熱処理工程

熱処理とは、目的の構造と特性を得るために、加熱、保温、および冷却によって材料を固体状態にする金属熱処理プロセスを指します。

1. 正規化: 鋼または鋼部品を臨界点 AC3 または ACM を超える適切な温度に一定時間加熱した後、空気中で冷却してパーライト構造の熱処理プロセスを取得します。

2. 焼きなまし: 亜共析鋼ワークピースを AC3 以上の 20-40 度に加熱し、一定時間保持した後、炉でゆっくりと冷却 (または砂に埋めるか、石灰で冷却) して熱処理します。空気中で 500 度以下に冷却するプロセス。

3.固溶化熱処理：合金を高温単相領域に加熱し、一定温度に維持して、過剰相を固溶体に完全に溶解させ、その後急速に冷却して過飽和固溶体を得る。

4. 時効: 溶体化熱処理または冷間塑性変形を行った後、合金を室温または室温よりわずかに高い温度に置くと、時間の経過とともに特性が変化します。

5.固溶体処理：合金のさまざまな相を完全に溶解し、固溶体を強化し、靭性と耐食性を向上させ、応力を除去して柔らかくし、加工と成形を続けます。

6.時効処理：強化相の析出温度に加熱保持することにより、強化相を析出硬化させ、強度を向上させる。

7. 焼入れ: 鋼がオーステナイト化された後、適切な冷却速度で冷却される熱処理プロセスで、ワークピースが断面のすべてまたは特定の範囲でマルテンサイトおよびその他の不安定な微細構造変態を受けることができます。

8.焼戻し：焼入れされたワークピースを一定時間臨界点AC1未満の適切な温度に加熱し、その後、必要な組織と特性を得るために要件を満たす方法で冷却します。

9. 鋼の浸炭窒化: 浸炭窒化は、鋼の表面に炭素と窒素を同時に浸透させるプロセスです。 伝統的に、浸炭窒化はシアン化とも呼ばれ、中温ガス浸炭窒化および低温ガス浸炭窒化（すなわち、ガス軟窒化）で広く使用されています。 中温ガス浸炭窒化の主な目的は、鋼の硬度、耐摩耗性、疲労強度を向上させることです。 低温ガス浸炭窒化は主に窒化であり、鋼の耐摩耗性や耐焼付き性を向上させることを主な目的としています。

10. 焼入れ焼戻し：焼入れ焼戻しとして熱処理と焼入れおよび高温焼戻しを組み合わせるのが一般的です。 焼入れ焼戻し処理は、さまざまな重要な構造部品、特に負荷が交互に作用するコネクティング ロッド、ボルト、ギア、シャフトに広く使用されています。 焼き入れと焼き戻し処理後に焼き戻しソルバイト構造が得られ、その機械的特性は同じ硬度の正規化されたソルバイト構造よりも優れています。 その硬さは、高温焼き戻し温度に依存し、鋼の焼き戻し安定性とワークピース セクションのサイズに関連し、通常は HB200-350 の間です。

11. ろう付け: 2 つのワークピースを加熱して溶かし、ろう材で接合する熱処理プロセス。

第二に、プロセス特性

金属の熱処理は機械製造における重要な工程の一つです。 他の処理プロセスと比較して、熱処理は一般にワークピースの形状と全体的な化学組成を変更しませんが、ワークピース内部の微細構造を変更するか、ワークピース表面の化学組成を変更します。 、工作物の性能を与えるか、または改善します。 通常肉眼では見えないワーク本来の品質が向上するのが特徴です。 金属加工品に必要な機械的特性、物理的特性、化学的特性を持たせるには、材料の合理的な選択とさまざまな成形プロセスに加えて、熱処理プロセスが不可欠な場合がよくあります。 鋼は、機械産業で最も広く使用されている材料です。 鋼の微細構造は複雑で、熱処理によって制御することができます。 したがって、鋼の熱処理は金属熱処理の主な内容です。 さらに、アルミニウム、銅、マグネシウム、チタンなどとそれらの合金は、熱処理によって機械的、物理的、化学的特性を変化させ、さまざまな性能を得ることができます。

