アニーリングとノーマライジング：主な違いを説明

1.アニール

アニーリングは、冶金における重要な熱処理プロセスで、慎重に制御された熱サイクルを伴う。この工程は、金属を特定の温度（通常は再結晶温度以上）までゆっくりと加熱し、この温度を所定の期間維持（ソーキング）し、その後、制御された速度で冷却するという3つの重要な段階から成る。

焼鈍の主な目的は多面的である。硬度を下げ、延性を高めることで、加工性と成形性を向上させる。この工程は、成形や溶接など以前の製造工程で蓄積された可能性のある残留応力を除去するために極めて重要である。焼鈍はまた、寸法安定化においても重要な役割を果たし、変形を最小限に抑え、その後の加工や使用中に割れが発生する傾向を抑えます。

ミクロ組織レベルでは、焼きなましは再結晶と粒成長のメカニズムを通じて結晶粒組織を微細化する。相変態を促進し、組成を均一化し、転位や空孔などの構造欠陥を除去することにより、金属の微細構造を調整する。これらの微細構造の変化は、金属の機械的特性、耐食性、総合的な性能に大きく影響する。

温度、浸漬時間、冷却速度を含む特定の焼鈍パラメータは、特定の金属または合金と所望の最終特性に合わせて調整される。例えば、完全焼鈍、焼ならし、応力除去焼鈍は、このプロセスのバリエーションであり、それぞれが異なる材料や用途で特定の結果を達成するように設計されている。

アニーリングの定義

アニーリングは、金属を特定の温度まで注意深く加熱し、その温度を所定の時間維持した後、制御された速度で冷却する、冶金学における重要な熱処理プロセスである。この速度は通常ゆっくりであるが、所望の結果に応じて正確に調節することができる。このプロセスは、金属や合金の微細構造や特性を変化させる基本的なものである。

アニーリングの主な目的は多面的である：

1. 鋳造、鍛造、溶接、機械加工などの製造工程を経た材料の軟化
2. 延性と靭性の向上
3. 化学組成の均質化により偏析をなくす
4. 残留応力の除去または低減
5. 特定の物理的、機械的、磁気的特性の達成

様々なタイプのアニール処理が存在し、それぞれが特定の冶金的結果を達成するように調整されている：

1. フルアニール：上臨界温度以上に加熱した後、徐冷し、軟らかく延性のある組織にする。
2. プロセス・アニール：冷間加工された材料の応力を緩和するために下限臨界温度以下で行われる。
3. 再結晶アニーリング：冷間加工された金属にひずみのない新しい結晶粒を形成させる。
4. 球状化焼鈍：球状炭化物を含むミクロ組織を生成し、被削性を向上させる。
5. 応力除去アニール：組織に大きな変化を与えることなく残留応力を低減する。
6. 均質化アニール：鋳造または錬合金の化学偏析を除去する。
7. 磁気アニール：電気鋼のような材料の磁気特性を最適化する。

実際には、アニーリングは特定の冶金的課題に対処することができる：

1. 特性の回復使用中に熱にさらされ、本来の特性を失った金属工具や部品は、適切なアニール処理によって若返らせることができる。
2. 加工性の改善：金属または合金を特定の温度まで加熱し、計算された時間その温度を維持し、その後制御された冷却を行うことにより、アニーリングは、塑性を高めながら、硬度と脆性を著しく低下させることができる。この工程はマレ ーティングと呼ばれることもあり、その後の成形作業 における加工性を向上させるために重要である。

アニーリングの目的

1) 硬度を下げて被削性を高め、その後の製造工程と工具寿命を改善する；

2) 残留応力を緩和し、寸法を安定させ、変形や亀裂の傾向を減少させることにより、部品の全体的な構造的完全性と性能を高める；

3) 粒子構造を微細化し、微細構造を調整し、構造欠陥を除去して、機械的特性と材料の均質性を向上させる。

工業生産において、アニール処理は様々な金属加工用途で広く利用されている。具体的な焼きなまし技術は、所望の材料特性とワークの要件に基づいて選択される。一般的な焼きなまし仕様は以下の通り：

• フルアニール：材料を上臨界温度以上に加熱し、その後徐冷することで、最大限の柔らかさと延性を得るために使用される。
• 球状化焼鈍：フェライトマトリックス中に球状炭化物のミクロ組織を生成し、高炭素鋼の被削性を最大化する。
• 応力除去焼鈍：組織を大きく変化させることなく残留応力を低減させるために低温で行われ、溶接構造物や冷間加工部品によく適用される。

