し
• 浸炭

1。 アニーリング

アニーリングでは、金属は上限臨界温度を超えて加熱され、その後ゆっくりと冷却されます。

金属を柔らかくするために焼きなましが行われます。それは金属を冷間加工と成形により適したものにします。また、金属の被削性、延性、靭性も向上します。

焼きなましは、以前の冷間加工プロセスによって引き起こされた部品の応力を緩和するのにも役立ちます。存在する塑性変形は、金属温度が上限臨界温度を超えると、再結晶中に除去されます。

金属は、再結晶焼鈍、完全焼鈍、部分焼鈍、最終焼鈍など、多数の焼鈍技術を受ける可能性があります。

2。 正規化

焼ならしは、溶接、鋳造、焼入れなどのプロセスによって引き起こされる内部応力を緩和するために使用される熱処理プロセスです。

このプロセスでは、金属は上限臨界温度より40℃高い温度に加熱されます。

この温度は、硬化または焼きなましに使用される温度よりも高くなっています。この温度で一定時間保持した後、空冷します。正規化すると、パーツ全体で均一な粒子サイズと組成が作成されます。

正規化された鋼は、焼きなまし鋼よりも硬くて強いです。実際、正規化された形式では、鋼は他のどの条件よりも丈夫です。これが、衝撃強度を必要とする部品、または大規模な外部負荷をサポートする必要がある部品がほとんどの場合正規化される理由です。

3。 硬化

最も一般的な熱処理プロセスである硬化は、金属の硬度を上げるために使用されます。場合によっては、表面だけが硬化することがあります。

ワークは指定温度まで加熱して硬化させた後、冷却媒体に浸して急冷します。油、塩水、または水を使用できます。得られた部品の硬度と強度は向上しますが、同時に脆性も増加します。

肌焼きは、ワークの外層のみを硬化させる硬化プロセスの一種です。使用するプロセスは同じですが、薄い外層がプロセスにかけられるため、結果として得られるワークピースの外層は硬くなりますが、コアは柔らかくなります。

これはシャフトで一般的です。硬い外層が材料の摩耗から保護します。ベアリングをシャフトに取り付けると、表面が損傷し、粒子が移動して摩耗プロセスが加速する可能性があります。硬化した表面はそれからの保護を提供し、コアは依然として疲労応力を処理するために必要な特性を備えています。

4。 エイジング

時効または析出硬化は、主に可鍛性金属の降伏強度を高めるために使用される熱処理方法です。このプロセスでは、金属の粒子構造内に均一に分散した粒子が生成され、特性が変化します。

析出硬化は通常、高温に達する別の熱処理プロセスの後に発生します。ただし、老化すると温度が中程度に上昇し、再び急速に低下します。

一部の材料は（室温で）自然に老化する可能性がありますが、他の材料は人工的に、つまり高温でのみ老化する可能性があります。自然に老化する材料の場合、低温で保管すると便利な場合があります。

5。 ストレス解消

応力緩和は、ボイラー部品、エアボトル、アキュムレータなどで特に一般的です。この方法では、金属をその下限臨界境界のすぐ下の温度にします。冷却プロセスは遅いため、均一です。

これは、成形、機械加工、圧延、矯正などの初期のプロセスによって部品に蓄積された応力を緩和するために行われます。

6。 テンパリング

焼戻しは、硬化プロセス中に誘発される過剰な硬度、したがって脆性を低減するプロセスです。内部ストレスも軽減されます。このプロセスを経ることで、そのような特性を必要とする多くの用途に適した金属を作ることができます。

温度は通常、硬化温度よりはるかに低くなります。使用する温度が高いほど、最終的なワークピースは柔らかくなります。冷却速度は焼き戻し中の金属構造に影響を与えず、通常、金属は静止空気中で冷却されます。

7。 浸炭

この熱処理プロセスでは、分解時に炭素を放出する別の材料の存在下で金属が加熱されます。

放出された炭素は金属の表面に吸収されます。表面の炭素含有量が増加し、内核よりも硬くなります。

どの金属が熱処理に適していますか？

熱処理された材料の大部分は鉄金属ですが、銅、マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、真ちゅう、チタンの合金も熱処理される可能性があります。