3. プロセス

熱処理工程は、一般に加熱、保温、冷却の３工程からなり、加熱と冷却の２工程のみの場合もある。 これらのプロセスは相互に関連しており、途切れることはありません。

加熱は熱処理の重要な工程の一つです。 金属の熱処理には多くの加熱方法があります。 初期のものは木炭と石炭を熱源として使用し、最近では液体燃料とガス燃料を使用していました。 電気を利用することで、加熱の制御が容易になり、環境汚染がなくなります。 これらの熱源は、浮遊粒子だけでなく、溶融塩または金属を介した直接加熱または間接加熱にも使用できます。

金属が加熱されると、ワークピースが空気にさらされ、酸化と脱炭が頻繁に発生します（つまり、鋼部品の表面の炭素含有量が減少します）。これは、鋼部品の表面特性に非常に悪影響を及ぼします。熱処理後の部品。 したがって、金属は通常、制御された雰囲気または保護雰囲気、溶融塩および真空で加熱する必要があり、コーティングまたはパッケージング方法によって保護することもできます。

加熱温度は、熱処理プロセスの重要なプロセス パラメータの 1 つです。 加熱温度の選択と制御は、熱処理の品質を確保するための主要な問題です。 加熱温度は加工する金属材料や熱処理の目的によって異なるが、一般的には高温組織を得るために相転移温度以上に加熱する。 また、変換には一定の時間がかかります。 したがって、金属ワークピースの表面が必要な加熱温度に達すると、内部温度と外部温度が一致し、微細構造が完全に変化するように、一定時間この温度に維持する必要があります。 この期間を保留時間と呼びます。 高エネルギー密度加熱や表面熱処理を用いると、加熱速度が非常に速く、一般的に保持時間がないのに対し、化学熱処理は保持時間が長くなることが多いです。

熱処理工程においても冷却は欠かせない工程です。 冷却方法はプロセスによって異なり、主に冷却速度を制御します。 一般に、焼鈍の冷却速度が最も遅く、焼きならしの冷却速度が速く、焼入れの冷却速度が速い。 ただし、鋼の種類が異なるため、要件も異なります。 たとえば、中空焼入れ鋼は焼きならしと同じ冷却速度で焼入れできます。

四、工程分類

金属の熱処理工程は、全体熱処理、表面熱処理、化学熱処理の3つに大別できます。 異なる熱媒体、加熱温度、冷却方法に応じて、各カテゴリはいくつかの異なる熱処理プロセスに分けることができます。 同じ金属でも、異なる構造を得るために異なる熱処理プロセスを採用しているため、異なる特性を持っています。 鋼は業界で最も広く使用されている金属であり、鋼の微細構造も最も複雑であるため、鋼の熱処理プロセスには多くの種類があります。

全体的な熱処理は、ワークピース全体を加熱し、適切な速度で冷却する金属熱処理プロセスであり、必要な金属組織を得て、全体的な機械的特性を変更します。 鋼の全体的な熱処理は、一般に、焼鈍、焼きならし、焼き入れ、焼き戻しの 4 つの基本的なプロセスで構成されます。

プロセスの意味:

アニーリングは、ワークピースを適切な温度に加熱し、材料とワークピースのサイズに応じて異なる保持時間を採用し、ゆっくりと冷却することです。目的は、金属の内部構造を平衡状態に到達させるか、それに近づけることです。プロセスのパフォーマンスとパフォーマンス、またはさらに急冷するための組織の準備。

焼きならしとは、ワークを適切な温度に加熱し、空気中で冷却することです。 正規化の効果はアニーリングの効果に似ていますが、得られる構造はより細かくなります。 材料の切削性能を向上させるためによく使用され、要件の低い一部の部品に使用されることもあります。 最終熱処理として。

焼入れとは、ワークを加熱保温した後、水、油などの無機塩類、有機水溶液などの焼入れ媒体中でワークを急冷することです。 焼入れ後、鋼は硬くなりますが、同時にもろくなります。 もろさを時間内に除去するために、一般的に時間内に焼戻しする必要があります。

鋼部品のもろさを軽減するために、焼き入れされた鋼部品は、室温より高く650℃未満の適切な温度で長時間保持され、その後冷却されます。 このプロセスはテンパリングと呼ばれます。 焼鈍、焼きならし、焼き入れ、焼き戻しは、熱処理全般における「4つの火」です。 その中でも焼入れと焼戻しは密接な関係があり、併用されることも多く、どちらも必須ではありません。 「四火」は、加熱温度や冷却方法の異なる熱処理工程を進化させてきました。 一定の強度と靭性を得るために、焼入れと高温焼戻しを組み合わせた工程を焼入れ焼戻しといいます。 一部の合金は、急冷して過飽和固溶体を形成した後、室温またはそれより少し高い適切な温度で長時間保持して、合金の硬度、強度、または電気的および磁気的特性を向上させます。 このような熱処理工程を時効処理と呼ぶ。