アニーリングプロセスの選択は、その後の製造作業と最終用途の性能のために材料特性を最適化する上で極めて重要である。

2.ノーマライズ

焼ならしは、ノーマライゼーションとも呼ばれ、被加工材をAc3またはAccmを30～50℃上回る温度に加熱し、一定時間保持した後、炉から取り出して空気中または水スプレー、ミスト、送風で冷却する金属熱処理プロセスである。

その目的は、結晶粒径の微細化と炭化物分布の均一化にある。焼ならしが焼なましと異なる点は、焼なまし時の冷却速度が焼なまし時よりも若干速いことで、その結果、焼なまし組織が微細になり、機械的性質が改善される。

さらに、炉外冷却による焼ならしは設備を占有しないため、生産率が高くなる。そのため、焼鈍に代わって焼ならしが生産現場でできるだけ多く使用されている。

ノーマライジングの応用

1)低炭素鋼の場合、焼なまし後の硬さは焼なまし後よりやや高く、靭性も良いため、機械加工の前処理として適している。

2) 中炭素鋼の場合、最終熱処理として焼戻しに取って代わることができる。 表面硬化 誘導加熱によって行われる。

3) 工具鋼用、 軸受鋼を使用し、浸炭することにより、網目状炭化物の形成を低減または抑制することができ、球状化焼鈍に必要な理想的な組織を得ることができる。

4) 鋳鋼部品の場合、鋳造時の組織を微細化し、機械加工性を向上させることができる。

5) 大型の鍛造品では、最終熱処理として機能するため、焼入れ時の高い割れ傾向を避けることができる。

6）ダクタイル鋳鉄の場合、硬度、強度、耐摩耗性が向上し、自動車、トラクター、ディーゼルエンジンのクランクシャフトやコネクティングロッドなどの重要部品の製造に使用される。

7)過共析鋼の場合、球状化焼鈍前に焼ならしを行うことで、ネットワーク状の二次セメンタイトを除去することができ、球状化焼鈍中にセメンタイトを完全に球状化することができる。

正規化後の構造： 低共析鋼の組織はF+S、共析鋼はS、超共析鋼はS+二次セメンタイトで、不連続である。

金属熱処理工程では、ワークを適切な温度（Ac3またはACcmプラス30～50℃）まで加熱し（鋼のミクロ組織参照）、断熱後に空気中で冷却する。焼ならしは主に鋼材に用いられる。

焼ならし鋼は焼なまし鋼に似ているが、冷却がやや速く、組織がより細かい。非常に小さな 臨界冷却速度 は、空気中で冷却することによってオーステナイトをマルテンサイトに変態させることができるが、この処理は焼ならしとみなされず、むしろ空冷焼入れと呼ばれる。

逆に、臨界冷却速度が大きい鋼製の大断面ワークピースでは、冷却速度が得られない場合がある。 マルテンサイト 水中で急冷しても、急冷の効果はノーマライゼーションに近い。

について 鋼の硬度 ノーマライゼーション後の方が、アニーリング後よりも高い。

焼なまし時には、焼なましのようにワークを炉で冷却する必要がないため、炉時間が節約でき、生産効率が向上するため、生産現場ではできるだけ焼なましに置き換えるのが一般的である。

炭素含有量が0.25%未満の低炭素鋼の場合、焼ならし後に得られる硬さは中程度で、焼なましよりも切削に適しており、一般に焼なましは切削の準備に使用される。

中炭素鋼の場合 の炭素含有量 0.25-0.5%、それはまた、正規化後の切断の要件を満たすことができます。

この材料で作られた軽荷重用部品 鋼種また、焼ならしは最終熱処理としても機能する。

高炭素工具鋼および軸受鋼の焼ならしは、組織内のネットワーク炭化物を除去し、球状化焼鈍のための組織を準備することである。

鋼部品の熱処理プロセス - 焼ならし

鋼部品の熱処理プロセス - 焼ならし

鋼の熱処理は、バルク熱処理と表面熱処理の2種類に大別される。

バルク熱処理には焼きなまし、焼きならし、焼き入れ、焼き戻しなどのプロセスが含まれ、表面熱処理には表面焼き入れや熱化学的処理が含まれる。

焼ならしとは、鋼部品を上臨界点（低共析鋼の場合はAc3、超共析鋼の場合はAcm）より30～50℃高い温度まで加熱し、この温度で所定の時間保持して完全なオーステナイト化を確保した後、室温の静止空気中で冷却する重要な熱処理工程である。

