金属を熱処理する際に考慮すべき5つのこと

切断部品の仕様に金属の熱処理を含める理由

金属部品の寸法をどの程度正確にする必要があるかを決定する際に、熱膨張がどのように要因になる可能性があるかについては、別の場所で話しました。

つまり、熱膨張による公差のわずかな違いでも部品の性能に影響する場合、環境温度の変動のリスクがある場合は常に、非常に厳しい公差を指定しないことが賢明です。これは、部品の切断や検査から組み立てや最終使用に至るまで、プロセスのあらゆる場所で変化が生じることを意味します。

しかし、意図的に金属を熱処理した場合はどうでしょうか。製造プロセスの通常の部分として？では、Metal Cutting Corporation で製造されているような小さな切断金属部品の仕様を作成する際に留意する必要があることは何でしょうか?

金属を熱処理する理由

なぜ金属は熱処理されるのですか？多くの重要な理由があります。しかし、基本的に、金属の熱処理プロセスには、制御された熱の適用が含まれ、材料の物理的特性 (場合によっては化学的特性) を変化させます。

Metal Cutting のサービスの一環として金属を熱処理することはありませんが、寸法変化の影響の可能性に留意しています。 .しかし、金属部品の寸法に対する意図しない結果を探る前に、熱処理とアニーリングの利点について説明しましょう。

異なる結果を生み出すために金属を熱処理する方法

使用する方法に応じて、熱処理された金属は硬くなったり柔らかくなったり、多かれ少なかれ脆くなったり、強くなったり弱くなったりします。望ましい最終結果に基づいて、この方法には以下が含まれます。

複数のトリートメントの使用
金属の熱処理温度を変更する
加熱する時間を変える
材料の冷却速度を制御する

金属を熱処理する際の熱の適用と除去の方法は、最終製品の降伏強度と硬度の両方に影響を与えます。

ステンレス鋼などの金属を熱処理する理由

たとえば、ステンレス鋼は通常、硬度を上げるために熱処理されます。欠点としては、もろくなる可能性もあります。

逆に、ステンレス鋼は延性を高めるために熱処理される場合があります。これにより、割れが最小限に抑えられ、加工性が向上します。ただし、そのプロセスは鋼の硬度も低下させる可能性があります。

したがって、引張り強度が高いが脆性が比較的低いステンレス鋼など、望ましい特性を備えた金属を実現するには、さまざまな温度とさまざまな時間で複数回の処理が必要になる場合があります。

アニールされた金属と熱処理された金属:同じではない

多くの場合、熱処理という用語と同じ意味で使用されます、アニーリング 延性を高め、もろさを減らすことを目的として、金属を軟化させるために使用される特定の方法です。

アニーリングは、金属の均質性を高め、さらに処理する前に延性を回復するためにも使用できます。たとえば、316 ステンレス鋼を加工すると、望ましくない磁気特性を拾う可能性があります。ただし、ステンレス鋼をアニーリングすると、元の非磁性状態に (または非常に近く) 復元できます。

焼きなましは、条件が厳密に管理された専用の炉を使用して行われます。金属は高温に加熱されます — 一般に、再結晶温度よりわずかに高い温度です。

材料は、数時間から数日間高温に保たれ、その後冷却されます (鋼やその他の鉄金属の場合は、非常にゆっくりと)。

どこ金属を熱処理することも別の要因です

金属を熱処理する場合、材料の表面と強度に影響を与えるため、処理が行われる雰囲気も重要です。

たとえば、通常の雰囲気でタングステンを熱処理すると、表面仕上げが多孔質になる酸化が発生します。ただし、真空または密封された窒素、アルゴン、または水素雰囲気などの制御された環境で作業すると、酸化することなく金属を熱処理できます。

低炭素鋼は、炭素が豊富な環境で焼鈍して、疲労と耐摩耗性に優れた高炭素の表面層で鋼を肌焼きすることができます。この技術は、炭素鋼線ばねや鍛造品などの製品の硬度と耐久性を向上させるために使用されます。

ただし、「浸炭」が望ましい特性でない場合は、低炭素または無炭素の環境でアニーリングを実行する必要があります。

合金組成が金属の熱処理に与える影響

場合によっては、合金の組成と金属の熱処理方法の両方の正しい「式」を見つけることが、目的の最終特性を達成するために不可欠です。良い例は、ニッケルチタン合金の形状記憶特性です。 — 別名 NiTi または ニチノール .

この「弾力性のある」素材は、最初は曲がって魔法のように元の形に戻る眼鏡フレームの製造に広く使用されました。今日、NiTi は、カテーテルガイドワイヤ、ステント、マイクロサージャリー針などの医療機器チューブ用途に広く使用されています。

（NiTi やその他のチューブ材料について詳しくは、ホワイトペーパー21 世紀の医療機器チューブ:誰がそれを必要としているのかをご覧ください。 )

NiTiの形状記憶特性は、熱処理に依存します。これにより、NiTi はある温度で変形し、いわゆる変態温度以上に加熱されると元の変形していない形状に戻ります。

しかし、NiTi は、チタンの高い反応性と、組成のわずかな変化でも変態温度に影響を与える可能性があるという事実の両方のために、作るのが難しいことで有名です。

たとえば、チタン原子が酸素または炭素と結合すると、NiTi 結晶構造からチタンが失われ、変態温度が低下します。ニッケルが少なすぎて材料の時効が長すぎると、変態温度が上昇します。

前もって熱処理された金属を指定してください

金属の熱処理に使用される方法が何であれ、カットオフ金属部品の仕様でプロセスを特定することが非常に重要です。金属の熱処理が、慎重に機械加工された部品の特定の寸法を変更し、他のパラメータに影響を与えないことは驚くべきことです.

たとえば、真直度の仕様がある場合、熱処理とそれに伴う金属の膨張が切断部品の寸法に影響を与えるかどうか、最終的には部品の性能に影響を与えるかどうかを考慮する必要があります。それに応じて公差を調整する必要があります。

熱処理された金属は包装に影響を与えることさえあります

さらに、熱処理された金属部品が適切に梱包され、輸送中に以前に切断された部品が変形したり損傷したりしないようにすることが重要です。

たとえば、メタルカッティングでは、切断した部品が熱処理またはアニーリングのためにサードパーティに送られるかどうかを常に知りたいと考えています。パーツはアニーリングによってより柔軟になるため、梱包が不適切な場合、アニーリングされたパーツが再梱包されてお客様に送付される (または追加の処理のために当社に返送される) 際に、アニーリングされたパーツが歪む可能性があります。

ロッドなどの部品は、金属の熱処理後に膨張し、適切に梱包されていないと曲がる可能性があります。熱処理された金属部品がパッケージにしっかりと固定されていないと、他の部品同士が擦れ合い、表面仕上げに傷が付く可能性があります。