加圧変形と熱処理を効果的かつ密接に組み合わせて、ワークに良好な強度と靭性を与える方法は、変形熱処理と呼ばれます。 負圧雰囲気や真空中での熱処理を真空熱処理といい、ワークが酸化・脱炭しないだけでなく、処理後のワーク表面が平滑に保たれ、ワークの性能が向上します。

表面熱処理は、ワークピースの表面のみを加熱して表面の機械的特性を変化させる金属熱処理プロセスです。 ワークピースの内部に熱が入りすぎないように、ワークピースの表層のみを加熱するには、使用する熱源のエネルギー密度が高くなければなりません。つまり、より多くの熱エネルギーがワークピースに与えられます。単位面積あたり、表面層または局所領域ワークピースは短期的または瞬間的です。 高温に達する。 表面熱処理の主な方法は、火炎焼入れと誘導加熱熱処理です。 一般的に使用される熱源は、オキシアセチレンやオキシプロパンなどの火炎、誘導電流、レーザー、電子ビームです。

化学熱処理は、ワークピース表面の化学組成、構造、特性を変化させる金属熱処理プロセスです。 化学熱処理と表面熱処理の違いは、前者はワークピースの表面の化学組成を変化させることです。 化学熱処理とは、炭素や塩などの合金元素を含む媒体（気体、液体、固体）中で被加工物を加熱し、長時間保持することで、被加工物の表層に炭素などの元素を浸透させることです。 、窒素、ホウ素、クロム。 エレメントが溶浸された後、焼入れや焼き戻しなどの他の熱処理プロセスが実行されることがあります。 化学熱処理の主な方法は、浸炭、窒化、金属化です。

熱処理は、機械部品や工具の製造における重要なプロセスの 1 つです。 一般的に言えば、耐摩耗性、耐食性など、ワークピースのさまざまな特性を確保および改善できます。また、ブランクの構造と応力状態を改善して、さまざまな冷間および熱間加工を容易にすることもできます。

例：白鋳鉄は、可塑性を改善するために長期の焼鈍処理を行った後、可鍛鋳鉄にすることができます。 歯車は適切な熱処理プロセスを採用しており、寿命は熱処理なしの歯車の 2 倍または数十倍長くなります。 一部の合金元素の浸透には、高価な合金鋼の特性があり、一部の耐熱鋼やステンレス鋼を置き換えることができます。 ほとんどすべての工具と金型は、使用する前に熱処理する必要があります。

なぜ鋼管に熱処理が必要なのですか？

熱処理の機能は、鋼管および精密鋼管の機械的性質を改善し、残留応力を除去し、鋼管の機械加工性能を向上させることです。

熱処理のさまざまな目的に応じて、熱処理プロセスは、予備熱処理と最終熱処理の2つのカテゴリに分けることができます。

1.予備熱処理

予備熱処理の目的は、加工性を向上させ、内部応力を除去し、最終熱処理のために良好な金属組織を準備することです。 熱処理プロセスには、アニーリング、正規化、時効、焼入れ、焼き戻しなどが含まれます。

(1) アニーリングとノーマライズ

焼きなましと正規化は、熱間加工されたブランクに使用されます。 炭素含有量が{{0}}.5パーセントを超える炭素鋼および合金鋼は、硬度を下げて切断しやすくするために、しばしば焼鈍されます。 炭素含有量が 0.5% 未満の炭素鋼および合金鋼は、硬度が低すぎる場合にナイフに付着するのを避けるために、正規化処理を使用します。 アニーリングと正規化により、結晶粒と均一な構造を微細化し、その後の熱処理に備えることができます。 通常、アニーリングと焼きならしは、ブランクの製造後、粗加工の前にスケジュールされます。

(2) エイジングケア

時効処理は、主にブランクの製造および機械加工で発生する内部応力を除去するために使用されます。

一般的な精度の部品については、過剰な輸送負荷を避けるために、仕上げ前に時効処理を手配することができます。 ただし、高精度が要求される部品（座標中ぐり盤のボックスなど）の場合は、2 つまたは複数の時効処理手順を配置する必要があります。 単純な部品は、一般的に時効処理の対象にはなりません。

