アルミニウムおよびアルミニウム合金の熱処理中に、次のようなさまざまな問題がよく発生します。
- 不適切な部品配置: これによって部品が変形する可能性があります。多くの場合、これは、望ましい機械的特性を達成するのに十分な速さで焼入れ媒体による熱除去が不十分なために発生します。
- 急速加熱: 熱変形が発生する可能性があります。部品を適切に配置すると、均一な加熱が保証されます。
- 過熱: 部分的な溶融や共晶溶融につながる可能性があります。
-表面スケーリング/高温酸化。
- 過剰または不十分な時効処理は、機械的特性の損失につながる可能性があります。
- 時間/温度/焼入れパラメータの変動により、部品間およびバッチ間の機械的特性および/または物理的特性に偏差が生じる可能性があります。
- さらに、溶体化熱処理中の温度均一性の悪さ、不十分な断熱時間、不十分な冷却も、不十分な結果につながる可能性があります。
熱処理はアルミニウム業界において非常に重要な熱処理プロセスです。関連する知識をさらに深めてみましょう。
1.前処理
焼入れ前に組織を改善し、応力を緩和する前処理は、歪みの低減に効果的です。前処理には、球状化焼鈍や応力除去焼鈍などの処理が一般的に含まれますが、焼入れ焼戻しや焼きならし処理を施す場合もあります。
応力緩和焼鈍機械加工中は、加工方法、工具の噛み合い、切削速度などの要因により残留応力が生じる可能性があります。これらの応力が不均一に分布すると、焼入れ時に歪みが生じる可能性があります。これらの影響を軽減するために、焼入れ前に応力除去焼鈍処理を施す必要があります。応力除去焼鈍処理の温度は通常500～700℃です。空気中で加熱する場合は、酸化と脱炭を防ぐため、500～550℃で2～3時間保持します。荷重負荷時には、自重による部品の歪みを考慮する必要があります。その他の手順は標準的な焼鈍処理と同様です。
構造改善のための予熱処理：球状化焼鈍、焼入れ焼戻し、焼ならし処理などが含まれます。
-球状化焼鈍炭素工具鋼および合金工具鋼の熱処理において、球状化焼鈍後の組織は焼入れ時の変形傾向に大きく影響します。焼鈍後の組織を調整することで、焼入れ時の規則変形を低減できます。
-その他の前処理方法焼入れ歪みを低減するには、焼入れ・焼戻し、焼ならし処理など、様々な方法があります。歪みの原因や部品の材質に応じて、適切な前処理（焼入れ・焼戻し、焼ならし処理など）を選択することで、歪みを効果的に低減できます。ただし、焼戻し処理後は残留応力や硬度上昇に注意が必要です。特に、焼入れ・焼戻し処理は、WやMnを含む鋼では焼入れ時の膨張を低減できますが、GCr15などの鋼では変形低減効果がほとんどありません。
実際の生産においては、焼入れ歪みの原因が残留応力によるものか、組織不良によるものかを特定することが、効果的な処理に不可欠です。残留応力に起因する歪みに対しては応力除去焼鈍を実施すべきであり、組織を変化させる焼戻し処理は不要です。逆もまた同様です。そうすることで初めて、焼入れ歪みを低減し、コスト削減と品質確保という目標を達成することができます。
2.焼入れ加熱操作
焼入れ温度：焼入れ温度は変形に大きく影響します。変形低減の目的は、焼入れ温度を調整することで達成できます。あるいは、残余の取り代を焼入れ温度と同じにして変形低減の目的を達成するか、熱処理試験後に取り代と焼入れ温度を合理的に選択して残しておくことで、その後の取り代を低減します。焼入れ温度が焼入れ変形に及ぼす影響は、ワークピースに使用されている材料だけでなく、ワークピースのサイズや形状にも関係しています。ワークピースの形状とサイズが大きく異なる場合、ワークピースの材料は同じであっても、焼入れ変形の傾向はかなり異なるため、実際の生産では作業者はこの状況に注意する必要があります。
焼入れ保持時間保持時間の選択は、十分な加熱と焼入れ後の所望の硬度または機械的特性の達成を保証するだけでなく、変形への影響も考慮する必要があります。焼入れ保持時間を延長すると、焼入れ温度が上昇し、特に高炭素鋼および高クロム鋼では顕著になります。
読み込み方法：加熱時にワークを無理な形状で配置すると、ワークの重量による変形やワーク同士の押し出しによる変形、ワークを重ねすぎることによる加熱・冷却の不均一による変形などの原因となります。
加熱方法複雑な形状や厚さの異なるワークピース、特に高炭素元素や合金元素を含むワークピースの場合、ゆっくりと均一に加熱することが非常に重要です。予熱は多くの場合必須であり、場合によっては複数回の予熱サイクルが必要となることもあります。予熱だけでは効果的に処理できない大型ワークピースの場合は、加熱制御機能を備えた箱型抵抗炉を使用することで、急速加熱による歪みを軽減できます。
3. 冷却運転
焼入れ変形は主に冷却プロセスによって生じます。適切な焼入れ媒体の選択、熟練した操作、そして冷却プロセスの各ステップは、焼入れ変形に直接影響を及ぼします。
消光媒体の選択焼入れ後の硬度を確保しつつ、歪みを最小限に抑えるため、より穏やかな焼入れ媒体を使用することをお勧めします。部品がまだ熱いうちに矯正を容易にするため、冷却には加熱浴媒体を使用するか、空冷が推奨されます。水と油の冷却速度の中間の媒体は、水油複合媒体の代わりに使用できます。