焼きなましの主な目的は、結晶粒組織を微細化し、ミクロ組織を均質化し、内部応力を除去し、鋼の機械的特性を向上させることである。このプロセスは、低共析鋼では微細なパーライトとフェライトから、過共析鋼ではパーライトとセメンタイトからなる、平衡に近いミクロ組織を達成することを目的としている。

焼なましに比べ、焼ならしは冷却速度がやや速く、熱処理サイクル全体が短くなる。この加速冷却により、焼鈍鋼に比べて結晶粒組織が微細化し、強度と硬度がわずかに向上します。

焼なまし熱処理は、その効率と良好な機械的特性から、両処理とも要求される性能仕様を満たすことができる場合、しばしば焼なましよりも優先される。中炭素鋼や低炭素鋼は、特に加工原料として使用される場合、一般的に焼ならし熱処理が施される。

対照的に、一般的な合金鋼のブランクは、しばしば焼きなまし処理を受ける。これらの合金鋼を焼ならし処理すると、冷却速度が速くなるため硬度が高くなり、その後の機械加工に支障をきたすことがある。合金鋼の焼ならしと焼鈍の選択は、特定の合金組成、所望の微細構造、および最終製品の意図される用途に依存する。

3.ノーマライジングとアニーリングの違い

熱処理工程では、ワークを適切な温度まで加熱し、その温度を一定時間維持した後、炉から取り出して大気中で冷却する。

焼ならしと焼鈍の違いは、焼ならしの方が焼鈍よりも冷却速度が若干速いことで、焼ならしの方が焼鈍よりも組織が微細になり、機械的性質が向上する。

さらに、炉外での焼ならし冷却は設備を占有しないため、生産率が向上する。そのため、焼なましの代わりに焼ならしが生産現場でできる限り使用される。焼ならしの主な用途は以下の通り：

1.低炭素鋼の場合、焼なまし後の硬度は焼なましよりもわずかに高く、靭性が向上し、切削の前処理として機能する。

2.中炭素鋼の場合、最終熱処理として焼入れ処理に代えることも、誘導加熱による表面硬化前の準備処理として使用することもできる。

3.工具鋼、軸受鋼、浸炭鋼の場合、純炭化物の生成を低減または抑制することができ、球状化焼鈍に必要な良好な組織を得ることができる。

4.鋳鋼部品の場合、鋳造時の組織を微細化し、機械加工性を向上させることができる。

5.大型の鍛造品では、最終熱処理として使用することで、焼入れ時に割れやすくなるのを防ぐことができる。

6.ダクタイル鋳鉄の場合、硬度、強度、耐摩耗性を向上させることができるため、クランクシャフトやコンロッドなど、自動車、トラクター、ディーゼルエンジンの重要部品の製造に適している。

焼鈍と焼ならしの主な違いは冷却速度にあり、焼ならしの方が冷却速度が速いため、パーライト組織が微細になる。従って、同じ鋼材であれば、焼ならしの方がより高いパーライト組織を得ることができる。 強度と硬度 アニーリングよりも。

アニーリングとノーマライジングのどちらを選択するかは、具体的な状況に基づいて決めるべきで、一般的には3つの側面を考慮する：

1)被削性を向上させるために、低炭素鋼は焼ならしを行う。炭素含有量が0.25%から0.45%の中炭素鋼は、焼なましまたは焼ならしのいずれかを行うことができる。 高炭素鋼 超共析鋼は球状化焼鈍を施す必要がある。(低・中炭素構造用鋼-焼ならし、中・高炭素構造用鋼-完全焼鈍、合金工具鋼-球状化焼鈍)

2）熱処理加工性：複雑形状、大型、重要部品は焼鈍する。焼鈍は冷却が遅い、 内部応力 が最小限に抑えられ、ワークピースの変形やクラックが発生しにくくなる。焼ならしは一般的な部品に使用できる。

3)処理コスト；焼なましは焼なましよりもコストが低い。コスト削減と生産効率向上のためには、品質を確保しつつ、できるだけ焼ならしを行うべきである。

焼きなましと焼き入れ工程表