鋳物だけでなく、剛性の低い一部の精密部品（精密送りねじなど）では、加工時に発生する内部応力を除去し、部品の加工精度を安定させるために、荒削りと半削りの間に複数回の時効処理が配置されることがよくあります。仕上げ。 一部のシャフト部品では、矯正プロセスの後に時効処理も手配する必要があります。

(3)焼入れ焼戻し

焼入れ焼戻しは、焼入れ後の高温焼戻し処理で、均一で緻密な焼戻しソルバイト組織を得て、その後の表面焼入れ・窒化処理時の変形低減に備えます。 したがって、焼入れ焼戻しも予備熱処理として使用できます。

焼き入れと焼き戻し後の部品の総合的な機械的特性が優れているため、高硬度と耐摩耗性を必要としない一部の部品も最終熱処理プロセスとして使用できます。

2. 最終熱処理

最終熱処理の目的は、硬度、耐摩耗性、強度などの機械的特性を向上させることです。

1 焼き入れ

焼入れには、表面焼入れと一体焼入れがあります。 中でも、表面焼入れは、変形、酸化、脱炭が少ないため広く使用されており、表面焼入れには、優れた内部靭性と強い耐衝撃性を維持しながら、高い外部強度と優れた耐摩耗性という利点もあります。 表面硬化部品の機械的性質を改善するために、予備熱処理として焼き入れ焼き戻しや焼きならしなどの熱処理が必要になることがよくあります。 一般的なプロセス ルートは次のとおりです: 打ち抜き -- 鍛造 -- 焼きならし (焼きなまし) -- 粗削り -- 焼き入れと焼き戻し -- 半仕上げ -- 表面--仕上げを急冷します。

(2) 浸炭焼入れ

浸炭焼入れは低炭素鋼、低合金鋼に適しています。 第１に、部品の表面層の炭素含有量が増加する。 焼入れ後、表面層は高い硬度を得ることができますが、コアは一定の強度と高い靭性と可塑性を維持します。 浸炭は、全体浸炭と局部浸炭に分けられます。 局部浸炭の場合は、非浸炭部に浸出対策（銅メッキまたは浸出防止材メッキ）を施してください。 浸炭焼入れは変形が大きく、浸炭深さは一般に 0.5 ～ 2 mm であるため、浸炭工程は通常、中仕上げと仕上げの間に配置されます。

プロセス ルートは、一般に、ブランキング - 鍛造 - 焼きならし - 荒加工、半仕上げ - 浸炭焼入れ - 仕上げです。

局部浸炭部の非浸炭部が、取り代を大​​きくしてから余剰浸炭層を除去する工程案を採用する場合、余剰浸炭層を除去する工程は、浸炭後、焼入れ前に配置する必要があります。

(3)窒化処理

窒化は、金属表面に窒素原子を浸透させて窒素含有化合物の層を得る方法です。 窒化層は、部品表面の硬度、耐摩耗性、疲労強度、および耐食性を向上させることができます。 窒化温度が低く、変形が少なく、窒化層が薄い（一般に0.6～0.7mm以下）ため、窒化工程はできるだけ奥まで行う必要があります。可能。 窒化時の変形を少なくするためには、一般に応力緩和のための高温焼戻しが必要です。

また、ローラーハース連続熱処理炉は、その構造により、1段、2段、3段の鋼管に分けることができます。 継目無鋼管の光輝熱処理には、二段または三段のローラーハース炉が多く用いられ、一般にローラーハース光輝熱処理炉と呼ばれています。 ローラーハース式連続熱処理炉です。

熱処理方法は継目無鋼管規格に規定されています。 一部の製品。 この規格は、シームレス鋼管が満たすべき性能要件を指定しています。 一般に、低炭素鋼シームレス鋼管の仕上げ熱処理は、ほとんど完全に焼鈍または正規化されています。 クロム ニッケル オーステ ナイト系ステンレス鋼シームレス鋼管は溶体化処理山東 Sinoma 鋼管を採用しています。

継目無鋼管を熱間圧延した後、鋼中の非金属介在物（主に硫化物、酸化物、ケイ酸塩）が薄板に押し込まれ、層間剥離（サンドイッチ）現象が発生します。 不均一な冷却による残留応力は、負荷による歪みよりもはるかに大きくなります。