鋼の一般的な焼き入れ方法をご存知ですか?

鋼の熱処理プロセスにおいて、焼入れは硬度や強度などの重要な特性を向上させるための中心的なステップです。鋼を特定の温度に加熱し、冷却を制御することにより、さまざまな作業条件下でのワークの性能要件を満たすように内部構造を変更できます。現在、工業生産で一般的に使用されている焼入れ方法には、一液焼入れ、二液焼入れ、段階焼入れ、オーステンパ処理などがあります。-以下では、それぞれの焼入れ方法とその特徴について説明します。

 

 

1. 単一-液体急冷

単一液体焼入れは、最も基本的で一般的に使用される焼入れプロセスであり、操作が最も簡単です。具体的には、鋼部品はまず指定された焼入れ温度まで加熱されます。部品の内部温度が均一で十分に断熱されたら、単一の焼入れ媒体に直接入れ、継続的に室温まで冷却し、焼入れプロセスを完了します。-一般的な単一の急冷媒体には、水溶液、さまざまな急冷油、および空気が含まれます。各媒体の冷却能力は異なり、選択は鋼種の特性とワークピースの要件によって異なります。

 

この方法の大きな利点は、そのシンプルさと利便性にあり、複雑な機器の切り替えやパラメータ制御が不要なため、大規模な工業生産に適しています。{0}適用性の観点から、単一液体焼入れ法にはワークの形状に対して一定の要件があります。-形状が複雑ではなく、鋭利なエッジがなく、断面が急激に変化しない単純なワークピースに適しています。-単一媒体で冷却すると、ワークの内側と外側の温度差が比較的小さくなり、変形や割れのリスクが軽減されます。また、幅広い鋼種にも適応可能で、低{7}炭素鋼や中-炭素鋼などの焼入れ性の悪い部品や、合金鋼や高合金鋼などの焼入れ性の良い部品の焼入れニーズにも対応します。-工業生産において頻繁に使用される基本的な焼入れプロセスです。

 

2. 二液急冷法-

単液急冷法の「ワンショット冷却」法とは異なり、二液急冷法では「段階冷却」アプローチが採用され、冷却能力の異なる 2 つの媒体を利用して、より正確な冷却制御が実現されます。-このプロセスには、鋼部品をオーステナイト状態まで加熱することが含まれます。完全なオーステナイト化を確保した後、ワークピースはまず冷却能力の高い媒体に焼入れされ、マルテンサイト開始温度 (Ms 点) を超える温度 (通常は約 300 度) まで急冷されます。この段階は、微細構造の変化が起こる前にワークピースの表面温度を急速に下げ、その後のゆっくりとした冷却の基礎を築くことを目的としています。その後、ワークピースはすぐに冷却能力の低い急冷媒体に移され、さらに冷却されます。これにより、過冷却オーステナイトが比較的遅い冷却速度で徐々にマルテンサイトに変態し、最終的に望ましい微細構造と機械的特性が達成されます。

 

一般的な 2 つの液体急冷媒体の組み合わせには、水-、水-空気、油-空気、油-塩浴、および塩浴-空気が含まれます。ワークの材質や性能要件に基づいて、さまざまなメディアの組み合わせを柔軟に調整できます。二液焼入れ法の主な利点は、ワークピースの変形や割れが大幅に軽減されることです。{8}この「急速冷却 + 徐冷」の組み合わせにより、冷却プロセス中に発生する熱応力と構造応力が効果的に緩和されます。実際には水冷と油冷が特に広く使われています。ただし、水中での部品の冷却時間を制御することが重要であることに注意することが重要です。過剰または不十分な冷却は焼き入れの品質に影響を与える可能性があり、最適な冷却時間を決定するには広範な練習と正確な計算が必要です。このプロセスは、高{15}}炭素工具鋼や大型の低合金鋼など、変形や亀裂が発生しやすく、高性能が要求される部品の焼入れに特に適しています。-

 

