金属の熱処理:知っておくべきこと
金属を加熱する方法は古くから使われてきました。昔、鍛冶屋は金属を熱処理して武器、蹄鉄、荷馬車の部品に成形していました。そして年月が経つにつれて、金属を加熱することが、希望の形状に成形するための最も効果的な方法であり続けています.
しかし、今日では金属の熱処理 はるかに洗練された正確なプロセスになりました。最新の機械加工を使用することで、エンジニアはさまざまな目的のために金属をより効率的に成形できるようになりました。
しかし、金属の熱処理には、目に見える以上のものがあります。これらのプロセスは、エンジニアが金属を成形するのに役立つだけではありません。また、硬度、強度、成形性、弾力性など、いくつかの金属特性も変化させます。
このガイドでは、金属の熱処理とは何か、熱処理の種類、プロセス、および目的について詳しく説明します。
金属の熱処理とは?
簡単に言えば、金属の熱処理には、材料の加熱と冷却が含まれます。金属または合金は、最初に特定の温度に加熱して成形しやすくし、次に冷却して硬化させます。
熱処理プロセスの目標は、微細構造を変化させることによって、金属の望ましい機械的、化学的、および物理的特性を引き出すことです。 .このような変更により、金属はより強くなり、耐摩耗性が高まり、延性が増し、温度に対する耐性が高まります。
もちろん、金属の加熱は、溶接であろうとレーザー切断であろうと、事実上すべての金属プロセスで発生しますが、熱処理プロセスはより制御されています。
要約すると、金属の熱処理は、金属製造プロセスにおいて重要な役割を果たします。これにより、エンジニアは材料の特性を選択できるだけでなく、耐摩耗性を高めることができます。
金属熱処理プロセスはどのように機能しますか?
金属熱処理プロセスにはいくつかの種類がありますが (記事で詳しく説明します)、それらはすべて同様の段階に従います。通常、これらの段階は次のとおりです。
<オール>以下で詳しく説明します。
暖房段階
最初のステップは、金属を必要な温度に加熱することです。この段階では、材料が均一に加熱されていることを確認することが不可欠です .そのため、加熱はゆっくりと行われます。
金属を不均一に加熱すると、一部のセクションが他のセクションよりも速く膨張し、亀裂や反りが発生する可能性があります.
加熱速度は、次の変数に基づいて選択されます:
- 金属の熱伝導率 – 伝導率が高いほど、材料の加熱が速くなります。
- 素材の状態 – 金属がすでに硬化または応力を加えられている場合は、そうでない材料よりもゆっくりと加熱する必要があります。
- 材料のサイズと断面 – 断面が不均一な大きなパーツは、過度の反りやひび割れのリスクがあるため、ゆっくりと加熱する必要があります。
浸漬段階
冷却する前に、金属は浸漬プロセスを経ます .その目的は、目的の構造に変化するまで材料を特定の温度に保つことです。
金属が「浸漬」している時間は「浸漬期間」と呼ばれます。エンジニアは、化学分析と金属の質量に基づいて決定します。
冷却段階
最後に、金属を冷却して室温に戻す冷却段階があります。冷却方法は金属によって異なります。ほとんどの場合、冷却媒体が必要です – 液体、固体、気体、またはそれらの組み合わせ。
金属と媒体も冷却速度と方法に影響します。たとえば、クエンチングを使用できます .これには、空気、油、水、塩水、またはその他の媒体を使用して金属を急速に冷却することが含まれます。たとえば、銅を扱う場合、水焼入れがよく使用されます。
ただし、急冷によって一部の金属にひびが入ったり、歪んだりする可能性があることに注意することが重要です。経験則として、炭素鋼の冷却には水焼入れを使用できますが、合金鋼の硬化にはより遅い方法が適しています。
機械加工における金属熱処理の種類は何ですか?
