熱処理とは？

熱処理とは？

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熱処理工場

熱処理の概要

熱処理は、制御された加熱と冷却を使用して、金属および金属合金 (スチールやアルミニウムなど) の結晶構造を変化させるプロセスです。時間が経つにつれて、多くの異なる方法が開発されました。材料と処理プロセスに応じて、熱処理は多くの利点をもたらします。硬度の増加、耐熱性の向上、延性の向上、材料強度の向上などがあります。

熱処理とは何かを知らない方も多いと思いますが、実は製造工程に欠かせないものです。製造プロセスのさまざまな段階で使用して、金属または合金の特定の特性を変更できます。熱処理が重要な役割を果たすいくつかの注目すべき産業には、航空機、自動車、ハードウェア（のこぎりや斧など）、コンピューター、宇宙船、軍事、石油およびガス産業。

熱処理はどのように機能しますか?

熱処理フローチャート

熱処理とは本質的に、制御された加熱または冷却によって金属の物理的特性を変化させることであると先に述べましたが、実際、熱処理はその単純な原理に基づいています。熱処理には多くの種類がありますが、それらは同様のプロセスに従います。一言で言えば、熱処理は、金属を加熱し、その温度に保持し、冷却することによって機能します。このプロセス中に金属部品の特性が変化する理由は、高温によって金属の微細構造が変化するためです。これは、材料の機械的特性に重要な役割を果たします。

金属が加熱される時間の長さは「浸漬時間」。浸漬時間の長さは、金属の特性において重要な役割を果たします。長時間浸漬した金属の微細構造は、短時間浸漬した金属の微細構造とは異なる変化をするからです。一方、浸漬時間後の冷却プロセスも、金属の仕上がりに影響を与えます。金属は急速に冷却することができます。これは急冷と呼ばれます。または、炉内でゆっくりと冷却して、目的の結果を確実に達成することができます。浸漬温度、浸漬時間、冷却温度、および冷却時間の組み合わせはすべて、金属または合金に目的の特性をもたらす役割を果たします。

要約すると、熱処理プロセスには3つの基本的なステップが必要です。加熱、浸漬、冷却。

ヒートステージ

合金の微細構造は、熱処理プロセス中に変化します。加熱は特定の熱プロファイルに従います。この時点で、金属は、機械的混合物、固溶体、または両方の組み合わせの 3 つの異なる状態になる可能性があります。各状態は異なる性質をもたらし、相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。

浸漬段階

浸漬段階の目的は、目的の内部構造が形成されるまで金属を適切な温度に保つことです。期間は要件によって異なります。例えば、材料の種類や部品のサイズなど、部品のサイズが大きいほど時間がかかります。ほとんどの部品のコアは、必要な温度に達するまでに時間がかかります。

冷却段階

冷却段階では、金属を室温に戻す必要がありますが、金属の種類に応じてさまざまな方法があります。冷却媒体、気体、液体、固体、またはそれらの組み合わせが必要になる場合があります。冷却速度は、金属自体と冷却媒体に依存します。したがって、冷却の選択は、金属の望ましい性能を左右する重要な要素です。

一般的な熱処理方法と利点

選択できる多くの熱処理技術があります。それらのそれぞれは、特定の資質を持っています。最も一般的な熱処理方法は次のとおりです。

硬化

熱処理の最も一般的な形式の 1 つで、これにより、金属または合金の硬度が増加し、延性が低下します.一般に、後続の硬化操作を伴わない表面硬化は、しばしば窒化とも呼ばれ、特殊合金鋼の表面への窒素の拡散であり、それ以上の処理をしなくても硬い表面と柔らかいコアが得られます。

焼き戻し

焼き戻しは、硬化プロセス中に発生する過度の硬度と脆性を低減するプロセスです。内部ストレスも解消されます。一般に、焼き戻しは硬化プロセスの最後のステップです。鋼の弾力性を向上させるのに役立つ熱処理プロセスです。鉄ベースの合金は通常硬いですが、用途によっては脆すぎることがよくあります。焼戻しは、金属の硬度、脆さ、および延性を変化させるのに役立ちます。これは、プロセスを簡単にするためです。

アニーリング

アニーリングは金属を柔らかくします。これにより、金属は冷間加工および成形に適したものになります。また、メタの機械加工性、延性、靭性も向上させます。l.アニーリング プロセスでは、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。

ノーマライズ

正規化は、アニーリングの別の形式です。慣れている溶接、鋳造、焼き入れなどのプロセスによって生じる内部応力を緩和します. 正規化された鋼は、焼なまし鋼よりも硬くて強いです。このプロセスでは、金属はその上限臨界温度より 40°C 高い温度に加熱されます。この場合、金属はアニーリング温度よりも高い 200°F に加熱されます。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は、加熱後に空冷する必要があります。

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