—空冷焼入れ空冷焼入れは、高速度鋼、クロム鋳型鋼、空冷微変形鋼の焼入れ変形の低減に効果的です。焼入れ後に高い硬度を必要としない3Cr2W8V鋼の場合、焼入れ温度を適切に調整することで、空冷焼入れによる変形の低減も可能です。
—油冷却と焼入れ油は水に比べて冷却速度がはるかに遅い焼入れ媒体ですが、焼入れ性が高く、サイズが小さく、形状が複雑で、変形傾向が大きいワークの場合、油の冷却速度は速すぎます。一方、サイズが小さくても焼入れ性が悪いワークの場合、油の冷却速度は不十分です。これらの矛盾を解決し、油焼入れを最大限に活用してワークの焼入れ変形を低減するために、油温度の調整や焼入れ温度の上昇といった方法を採用し、油の利用を拡大してきました。
—焼入れ油の温度を変える焼入れ時の油温を一定に保って焼入れ変形を低減しようとすると、依然として以下の問題が生じます。油温が低い場合、焼入れ変形は依然として大きく、油温が高い場合、焼入れ後のワークの硬度を確保することが困難です。ワークの形状と材質の複合影響により、焼入れ油の温度を上げると、変形が大きくなる場合があります。そのため、ワークの材質、断面サイズ、形状などの実際の状況に応じて、試験合格後の焼入れ油の油温を決定することが非常に重要です。
高温の油を焼入れに使用する場合、焼入れ・冷却に伴う油温の上昇による火災を防止するため、油槽の近くに必要な消火設備を設置する必要があります。また、焼入れ油の品質指標を定期的に検査し、適時に新しい油を補充または交換する必要があります。
—焼入れ温度を上げる：この方法は、通常の焼入れ温度および油焼入れでは加熱・保温後の硬度要件を満たせない、断面積の小さい炭素鋼ワークピースやや大きめの合金鋼ワークピースに適しています。焼入れ温度を適切に上昇させた後、油焼入れを行うことで、硬化と変形低減の効果が得られます。この方法で焼入れを行う場合は、焼入れ温度の上昇による結晶粒の粗大化、機械的性質の低下、ワークピースの寿命低下などの問題を回避するために注意する必要があります。
—分類とオーステンパ処理焼入れ硬度が設計要件を満たす場合、熱浴媒体の分類とオーステンパ処理を十分に活用し、焼入れ変形の低減を図る必要があります。この方法は、焼入れ性が低い小断面の炭素構造用鋼や工具鋼、特に焼入れ性が高いクロム含有ダイス鋼や高速度鋼のワークピースにも有効です。熱浴媒体の分類とオーステンパ処理後の冷却方法は、この種の鋼材の基本的な焼入れ方法であり、同様に、高い焼入れ硬度を必要としない炭素鋼や低合金構造用鋼にも有効です。
熱浴で焼入れする場合は、以下の点に注意する必要があります。
まず、油浴を等級分けや等温焼入れに使用する場合、火災の発生を防ぐために油温を厳密に制御する必要があります。
第二に、硝酸塩グレードで焼入れを行う場合、硝酸塩タンクには必要な機器と水冷装置を備える必要があります。その他の注意事項については、関連情報をご参照ください。ここでは繰り返しません。
第三に、等温焼入れ中は等温温度を厳密に管理する必要があります。高温または低温は焼入れ変形の低減に役立ちません。また、オーステンパー処理中は、ワークピースの重量による変形を防ぐため、ワークピースの吊り下げ方法を適切に選択する必要があります。
第四に、ワークピースが高温状態にある間に等温焼入れまたは段階的焼入れを施して形状を修正する場合、工具と治具を完備し、作業中の動作は迅速に行う必要があります。ワークピースの焼入れ品質への悪影響を防ぐためです。
冷却操作: 冷却工程中の巧みな操作は、特に水または油焼入れ媒体を使用する場合、焼入れ変形に大きな影響を与えます。
-焼入れ媒体の正しい入口方向通常、対称的にバランスが取れている、または細長い棒状のワークピースは、媒体に垂直に焼入れする必要があります。非対称の部品は斜めに焼入れできます。正しい方向で焼入れを行うことで、部品全体に均一な冷却が確保され、冷却速度の遅い部分が最初に媒体に入り、その後に冷却速度の速い部分が続きます。ワークピースの形状とそれが冷却速度に与える影響を考慮することは、実際には非常に重要です。
-焼入れ媒体中のワークピースの動き：冷却が遅い部品は焼入れ媒体に面して配置してください。対称形状のワークピースは、媒体内でバランスの取れた均一な経路を描き、小さな振幅と素早い動きを維持する必要があります。薄くて細長いワークピースの場合、焼入れ中の安定性が非常に重要です。ワークピースの揺れを避け、より正確な制御のために、ワイヤーバインディングではなくクランプの使用を検討してください。
-焼入れ速度ワークピースは急速に焼入れする必要があります。特に細い棒状のワークピースの場合、焼入れ速度が遅いと曲げ変形が大きくなり、焼入れ時期の異なる部位間で変形量に差が生じる可能性があります。
-制御された冷却: 断面サイズに大きな差があるワークピースの場合は、冷却速度を下げて均一な冷却を実現するために、冷却が早い部分をアスベストロープや金属板などの材料で保護します。
-水中での冷却時間：主に構造応力による変形を受けるワークピースの場合は、水中冷却時間を短縮してください。主に熱応力による変形を受けるワークピースの場合は、水中冷却時間を延長して焼入れ変形を低減してください。
MAT AluminumのMay Jiangによる編集
投稿日時: 2024年2月21日