熱処理された金属の約80％は異なるグレードの鋼です。熱処理可能な鉄金属には、鋳鉄、ステンレス鋼、およびさまざまなグレードの工具鋼が含まれます。

硬化、焼きなまし、焼ならし、応力緩和、肌焼き、窒化、焼き戻しなどのプロセスは、通常、鉄金属で行われます。

銅および銅合金は、焼きなまし、時効、焼入れなどの熱処理方法にかけられます。

アルミニウムは、焼きなまし、溶体化熱処理、自然および人工時効などの熱処理方法に適しています。アルミニウムの熱処理は精密なプロセスです。プロセススコープを確立する必要があり、必要な特性を得るために各段階で慎重に制御する必要があります。

明らかに、すべての材料が熱処理の形態に適しているわけではありません。同様に、単一の材料が必ずしも各方法の恩恵を受けるとは限りません。したがって、望ましい結果を達成するには、すべての材料を個別に調査する必要があります。相図と前述の方法の効果に関する入手可能な情報を使用することが出発点です。

よくある質問。

熱処理とは

熱処理とは、金属を溶融段階または溶融段階に到達させずに加熱し、制御された方法で金属を冷却して、目的の機械的特性を選択するプロセスです。熱処理は、金属をより強くまたはより展性があり、耐摩耗性が高く、または延性が高いようにするために使用されます。

熱処理の例は何ですか？

たとえば、アルミニウム合金の自動車用鋳物は、硬度と強度を向上させるために熱処理されています。真ちゅうと青銅のアイテムは、強度を高め、ひび割れを防ぐために熱処理されています。チタン合金構造は、高温での強度を向上させるために熱処理されています。

2種類の熱処理は何ですか？

さまざまな種類の熱処理プロセスを次に示します。

• アニーリング。
• 正規化。
• 硬化。
• 焼き戻し。
• 窒化。
• シアン化。
• 高周波焼入れ。
• 火炎硬化。

なぜ熱処理を行うのですか？

熱処理には多くの利点があります。たとえば、材料の物理的（機械的）特性を変えることができ、他の製造ステップに役立ちます。応力を緩和し、部品の機械加工や溶接を容易にします。強度を高め、材料を延性またはより柔軟にします。

熱処理の種類はいくつありますか？

この投稿では、鋼が今日受ける4つの基本的なタイプの熱処理（焼きなまし、焼ならし、硬化、焼き戻し）について説明します。

熱処理プロセスの3つの段階は何ですか？

熱処理の段階

• 暖房段階。
• 浸漬段階。
• 冷却段階。

5つの基本的な熱処理プロセスは何ですか？

熱処理技術には、焼きなまし、肌焼き、析出強化、焼き戻し、浸炭、焼ならし、焼入れが含まれます。

熱処理はどのように機能しますか？

簡単に言えば、熱処理とは、金属を加熱し、その温度に保持してから、冷却するプロセスです。プロセス中に、金属部品はその機械的特性が変化します。これは、高温によって金属の微細構造が変化するためです。

焼入れと焼き戻しとは何ですか？

焼入れと焼き戻しは、鋼やその他の鉄基合金などの材料を強化するプロセスです。これらのプロセスは、水、油、強制空気、または窒素などのガスで同時に冷却しながら、材料を加熱することによって合金を強化します。

鋼と合金とは何ですか？

基本的に、鋼は少量の炭素を含む鉄の合金です。さまざまな種類の用途に合わせて作成された何千ものさまざまな種類の鋼があります。これらは大きく4つのタイプに分類されます–炭素鋼、工具鋼、ステンレス鋼、および合金鋼。

熱処理におけるアニーリングとは何ですか？

焼きなまし、所定の温度に加熱し、一定時間保持した後、室温に冷却して延性を改善し、脆性を低減することによる金属または合金の処理。

焼き戻しの利点は何ですか？

焼戻しは応力を緩和するのに役立ち、金属の溶接や機械加工が容易になります。材料をより柔軟で延性にしながら、強度を高めます。硬度を高め、表面または金属全体に耐摩耗性をもたらします。

