鋼の4つの熱処理は何ですか？

熱処理は、鋼の製造と加工における重要なプロセスです。これは、硬度、靭性、強度、延性などの望ましい機械的特性を実現するために鋼の微細構造を変更するためです。さまざまな熱処理技術の中で、4つの基本的なプロセスは、スチールコンディショニングのバックボーンを形成します。アニーリング、正規化、クエンチング、焼き戻し、表面硬化です。それぞれが明確な目的を果たし、特定のアプリケーションに合わせて調整され、意図した使用で鋼が最適に機能するようにします。
1。アニーリング：軟化と均質化
アニーリングは、鋼を柔らかくし、その機密性を向上させ、内部ストレスを軽減するために設計された熱処理プロセスです。 3つの重要なステップが含まれます。特定の温度（通常、微細構造がオーステナイトに変換される臨界温度を上回る）に加熱し、均一な加熱を確保するのに十分な時間にその温度を保持し、通常は炉または制御された環境でゆっくり-}を冷却します。
アニーリングの主な目標は、鋼の微細構造を改良することです。たとえば、鋼が作業{-硬化した場合（ローリングや鍛造などの冷たい作業によって強化された）、アニーリングは、穀物がより均一な構造に再配向して成長できるようにすることで延性を回復します。また、溶接、鋳造、または機械加工によって引き起こされる内部応力を排除します。これにより、対処されないままにすると、反りや亀裂につながる可能性があります。
アニーリングにはいくつかのタイプがあり、それぞれに特定のアプリケーションがあります。
•完全なアニーリング：hypoeutectoid鋼に使用されます（0.8％未満の炭素）。鋼を臨界温度より上で50〜100度（10〜38度）に加熱し、それを保持し、ゆっくりと冷却して、フェライトと真珠の柔らかく延性のある微細構造を形成します。
•プロセスアニーリング：製造中の作業硬化を減らすために、低-炭素鋼に適用されます。鋼をより低い温度（臨界点より下）まで加熱し、ゆっくりと冷却し、全体的な微細構造を変えることなく延性を回復します。
•スフェロイド化：高{-炭素鋼に使用されて、機密性が向上します。鋼を臨界温度のすぐ下に加熱し、長期間保持し、炭化物粒子が球形の形状に形成され、鋼の機械が柔らかくなりやすくなります。
アニール鋼は、最終硬化の前に形作られたり掘削する必要がある自動車部品など、機械加工を容易にする必要があるアプリケーションに最適です。
2。正規化：精製と安定化
正規化は、アニーリングと同様の熱処理プロセスですが、冷却速度が高速です。鋼の臨界温度（通常は100〜150度f/38〜66度上）よりわずかに高い温度まで鋼を加熱し、均一なオーステナイト化を確保し、静止した空気で冷却することを伴います。このより速い冷却速度（アニーリングと比較して）は、より細かく、より均一な微細構造をもたらします。
正規化の重要な利点は次のとおりです。
•穀物構造の精製：鋳造、鍛造、またはローリング中に形成される粗い粒子を排除し、より細かく、より一貫した粒子サイズをもたらします。これにより、鋼の強度と靭性が向上します。
•内部ストレスの減少：アニーリングのように、それはストレスを緩和しますが、過度の軟化のリスクが少なくなります。
•標準化プロパティの標準化：鋼のバッチ全体にわたって均一な機械的特性を保証し、後続のプロセスでパフォーマンスを予測しやすくします。
正規化は、強度と延性のバランスを必要とする中{-炭素鋼と合金鋼によく使用されます。それは一般に、鋳物、鍛造、溶接部に適用され、さらに処理する前に構造の安定性を改善します。たとえば、自動車のクランクシャフトと工業用具は、一貫した強度を確保し、機械加工中の歪みのリスクを軽減するために正規化を受ける可能性があります。
アニーリングと比較して、正規化された鋼は微細構造のためにわずかに硬く、強くなり、完全に硬化した鋼の脆性がなくても中程度の強度を必要とする部品にとってより良い選択肢になります。
3。クエンチングと焼き込み：硬化と強化
クエンチングと強化は、高強度と靭性を備えた鋼を生産するように設計された2つの-ステッププロセスです-他のトリートメントで達成するのが難しい組み合わせです。
•クエンチング：最初のステップでは、鋼をオーステナイト温度（臨界点より上）まで加熱し、均一なオーステナイト微細構造を形成し、水、油、またはポリマー溶液を使用して急速に（Quenching）冷却します。この急速な冷却は、オーステナイトに炭素原子を閉じ込め、微細構造をマルテンサイト-硬度レベルに60〜65 HRCの硬度レベルに達する可能性のある硬い脆性位相に変換します。
