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。
-不適切な部品の配置: これは、多くの場合、所望の機械的特性を達成するのに十分な速度での急冷媒体による不十分な熱除去が原因で、部品の変形につながる可能性があります。
-急速加熱: 熱変形を引き起こす可能性があります。部品を適切に配置することで、均一な加熱が保証されます。
- 過熱: 部分溶融または共晶溶融を引き起こす可能性があります。
・表面スケール・高温酸化。
- 時効処理が過剰または不十分であると、機械的特性が失われ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、部品やバッチ間で機械的および/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、温度均一性の低下、不十分な絶縁時間、溶体化熱処理中の不十分な冷却もすべて不適切な結果を引き起こす可能性があります。
熱処理はアルミニウム産業において重要な熱プロセスです。関連する知識をさらに掘り下げてみましょう。
1.前処理
組織を改善し、焼入れ前に応力を軽減する前処理プロセスは、歪みを低減するのに有益です。前処理としては球状化焼鈍や歪取り焼鈍などの処理が一般的ですが、焼入れ焼戻しや焼きならし処理を行う場合もあります。
応力除去アニーリング: 加工中に、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発生す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、焼入れ中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には、焼入れ前の応力除去焼鈍が必要です。歪取り焼鈍の温度は一般的に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℃の温度で2～3時間保持します。荷重の際には自重による部品の歪みを考慮する必要があり、その他の手順は標準の焼きなましと同様です。
組織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不可欠であり、球状化焼鈍後に得られる組織は、焼入れ時の歪み傾向に大きな影響を与えます。焼鈍後の組織を調整することで、焼入れ時の規則的な歪みを低減できます。
-その他の前処理方法：焼入歪を低減するには、焼入れ焼戻し、焼き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、焼き入れや焼き戻しなどの前処理、焼きならし処理を適切に選択することで、歪みを効果的に低減できます。ただし、焼戻し後の残留応力や硬さの増加には注意が必要で、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などの鋼では変形を低減する効果がほとんどありません。
実際の製造においては、効果的な処理を行うためには、残留応力によるものか構造不良によるものなのか、焼入れ歪みの原因を特定することが不可欠です。残留応力による歪みに対しては歪取り焼鈍を行う必要がありますが、組織を変化させる焼き戻しなどの処理は必要ありませんし、その逆も同様です。そうして初めて、焼入れ歪みを低減するという目標を達成し、コストを削減し、品質を確保することができます。
2.急冷加熱運転
焼入れ温度：焼入れ温度は歪みに大きく影響します。焼入れ温度を調整することで変形を低減する目的を達成するか、予約された取り代が変形を低減する目的を達成するための焼入れ温度と同じであるか、または熱処理試験後の取り代と焼入れ温度を合理的に選択して予約します、後の加工代を減らすため。焼入れ変形に対する焼入れ温度の影響は、ワークに使用されている材質だけでなく、ワークのサイズや形状にも関係します。ワークの形状やサイズが大きく異なる場合、同じ材質であっても焼入れ変形の傾向が大きく異なりますので、実際の生産では注意が必要です。
焼入れ保持時間: 保持時間の選択は、完全な加熱と焼き入れ後の望ましい硬度または機械的特性の達成を確実にするだけでなく、歪みへの影響も考慮します。焼入れ保持時間を延長すると、基本的に焼入れ温度が上昇します。これは特に高炭素鋼や高クロム鋼で顕著です。
ロード方法：加熱時にワークを無理な形状で置くと、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、ワークの積み過ぎによる加熱・冷却の不均一による変形が発生します。
加熱方法: 複雑な形状で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、ゆっくりとした均一な加熱プロセスが重要です。多くの場合、予熱の利用が必要となり、場合によっては複数の予熱サイクルが必要になります。予熱によって効果的に処理できない大きなワークピースの場合、加熱を制御したボックス抵抗炉を使用すると、急速加熱によって生じる歪みを軽減できます。
3. 冷房運転
焼入れ変形は主に冷却プロセスによって発生します。適切な焼入れ媒体の選択、熟練した操作、および冷却プロセスの各ステップは、焼入れ変形に直接影響します。
急冷媒体の選択: 焼入れ後に必要な硬度を確保しながら、歪みを最小限に抑えるためには、よりマイルドな焼入れ媒体を選択する必要があります。冷却には加熱したバス媒体を使用するか (部品がまだ熱いうちに矯正を容易にするため)、または空冷することをお勧めします。水と油の間の冷却速度を持つ媒体も、水と油の二重媒体を置き換えることができます。