3. 段階的焼入れ法

段階的焼入れ法も段階的冷却の概念に基づいており、前のセクションで説明した 2 液式焼入れ法と多少似ていますが、より高度な冷却温度制御と媒体の選択が必要です。{0}このプロセスには、オーステナイト状態に加熱された部品を、Ms 点よりわずかに高いか低い溶融塩浴に入れて急速に急冷することが含まれます。溶融塩バスの定温特性により、ワークピースは Ms 点近くの温度まで急速に冷却されます。その後、ワークピースは一定時間槽内に留まり、ワークピースの表面温度と中心温度が徐々に収束し、媒体と同じ温度に達します。このプロセスでは、マルテンサイト変態は起こりません。保持期間が完了したら、ワークピースを浴から取り出し、空気または油中でゆっくりと冷却し、過冷却オーステナイトのマルテンサイトへの徐々に変態を促進します。

 

通常、段階焼入れに使用される浴は、150-260 度の硝酸塩、アルカリ、または塩浴です。この温度範囲内では、マルテンサイト変態は主に空気中で起こります。 200度前後の焼入れ媒体を用いたステップ焼入れは、二液焼入れに比べて冷却時の熱応力が小さくなります。さらに、数分間の一定温度保持により、空冷中に一部のオーステナイトがマルテンサイトに変態し、構造応力がさらに軽減され、ワー​​クピースの亀裂が最小限に抑えられます。適用性の観点から、合金鋼、炭素鋼、工具鋼などの小型部品には、Ms 点よりわずかに上の段階焼入れが適しています。 Ms 点よりわずかに低い段階焼入れは、焼入性が低い大型鋼に適しており、焼入性と変形制御のバランスが優れています。

 

4. オーステンパリング

オーステンパリングは、冷却温度と保持時間をより厳密に制御する高度な焼入れプロセスです。主にベイナイトオーステンパーとマルテンサイトオーステンパーが含まれます。必要なワークピースの微細構造と性能に基づいて、適切なプロセス ルートを選択できます。

 

ベイナイト オーステンパリングのプロセスでは、部品をオーステナイト状態に加熱し、臨界冷却速度よりも速い冷却速度でベイナイト変態領域の温度で媒体に急速に急冷します。次に、部品をこの温度に十分な時間保持して、過冷却オーステナイトの完全なベイナイト変態を確実にし、最終的にベイナイト構造を達成します。一方、マルテンサイト オーステンパ処理では、オーステナイト状態に加熱された部品を、Ms 点よりわずかに高い温度の熱浴 (塩浴や金属浴など) に長時間入れて焼き入れし、過冷却オーステナイトを一定の温度で徐々にマルテンサイトに変態させます。

 

オーステンパ処理の際立った利点は、変形を最小限に抑えながら、高い硬度と良好な衝撃靱性を組み合わせて、ワークピースの全体的な優れた機械的特性を達成できることです。したがって、このプロセスは、複雑な形状、厳しい変形要件、および高い硬度と衝撃靭性が必要な工具や金型によく使用されます。オーステンパ処理は、炭素含有量が 0.6% を超える炭素鋼で作られた部品の性能を効果的に向上させ、特定の動作要件を満たすこともできます。

 

5. まとめ

まとめると、一液焼入れ、二液焼入れ、段階焼入れ、オーステンパリングにはそれぞれ独自の利点があり、さまざまな形状、材質、性能要件の鋼部品に適しています。-実際の生産では、ワークピースの特定の条件に応じて、焼入れプロセスを最大限に活用して用途要件を満たす高品質の鋼部品を製造するには、焼入れ方法を慎重に選択し、プロセス パラメータを正確に制御する必要があります。-さまざまな焼入れ方法がありますが、基本的な原理は、要求される性能を満たす適切な組織を達成すること、または変形や割れを回避するために焼入れ方法を変更することです。この2つの重要な要素をマスターできる熱処理技術者は高度なスキルを持っています。