金属の熱処理：プロセスと利点の概要

数年前、鍛冶屋は熱を使って荷馬車の部品や蹄鉄などの金属を成形していました。所望の形状に成形されたら、金属を急速に冷却した。これにより、通常、金属は非常に硬くなり、もろくなりませんでした。これは、金属の熱処理と呼ばれる基本的なプロセスです。最新の機械加工および金属加工プロセスは、より正確で洗練されたものになりました。

多くの異なる技術は、さまざまな目的のために金属を形作るのに役立ちます。熱処理プロセスは、金属が精密機械加工に反応する方法を変えます。熱処理は金属のいくつかの特性を変える可能性があります。このような特性には、硬度、強度、成形性、弾性、機械加工性などが含まれます。

今日、いくつかの熱処理方法があります。冶金学者は、方法の費用対効果と結果の改善に継続的に取り組んでいます。適切に従えば、この方法は、驚くべき化学的および物理的特性を備えた金属を与えることができます。ここでは、鋼と金属の熱処理の種類とその目的について詳しく見ていきます。

熱処理とは ？

一般に、鋼の熱処理には、材料の加熱と冷却が含まれます。金属または合金は特定の温度に加熱されます。次に、冷却が行われ、加熱された材料が硬化します。このプロセスは、金属の微細構造を変えることを目的としています。また、望ましい機械的、化学的、物理的特性を引き出すのに役立ちます。

これらの特性の変更は、関連するコンポーネントの耐用年数に役立ちます。たとえば、延性、強度、表面硬度、または耐熱性が向上する場合があります。熱処理は、金属製造プロセスの重要な側面の1つです。これは、金属部品を改善して耐摩耗性を向上させるのに役立つためです。

熱処理の一般的な定義は、金属の加熱と冷却です。ただし、熱処理プロセスはより制御されています。加熱と冷却のプロセスが実施されている間、加工金属の形状はそのまま残ります。

このプロセス中に、材料の構造的および物理的特性が変化して、目的の目的を果たします。それはまた、さらなる金属加工のためである可能性があります。鋼や金属の熱処理は、さまざまな製造段階で重要な役割を果たします。

どのように 金属の熱処理 仕事ですか？

熱処理には多くの種類がありますが、同様のプロセスに従います。最初のステップでは、金属または合金を必要な温度に加熱します。時々、温度は2400°Fまで上がります。冷却する前に、指定された時間その温度に保持されます。

金属が熱いうちに、微細構造が変化します。これが金属の物理的構造です。構造の変化は、最終的に金属の物理的特性の変化をもたらします。 「ソークタイム」は、金属を加熱するために使用される時間です。

浸漬時間は、熱処理プロセス中の重要な要素です。より長期間浸漬された金属は、より短時間浸漬された金属よりも多くの微細構造変化を示します。金属の冷却も最終結果に重要な役割を果たします。

冷却プロセスは迅速である可能性があります–急冷。その他の場合、冷却は炉内でゆっくりと行われることがあります。最適な冷却タイプは、プロセスから期待される最終結果によって異なります。したがって、鋼や金属の熱処理を開始する前に、これらの要因を考慮することが重要です。

別の要因も、金属のどの特性が変化するかを決定します。これは、製造プロセス中の熱処理の特定の時間です。一部の金属は、製造中に数回の加熱が必要になる場合もあります。したがって、操作を正しく実行するための最良の方法を理解することが重要です。

メリット 金属の熱処理

金属の熱処理がなければ、デバイスや機器の金属部品のようなものはありません。それらが存在したとしても、それらは正しい方法で機能しません。たとえば、非鉄金属部品は、いくつかのアプリケーションには弱すぎます。

鋼やアルミニウムなどの金属や合金の強化は、熱処理によって行われます。これらの金属の多くの用途は、飛行機、車、コンピューターなどです。これらの製品は、強度が高い金属に依存しています。これは、適切な安全性とパフォーマンスの向上を確保するためです。

熱処理後に変化した主な機械的性質はせん断強度です。その他には、引張強度と靭性が含まれます。ヒートトレッドされた金属は通常より強く、耐久性を保証します。したがって、高価な金属部品を時々交換する必要はありません。

効果的に熱処理された金属部品を使用することで、効果的で費用効果の高い機械の稼働が保証されます。さらに、この製品は、最も過酷なアプリケーションでも、はるかに効率的です。また、アプリケーションによっては、非常に硬い金属が必要になる場合があります。アプリケーションは、高度に定義されたエッジを必要とするアプリケーションである可能性があります。

金属の熱処理は、望ましい性能を得るための最良の方法の1つです。また、延性のある母材で硬い表面を作成するのにも役立ちます。アプリケーションの利点に加えて、熱処理はメーカーにとっても有益です。