前述したように、熱処理にはいくつかの種類があります。そして、それらはすべて加熱、浸漬、および冷却の同様のプロセスに従いますが、機械加工の目的はすべて異なります。
金属熱処理には次の 4 種類があります。
- 硬化、
- テンパリング、
- アニーリング、
- そして正規化
硬化
硬化は、金属を特定の温度に加熱し、できるだけ早く急冷するプロセスです。
金属は、最初に金属に存在する元素が微粒子の溶液に入り、材料を強化する温度まで加熱されます。急速なクエンチングは、これらの粒子を捕捉するのに役立ちます
このプロセスの目的は、金属を強化することです。硬化はまた、延性を低下させながら、金属をより脆くします。そのため、硬化後に金属を焼き戻すことをお勧めします。
テンパリング
焼入れと同様に、焼き戻しの目的は鋼の弾力性を高めることです。ただし、この場合、金属は臨界点未満の温度まで加熱されます。 、もろさを減らしながら硬度を維持します。
硬化によって引き起こされる硬度を下げるのに役立ち、技術者が金属の新しい物理的特性を開発できるようにします。このため、焼戻しは熱処理プロセス中に焼入れに続くことがよくあります。
アニーリング
アニーリングのプロセス中、金属は特定の温度に加熱され、その温度に保持されて変形し、冷却されます。
アニーリングは、アルミニウム、鋼、銅、銀、真鍮などの金属に適しており、その目的は金属の硬度を下げ、延性を高めることです。つまり、アニーリングは硬化の反対です。
冷却プロセスに関しては、銀、銅、または真鍮をアニールするとより速くなる可能性があります。ただし、スチールを使用する場合は、効果的に冷却するためにゆっくりと徐々に冷却する必要があります。
正規化
正規化は、本質的にアニーリングの別の形式です。違いは、金属がより高い温度に加熱されることです .
加熱すると、金属は変態するまで臨界温度に保たれ、その後空気が冷却されます。このプロセスにより、オーステナイト粒子が小さくなり、空冷により、フェライトのより洗練された粒子が生成されます。
正規化の目的は、金属から内部応力を取り除くことです お手入れを怠ると、金属の破損につながる可能性があります。金属が正規化されると、技術者は硬化を使用して材料を強化し、製造プロセスが確実に成功するようにします。
なぜ金属は熱処理されるのですか?
金属の熱処理は、金属製造の不可欠な部分です。 .このプロセスがなければ、デバイスや機器の部品を製造することはできず、正しく機能しません。
熱処理により、スチールやアルミニウムなどの金属は、特定の用途に耐えられるだけの強度を確保します。たとえば、熱処理された金属は、飛行機、自動車、および強度と抵抗が増加した金属に依存するその他の製品で使用されます。
熱処理プロセスは、金属の耐久性も向上させます。そのため、熱処理された金属は費用対効果の高い機械の中核となっています。 、より効率的で損傷を受けにくいためです。
しかし、金属を熱処理することで得られるメリットはアプリケーションだけではありません。また、製造業者に多くの利点をもたらします。たとえば、熱処理プロセスは内部応力を緩和します 溶接や機械加工がはるかに簡単になります。
熱処理プロセスのすべての利点を要約すると、リストには次のものが含まれます:
- 延性と柔軟性を高めながら、素材の強度を高めます。
- 内部応力が減少し、材料の溶接や機械加工が容易になります。
- もろさの改善;
- 素材に耐摩耗性を導入;
- 金属の電気特性と磁気特性を改善しました。
重要ポイント
要約すると、金属の熱処理は、材料を加熱し、浸漬し、冷却するプロセスです。熱処理プロセス中に、金属の微細構造が変化し、強度、耐久性、もろさ、柔軟性が向上します。
金属の熱処理にはいくつかの種類がありますが、最も一般的なのは硬化、焼き戻し、焼きなまし、正規化です。すべて同じプロセスに従いますが、その目的は異なります。
熱処理は、金属の機械的特性を改善するために不可欠であり、その結果、他の材料や部品との適合性が向上します。
そのため、熱処理された金属は、航空機、自動車、機械などの強度と耐性を必要とする用途や製品に使用されます。
ただし、熱処理は製品を改善することができますが、資格のある技術者が実行する必要があります。これがGensun Precision Machiningがお手伝いできるところです。今すぐお問い合わせいただき、当社のサービスの詳細をご確認いただき、お客様のプロジェクトをどのように支援できるかをご確認ください。
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