―空冷焼入れ：空冷焼入れは、ハイス鋼、クロム金型鋼、空冷微変形鋼の焼入変形低減に有効です。焼入れ後に高硬度を必要としない3Cr2W8V鋼の場合は、焼入れ温度を適切に調整することで変形を低減する空気焼入れも可能です。
—油の冷却と焼き入れ: 油は水よりも冷却速度が非常に遅い焼入媒体ですが、焼入性が高く、サイズが小さく、複雑な形状で変形傾向が大きいワークピースの場合、油の冷却速度は速すぎますが、サイズが小さいワークピースの場合、油の冷却速度は速すぎますが、焼入れ性が悪く、油の冷却速度が不十分です。上記の矛盾を解決し、油焼入れを最大限に活用してワークの焼入変形を低減するために、油の温度を調整したり、焼入温度を高めたりして油の利用を拡大する方法がとられてきました。
—焼入れ油の温度を変える: 焼入れ変形を低減するために同じ油温で焼入れを行っても、油温が低い場合には依然として焼入変形が大きく、油温が高い場合には、焼入れ後のワークの硬さ。一部のワークピースの形状と材質の複合効果により、焼き入れ油の温度が上昇すると、ワークピースの変形が増加する場合があります。したがって、試験合格後の焼入油の油温は、実際のワークの材質、断面の大きさ、形状などの条件に応じて決定することが非常に重要です。
焼入れに高温の油を使用する場合は、焼入れ冷却による高温油による火災を避けるため、油タンクの近くに必要な消火設備を設置してください。さらに、焼き入れ油の品質指標を定期的にテストし、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：通常の焼入れ温度や油焼入れでの加熱・保温では硬さを満足できない小断面の炭素鋼ワークややや大きめの合金鋼ワークに適した方法です。焼き入れ温度を適切に高めてから油焼き入れを行うことで、硬化と変形の低減効果が得られます。この方法で焼入れを行う場合、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、ワークの寿命の低下などの問題が発生しないように注意する必要があります。
—分類とオーステンパリング: 焼入れ硬度が設計要件を満たすことができる場合、焼入れ変形を低減するという目的を達成するために、熱浴媒体の分級とオーステンパを最大限に活用する必要があります。この方法は、低焼入性の小断面炭素構造用鋼や工具鋼、特に焼入性の高いクロム含有ダイス鋼やハイス鋼のワークにも有効です。この種の鋼の基本的な焼入れ方法は、熱浴媒体の分類とオーステンパリングという冷却方法です。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同様に有効です。
熱湯で急冷する場合は、次の点に注意してください。
まず、オイルバスをグレーディング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の温度を厳密に管理する必要があります。
第二に、硝酸塩グレードで急冷する場合、硝酸塩タンクには必要な機器と水冷装置を装備する必要があります。その他の注意事項については、関連情報を参照してください。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制御する必要があります。高温または低温は焼入変形を軽減するのに役立ちません。また、オーステンパ処理の際には、ワークの重量による変形を防ぐため、ワークの吊り下げ方法を選択する必要があります。
第 4 に、等温または段階的焼入れを使用してワークピースが熱い間に形状を修正する場合、工具と治具が完全に装備されており、操作中に迅速に動作する必要があります。ワークの焼入れ品質への悪影響を防ぎます。
冷房運転: 冷却プロセス中の巧みな操作は、特に水または油の焼入れ媒体が使用される場合、焼入れ変形に大きな影響を与えます。
- 急冷媒体の正しい方向の流入: 通常、対称的にバランスが取れた、または細長い棒状のワークピースは媒体中に垂直に焼入れされる必要があります。非対称部品を斜めに焼入れすることができます。正しい方向は、すべての部品にわたって均一な冷却を確保することを目的としており、冷却速度の遅い領域が最初に媒体に入り、その後に冷却速度の速いセクションが続きます。実際には、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が重要です。
-焼入媒体中でのワークの移動: 徐冷部品は急冷媒体に面する必要があります。対称形状のワークピースは、小さな振幅と素早い動きを維持しながら、媒体内でバランスのとれた均一な経路をたどる必要があります。薄くて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。より良い制御のために、スイングを避け、ワイヤーバインディングの代わりにクランプの使用を検討してください。
- 焼入れの速度：ワークは急速に焼入れする必要があります。特に薄い棒状のワークの場合、焼入れ速度が遅いと曲げ変形が増大し、異なる時間に焼入れされた部分間の変形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違い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達成するために、アスベスト ロープや金属シートなどの材料で冷却が速い部分を保護します。
-水中での冷却時間：構造応力による変形が主なワークの場合は、水冷時間を短くしてください。熱応力による変形が主なワークの場合は、水冷時間を延長して焼入れ変形を軽減します。
MAT Aluminium の May Jiang が編集
投稿日時: 2024 年 2 月 21 日