適切な熱処理プロセスは、内部ストレスを軽減するのに役立ちます。その結果、これにより金属の溶接や機械加工が容易になります。熱間成形などのプロセスでは、時間の経過とともに鋼材に応力が発生する可能性があります。したがって、これらの材料は熱処理の恩恵を大きく受けます。一言で言えば、金属の熱処理の利点は次のとおりです。

• 強度を高め、材料を延性またはより柔軟にします。
• 金属に耐摩耗性をもたらします。
• 応力を緩和し、部品の機械加工や溶接を容易にします。
• もろさを改善します。
• 金属の電気的および磁気的特性を向上させることができます。

熱処理の種類 および機械加工におけるそれらの目的

前述のように、すべての熱処理プロセスには加熱と冷却が含まれます。このセクションでは、4つの主要な熱処理タイプについて説明します。また、機械加工におけるそれらの独自の目的も理解できます。

硬化

硬化には、金属材料を特定の温度に加熱することが含まれます。この温度は、金属に存在する元素が溶解するポイントです。金属の結晶格子構造には、可塑性の原因となる欠陥がある可能性があります。熱処理はこれらの欠陥に対処するのに役立ちます。

それは、金属を微粒子の溶液に入れることによってそうします。これは、金属材料を強化するために機能します。金属を必要な温度まで完全に加熱したら、できるだけ早く急冷します。焼入れは、金属が溶液中の粒子をトラップするのに役立ちます。場合によっては、技術者が合金に不純物を加えて強度をさらに高めることがあります。

硬化の目的は、金属の強度を高めることです。同時に、延性を低下させながら金属をより脆くします。したがって、硬化プロセス後に金属を焼き戻しすると役立ちます。

焼き戻し

これは、鋼の弾力性を高めるのに役立つもう1つの熱処理プロセスです。鉄ベースの合金は通常硬いですが、特定の用途には脆すぎることがよくあります。焼戻しは、金属の硬度、脆性、および延性を変えるのに役立ちます。これは、機械加工プロセスを容易にするためです。

この場合、加熱は臨界点より低い温度で発生します。温度が低いと、脆性が低下し、硬度が維持される傾向があります。焼戻しは、硬化によって引き起こされる硬度を下げるのに役立ちます。このようにして、金属の新しい物理的特性を開発できます。したがって、焼戻しは、熱処理中の硬化に続くことがよくあります。

アニーリング

このプロセスは、鋼、アルミニウム、銅、銀、真ちゅうなどの金属に適しています。焼きなましには、金属を特定の温度に加熱することが含まれます。次に、金属をその温度でしばらく保持して変態させます。次に、空冷が行われます。

銀、銅、真ちゅうの場合、冷却はゆっくりまたは急速に発生する可能性があります。ただし、効果的な焼きなましを行うには、鋼の冷却を段階的に行う必要があります。アニーリングは硬化の反対を行います。金属の硬度を下げ、延性を高めます。これにより、金属での作業が容易になります。弱い金属を固定するのにも最適な方法です。同時に、金属の内部応力を緩和するのに役立ちます。

正規化

正規化は、アニーリングのもう1つの形式です。この場合、金属材料は200°Fまで加熱されます。これは、アニーリングの場合よりも高くなります。技術者は、変態が起こるまで金属を臨界温度に保ちます。この熱処理プロセスでは、加熱後に空冷する必要があります。

このプロセスにより、オーステナイト系結晶粒が小さくなります。空冷は、より精製されたフェライト粒子を生成するのに役立ちます。金属からあらゆる形態の内部応力を取り除く働きをします。内部応力は金属の故障につながる可能性があります。したがって、金属を正規化することが重要です。次に、硬化によって製造プロセスを確実に成功させることができます。

結論

金属の熱処理は、金属の機械的特性を改善するための優れた方法です。物理的だけでなく、金属の電気的および磁気的特性も改善できます。これにより、パーツと他の材料との互換性がさらに向上します。

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FAQ – 金属の熱処理

金属の熱処理は金属をより強くしますか？

特定の温度範囲に加熱すると、より純粋で硬い金属が得られます。熱処理は通常、より強い金属を生成します。ただし、一部の処理によって金属が弱くなる可能性もあります。

金属の熱処理中に何が起こりますか？

金属の温度が上昇すると、その表面積、体積、および長さが増加します。そのため、熱処理により金属が膨張します（熱膨張）。膨張の程度は、使用する金属の種類によって異なります。

鋼はどの温度で弱くなるのですか？

すべての鋼材には、靭性の上限と下限があります。鋼の靭性が低下する温度は、「延性から脆性への転移温度」を指します。これは通常、0.01％炭素鋼の場合は約75°Cです。鋼材の種類によって温度が異なります。