焼入れとは？
Sep 15, 2022
冶金学では、急冷は「制御された熱の抽出」と定義されています。 この定義で最も重要な言葉は「制御された」です。 急冷は、熱処理後に金属を室温に戻す迅速な方法で、冷却プロセスによって金属の微細構造が大幅に変化するのを防ぎます。 金属物体を油または水に浸すことにより、液体または強制空気の選択が媒体と呼ばれ、その後、金属は形成時に高温から急速に冷却されます。 これは、ゆっくりと冷却すると失われる結晶構造または相分布に関連する機械的特性を維持するためによく使用されます。 この技術は通常、硬度を与える鋼の物体に適用されます。 一方、常温でハンマーなどの変形により硬くなった銅製品は、加熱・焼き入れすることで可鍛性のある状態に戻すことができます。
クエンチする方法
一般的に使用される焼入れ媒体には、特殊用途のポリマー、強制空気対流、真水、塩水、油などがあります。 目標が鋼の最大硬度を達成することである場合、水は効果的な媒体です。 ただし、水を使用すると、金属が割れたり変形したりする可能性があります。
極端な硬度が必要ない場合は、鉱油、鯨油、または綿実油を焼入れ工程で使用できます。 初心者にとっては、クエンチング プロセスは劇的に見えるかもしれません。 金属作業員が溶銑を選択した媒体に移すと、金属から大量の蒸気が発生します。
急冷剤
焼入れプロセスを実行するために利用できるさまざまな焼入れ媒体があります。 各媒体には、独自の消光特性があります。 使用するメディアの種類に関する考慮事項には、クエンチ速度、クエンチ メディアの環境問題、クエンチ メディアの交換、およびクエンチ メディアのコストが含まれます。 主な焼入れ媒体の種類は次のとおりです。
空気
油
水
塩水
空気
空気は、焼入れのために金属を冷却するために使用される一般的な焼入れ媒体です。 手頃な価格は、空気の主な利点の 1 つです。 その手頃な価格は、地球上に豊富にある結果です。 実際、加熱された後、放置するだけで室温まで冷却される材料はすべて、空気急冷と見なされます。 空気焼入れは、焼入れされる金属の周りで圧縮および強制される場合にも、より意図的です。 これにより、静止空気よりも速く部品が冷却されますが、圧縮空気でも多くの金属の冷却が遅すぎて機械的特性が変化しない場合があります。
油
オイルは、圧縮空気よりも加熱された金属をより速く急冷できます。 油で急冷するには、何らかの油を満たしたタンクに加熱した部品を入れます。 オイルは部品を通して洗い流すこともできます。 冷却速度と引火点が異なるため、通常、用途に応じて異なる種類のオイルが使用されます。 ただし、油のクエンチ率は水のクエンチ率よりもはるかに低くなります。 フェライトとトルースタイトは少量でも形成できます。 水と油の中間の速度は、逆溶解度を持つ物質である10-30%のウコンを含む水で達成でき、そのため物体に沈着して冷却速度を遅くします。 変形を最小限に抑えるには、長い円筒形の物体を垂直に急冷し、平らな部品と厚い部品の端を最初に溶融プールに入れる必要があります。 蒸気の泡がソフトスポットを形成するのを防ぐために、水クエンチバスを攪拌する必要があります。
水
水は、加熱された金属を急速に急冷することもできます。 油よりも速く金属を冷却します。 油焼入れと同じように、タンクに水を入れ、加熱した金属をその中に沈めます。 また、部品を通してフラッシュすることもできます。 水の利点の 1 つは、媒質の可燃性が問題にならないことです。 さらに、水は最大の硬度を必要とする最も効果的な焼入れ媒体の 1 つですが、製品が変形したり割れたりする傾向があります。 硬さが犠牲になる場合は、クジラ、綿実、鉱物油を使用してください。 これらは酸化してスラッジを形成し、効率を低下させる傾向があります。
塩水
ブラインは水と塩の混合物です。 塩水は、空気、水、油よりも速く冷えます。 この理由は、塩と水の混合物が、加熱された金属と接触したときに気泡が形成されるのを防ぐためです. これは、金属の表面積の多くが気泡ではなく液体で覆われることを意味します。
硬化鋼
焼入れプロセスを議論するとき、鋼はその機械的特性が焼入れに非常に敏感であるため、特筆に値します。 焼入れと呼ばれる焼入れ処理によって、鋼は再結晶温度以上の温度に上げられ、焼入れ処理によって急速に冷却されます。 徐冷と比較して、急冷は鋼の結晶構造を変化させます。 鋼の炭素含有量と合金元素に応じて、焼入れ硬化プロセスを受けると、マルテンサイトやベイナイトなどの硬くて脆い微細構造が残る場合があります。 これらの微細構造は、鋼の強度と硬度の増加につながります。 ただし、鋼が割れやすくなり、延性が大幅に低下します。 このため、一部の鋼は焼入れ硬化プロセスの後に焼鈍または焼きならしされます。
焼入れ工程
急冷プロセスは、熱プロセスと組み合わせて金属の微細構造を変化させるように設計されています。 正しく行われれば、これは鋳造で最大の強度と優れた伸びを生み出します。
鋼の焼入れは通常、水、油、ポリマー溶液または塩に浸漬することによって行われますが、強制空気が使用されることもあります。 焼入れの結果として、生産ハードウェアは許容可能な焼入れ微細構造を発達させなければならず、重要な領域では、部品が焼き戻された後に機械的特性が最低限の仕様を満たさなければなりません。 焼入れの有効性は、鋼の硬化能力に関連する焼入れ媒体の冷却特性に依存します。 したがって、結果は、鋼の組成または攪拌、温度、および焼入れ媒体の種類を変更することによって異なる場合があります。
クエンチシステムの設計とシステムメンテナンスの徹底がプロセスの成功に貢献します。 部品の設計も、焼入れによる機械的特性と歪みに影響します。
