アルミニウム加工における熱処理プロセス

1) アニーリングと正規化

熱間加工されたアルミニウムブランク材には、焼鈍処理と焼ならし処理が施されます。炭素含有量が0.5%を超える炭素鋼および合金鋼は、硬度を下げて切削性を高めるために焼鈍処理されることが多く、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刃物への固着を防ぐために使用されます。そして、焼ならし処理も行われます。焼ならし処理によって、結晶粒度を微細化し、組織を均一にすることができ、その後の熱処理の準備を整えることができます。焼ならし処理と焼ならし処理は通常、ブランクの製造後、粗加工の前に行われます。

2) 老化治療

時効処理は主にブランクの製造や機械加工の際に発生する内部応力を除去するために使用されます。

過度の輸送負荷を避けるため、一般的な精度の部品については、仕上げ前に1回の時効処理で十分です。ただし、治具ボーリングマシンの筐体など、高精度が求められる部品については、2回以上の時効処理工程を設ける必要があります。単純な部品であれば、通常は時効処理は必要ありません。

鋳物に加えて、精密ネジなど剛性の低い精密部品では、加工中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、荒加工と中仕上げの間に複数回の時効処理を施すことがよくあります。一部のシャフト部品では、矯正工程後に時効処理を施す必要がある場合もあります。

3) 焼入れと焼戻し

焼入れ焼戻しとは、焼入れ後に高温で焼戻しを行うことを指します。均一で焼き入れされたソルバイト組織を得ることができ、表面焼入れや窒化処理時の変形を抑制するための準備として役立ちます。そのため、焼入れ焼戻しは予熱処理としても利用できます。

焼入れ焼戻し部品の総合的な機械的特性が向上するため、高硬度や耐摩耗性が要求されない一部の部品の最終熱処理プロセスとしても使用できます。

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。熱処理工程には、焼入れ、浸炭焼入れ、窒化処理が含まれます。

1) 焼入れ

焼入れは表面焼入れと全体焼入れに分けられます。このうち、表面焼入れは変形、酸化、脱炭が少ないことから広く用いられており、また、優れた外部強度と耐摩耗性を備えながら、良好な内部靭性と強い耐衝撃性を維持するという利点もあります。表面焼入れ部品の機械的特性を向上させるために、予熱処理として焼入れ焼戻しや焼きならしなどの熱処理が必要となることがよくあります。一般的な工程は、打ち抜き、鍛造、焼きならし、焼鈍、荒加工、焼入れ焼戻し、中仕上げ、表面焼入れ、仕上げです。

2) 浸炭焼入れ

浸炭焼入れは、まず部品の表層の炭素含有量を高め、焼入れ後に表層部は高硬度を得る一方、芯部は一定の強度と高い靭性・塑性を維持します。浸炭焼入れは、全面浸炭と部分浸炭に分けられます。部分浸炭を行う場合は、非浸炭部に浸炭防止対策を講じる必要があります。浸炭焼入れは大きな変形を引き起こし、浸炭深さは一般的に0.5～2mmであるため、浸炭工程は一般的に中仕上げ工程と仕上げ工程の間に配置されます。

工程ルートは一般的に、打ち抜き、鍛造、焼ならし、荒加工、中仕上げ、浸炭焼入れ、仕上げとなります。浸炭焼入れ部品の非浸炭部品において、余裕度を上げて過剰な浸炭層を除去する工程を採用する場合、浸炭焼入れ後、焼入れ前に過剰な浸炭層を除去する工程を設ける必要があります。

3) 窒化処理

窒化処理は、金属表面に窒素原子を浸透させ、窒素含有化合物層を形成するプロセスです。窒化層は、部品表面の硬度、耐摩耗性、疲労強度、耐腐食性を向上させることができます。窒化処理温度は低く、変形量も小さく、窒化層の厚さも通常0.6～0.7mmと薄いため、窒化処理はできるだけ後回しにする必要があります。窒化処理中の変形量を低減するために、通常は高温焼戻しによる応力緩和処理が行われます。

MAT AluminのMay Jiangによる編集