•抑制：脆性を減らすために、クエンチ鋼はより低い温度（通常300〜1,300度f/149〜704度）に加熱され、一定期間保持され、その後空気中の冷却が続きます。焼き戻しにより、小さな炭化物粒子がマルテンサイト内に形成され、消光中に達成された硬度のほとんどを保持しながら、脆性が低下します。温度温度により最終的な特性が決まります。低温（300〜500度F）は、中程度の丈夫さで高硬度を保持しますが、高温（800〜1,300度F）は硬度を低下させますが、靭性を増加させます。
その結果、摩耗に抵抗するのに十分な強度と靭性のバランスをとる鋼が施されていますが、衝撃に耐えるのに十分なほど丈夫です。これにより、次のような高-ストレスアプリケーションに最適です。
•ツールスチール：ドリルビット、切削工具、およびダイは、チッピングに対する硬度と抵抗のために、クエンチングされたスチールに依存しています。
•構造部品：自動車用車軸、建設ボルト、および産業機械コンポーネントは、この処理を使用して、重い負荷や衝撃に耐えることができます。
•航空宇宙コンポーネント：航空機着陸装置などの高強度-から-重量比を必要とする部品は、プロセスの恩恵を受けます。
消光媒体の選択は最終的な硬度に影響します。水の消光はより速く冷却され、硬度が高くなりますが、ひび割れのリスクが高まります。オイルの消光はよりゆっくりと冷却し、ひび割れのリスクを減らしますが、硬度がわずかに低くなります。次に、塗装を調整してアプリケーションに合わせて調整し、鋼が耐摩耗性に十分なほど硬くなりますが、ストレス下で骨折するほど脆くないようにします。
4。表面硬化：表面を硬化させ、コアを保存します
表面硬化（ケース硬化とも呼ばれます）は、コアを比較的柔らかく丈夫なままにしながら、鋼の表面のみを硬化させる熱処理です。これは、摩擦や摩耗に耐えるために-耐性表面が必要な部品に最適ですが、丈夫なコアは影響と曲げに抵抗します。
表面硬化にはいくつかの方法があり、浸炭と窒化が最も一般的です。
•浸炭：このプロセスは、炭素を低{-炭素鋼の表面層に導入します。鋼は、炭素{-豊富な環境（ガス、液体、または固体）で高温（1,600〜1,800度f/871–982度）に加熱され、炭素が表面に拡散できるようにします。浸炭後、鋼は高{-炭素表面層（ケース）を強化するように消しますが、低{-炭素コアは柔らかいままです。ケースの深さは、アプリケーションに応じて0.005〜0.25インチの範囲です。炭化鋼は、ギア、ベアリング、シャフトなどの部品に使用されます。表面は摩耗に抵抗する必要がありますが、コアは衝撃を吸収する必要があります。
•ニトリッド：このプロセスは、炭素の代わりに窒素を鋼の表面に拡散させます。窒素-豊富な雰囲気で低温（950〜1,150度f/510–621度）で実行され、表面に硬い窒化物化合物を形成します。浸炭とは異なり、クエンチを必要とせず、歪みのリスクを軽減します。窒化した鋼は、優れた耐摩耗性と耐食性を備えており、バルブステム、油圧シリンダー、工作機械ガイドなどの部品に適しています。
他の表面硬化方法には、火炎硬化（炎と消光で表面を加熱する）と誘導硬化（電磁誘導を使用して表面を加熱してから消光）が含まれます。これらは、大きなギアの歯や鉄道線路の摩耗面など、特定の領域のみが硬化が必要な大きな部品に使用されるより速いプロセスです。
4つの治療法がどのように比較されますか​
各熱処理プロセスは、鋼の特性を明確な方法で変更します。
•アニーリングは延性と機械性を最大化しますが、強度を最小限に抑えます。
•バランスの強度と延性を洗練した微細構造と正規化。
•クエンチングと強化は、高強度と靭性を達成します。
•表面硬化は、硬いコアを備えた硬い摩耗-耐性表面を作成します。
治療の選択は、鋼の組成、目的の特性、およびアプリケーションに依存します。たとえば、レンチには強度と靭性のために消光された鋼鉄の鋼鉄が必要ですが、歯の摩耗に抵抗するためにギアは浸炭を必要とする場合があります。
結論
鋼の4つの主要な熱処理-アニーリング、正規化、クエンチ、焼き戻し、および表面硬化-それぞれ、特定のニーズに合わせて鋼の特性を調整する上で重要な役割を果たします。アニーリングは柔らかくなり、均質化し、正規化は洗練と安定化、クエンチ、バランスのバランスの強度と靭性を抑制し、表面硬化はコアの靭性を維持しながら摩耗から保護します。これらのプロセスを理解することにより、メーカーとエンジニアは適切な処理を選択して、シンプルなファスナーから複雑な航空宇宙コンポーネントまでのアプリケーションで確実に鋼鉄を実行することができます。