アニーリングの種類は何ですか？

さまざまなタイプのアニーリングプロセスのいくつか：

• 完全なアニーリング 。この方法では、鋼製部品は、臨界変態温度よりも約30°C高くなるまで加熱されます。
• 等温アニーリング。
• 球状アニーリング。
• 再結晶アニーリング。
• 拡散アニーリング。

熱処理前に正常化しますか？

正規化プロセスの概要。熱処理を正常化することで、不純物を取り除き、延性と靭性を向上させることができます。正規化プロセス中、材料は750〜980°C（1320〜1796°F）に加熱されます。

アニーリングの主な目的は何ですか？

焼きなましの主な利点は、プロセスが材料の加工性を向上させ、靭性を高め、硬度を下げ、金属の延性と機械加工性を高める方法にあります。

熱処理に浸す時間はどれくらいですか？

ソーク時間は、鋼が目的の温度（この場合は華氏1500度）に保持される時間です。浸漬時間が完了したら、非常に迅速に、しかし慎重にトングでサンプルを取り出します。

硬化の目的は何ですか？

硬化は、金属の硬度を上げるために使用される冶金金属加工プロセスです。金属の硬度は、加えられたひずみの位置での一軸降伏応力に正比例します。

金属を加熱すると弱くなりますか？

この単純な行為は、正確な温度範囲に加熱された場合、より純粋で硬い金属を作り出すことができます。これは、金属を焼きなましするよりも強度が高い鋼を作成するためによく使用されますが、延性の低い製品も作成します。したがって、熱は確かに金属を弱くする可能性があります。

焼き戻しと硬化の違いは何ですか？

硬化または焼入れは、金属の硬度を上げるプロセスです。焼き戻しとは、物質を臨界範囲未満の温度に加熱し、保持してから冷却するプロセスです。

鋼を焼き過ぎたらどうなりますか？

十分に高い温度と十分な時間があれば、鋼はまったく急冷せずにゆっくりと冷やす場合よりも柔らかくなります。したがって、目標に応じて、ブレードを完全に焼き過ぎにすることができます。ブレードが柔らかくなりますが、もろくなりません。

焼入れ後に焼き戻しプロセスが必須なのはなぜですか？

硬化後の鋼の焼き戻しは必須です。これは、マルテンサイトである新しいフェーズが作成されたためです。マルテンサイトを作成する前に、オーステナイト相に進む必要があることを忘れないでください。

焼入れ後に焼戻しが必要なのはなぜですか？

急冷された後、金属は非常に硬い状態になりますが、もろくなります。鋼は、硬度の一部を減らし、延性を高めるために焼き戻しされています。 400°Fから1,105°Fの間の温度で一定時間加熱されます。

真ちゅうの合金とは何ですか？

真ちゅう、銅と亜鉛の合金、その硬度と作業性のために歴史的かつ永続的に重要です。

硬化プロセスとは何ですか？

硬化プロセスは、コンポーネントを臨界（正規化）温度以上に加熱し、この温度で厚さ1インチあたり1時間保持し、材料がはるかに硬くて強い構造に変化するのに十分な速度で冷却し、その後焼き戻しを行うことで構成されます。 。

高周波焼入れが必要な理由

高周波焼入れは、鉄部品の局所領域の機械的特性を向上させるために実行される熱処理プロセスです。結果として生じる硬化領域は、強度特性とともに耐摩耗性と耐疲労性を向上させます。

どのような材料を火炎硬化させることができますか？

火炎焼入れは、軟鋼、合金鋼、中炭素鋼、鋳鉄製の部品で行われます。その名前が示すように、火炎硬化はオキシガス火炎からの直接熱を使用します。

どのように調質プロセスを行いますか？

焼き戻しは通常、硬化後に過剰な硬度の一部を減らすために実行され、金属を臨界点よりも低い温度に一定時間加熱してから、静止空気中で冷却することによって行われます。