高速度鋼の熱処理に不可欠な5つのヒント

1.高速度鋼の傾斜焼入れ用塩浴

中国は、高速度鋼の塩浴加熱焼入れに、旧ソ連の5-3-2式（質量分率、%）（50BaCl2+30KCl+20NaCl）を利用してきた。この配合の融点温度は560℃、使用温度は580～620℃である。

有効寸法が20mm未満の工具またはハイス鋼部品では、65HRC以上の高硬度レベルを達成できます。一方、HSS-E鋼部品は、66HRC以上の硬度に達することができます。

中国の工具産業は、このグレーディングを利用している。 焼き入れ工程 を設立し、地方、閣僚、そして全国的な卓越性を達成し、大きな活力を示している。

時代の進展と技術の進歩に伴い、冷却速度の重要性が認識されるようになり、800～1000℃のワークピースの平均冷却速度は7 ℃⁄ s以下であることが判明した。この遅い冷却速度では炭化物が析出し、鋼の硬度やその他の特性に影響を及ぼす。

その結果、カルシウムを主成分とするグレーディングソルトが欧米から多大なコストをかけて中国に導入された。その式（質量分率、%）は48CaCl2+31BaCl2+21NaClで、融点は435℃、使用温度は480～560℃である。

配合を簡略化するため、一部の中国工場では50CaCl2+30BaCl2+20NaClに切り替えている。この代替案は、従来のカルシウムベースの塩よりも融点がわずかに高いが、分類温度は480～560℃のままである。

旧ソ連は1940年代に初めてCaベースの塩浴技術を導入し、その後1950年代に中国と共有した。1960年代には多くの工場で実験が行われた。

1974年から1978年まで桂林に在任中、著者はCaベースの塩浴を利用していた。しかし、炉の稼働頻度が低く、塩浴の吸湿性が高いため、使用を中止せざるを得なかった。

一部の工場では、傾斜塩浴の冷却速度についてフィールドテストを行っている。具体的には、φ40mmのワークを800～1000℃と550℃で冷却したところ、冷却速度は7℃/sとなり、40mm以下でも十分な硬化が可能であることがわかった。一方、φ25mmのワークを500℃のカルシウムベースで冷却すると、800～1000℃での冷却速度は9℃/sとなる。

バリウム系塩浴ワークの1000～800℃から580～620℃の冷却速度は、カルシウム系塩浴ワークの480～560℃の冷却速度より遅いことは間違いない。

ワークの有効径が20～40mmの場合はカルシウム塩が望ましいが、20mm以下の場合は不要である。塩浴の温度をいかに600℃以下にコントロールするかが肝心である。

直径が40mmを超えるワークピースには、まず油冷を適用し、次いで段階的な塩冷を行い、さらに硝酸塩で段階的に熱処理硬度を65HRC以上にすることができる。

2.焼き戻し度と回数

焼入れ後、高速度鋼は4つの目的のために焼戻しされなければならない：

焼入れ応力を完全に除去すること。

残留物を完全に分解する オーステナイト.

最高の二次硬化効果を生み出す。

要求される総合的な機械的特性と最適な性能を達成すること。

推奨される焼戻し温度は540～560℃である。

どうか 塩浴焼き入れ または真空焼入れを使用する場合は、100% KNO3または100% NaNO3の塩浴を1時間使用することを推奨する。

各焼戻し工程の後、次の焼戻し工程に入る前に鋼材を室温まで冷却しなければならない。

通常、焼戻しの回数は3回である。ただし、焼戻しが不十分な場合や、等温焼入れした高性能高速度鋼部品は、4回の焼戻しを行う。

焼戻しの程度は一般的に3段階に分類されるが、これは焼戻しの回数ではなく、金属組織学的な外観に基づいている。

レベルI（適正）：ブラックテンパーの存在によって特徴づけられる。 マルテンサイト 金属組織写真では、炭化物に斑点が見られる。

レベルⅡ（中級）：孤立した部分に白い部分や炭化物の沈着が見られる。

レベルIII（不十分）：視野のほとんどが白い領域で構成され、クエンチされた粒がかすかに見える。

焼戻し温度域で水蒸気処理や酸素窒素処理などの表面強化処理が必要な場合は、焼戻し度II級を達成することができ、省エネルギーにつながる。

焼戻し度は、4%硝酸アルコール溶液を18～25℃の温度で2～4分間エッチングし、最悪の視野を基準に500倍の顕微鏡で観察して評価する。

3.二次ベイナイト処理

工具工場では、工具の靭性、強度、切削性を向上させるためにベイナイト処理を行うことが多い。これは、480℃～560℃の中性塩浴でグレーディングし、直ちに240℃～280℃の硝酸浴に移して1～2時間等温処理するものである。

二次ベーナイト処理は、特に、極端な超大型カッターに適しています。 複雑な形状例えば、弾性率が15を超えるフライスカッターやホブ、有効厚さが100mmを超えるパンチングカッターなどである。

最初のベイナイト処理では、残留オーステナイトと少量の炭化物とともに、40%から50%の下部ベイナイトが生成する。

最初の焼戻しでは、残留オーステナイトが大量にマルテンサイトに変態する。

最初の焼戻し後、工具は空気中で冷却してはならない。その代わりに、240℃から280℃の塩浴に直接移し、一定時間等温処理する。これにより 保持オーステナイト これは二次ベイナイト処理として知られている。

この方法は、大型で複雑な工具の割れ傾向を減らし、防止するのに役立つ。

二次ベイナイト処理工程はより複雑だが、熱処理中の大型工具の割れを防止する上で非常に有益である。

焼戻しはゆっくり加熱し、1回の焼戻しは500℃以下で行う。

焼き戻し後のブローは禁止されている。

二次ベイナイト処理の結果、4回の焼戻しでは不十分な場合があり、追加の焼戻しを行う必要がある。

4.摩擦圧接工具の熱処理

摩擦圧接 は、高価な高速度鋼の節約に役立つため、φ10mm以上のロッドカッターの製造に国内外で広く使用されている。

摩擦圧接では、1000℃を超える温度が発生するため、圧接部の両側の狭い範囲に大きな温度差が生じる。

溶接後の直接空冷は、溶接部の高速度鋼側でマルテンサイト変態を引き起こすが、パーライト変態は構造用鋼の空冷側でのみ起こる。

比容積の差は大きな組織応力を引き起こし、ひび割れにつながる。

これを防ぐには、溶接後、溶接工具を直ちに650～750℃の炉に入れて保温しなければならない。

充電タンクが満タンになったら、工具を1~2時間保管してください。 アニール.

炉の温度が 500 ℃を下回ったら、工具を炉から取り出して空冷する。

生産量が多すぎて上記の工程を実施できない場合 は、溶接部を740時間の熱保存温度に保たなければな らない。この工程を経ることで、溶接部の両側がパーライト＋ソルバイトに完全に変化し、その後、工具を空冷して再焼鈍することができる。

摩擦圧接工具の焼き入れに関する議論は、溶接部を 過加熱するかどうかに集中している。過加熱溶接を支持する議論には、本来の構造を改善し、溶接部の強度を向上させるというものがある。 溶接品質 と強度を高め、高速度鋼をフル活用する。一方、スーパーウェルド加熱に反対する意見には、焼入れ割れのリスクや品質論争の可能性などがある。

溶接工具の真空焼入れに成功して以来、塩浴焼入れ後の超溶接加熱に起因する割れに対する疑念は減少している。しかし著者は、実践と経験に基づき、超溶接加熱が焼入れ割れに直結するわけではないと主張している。

現在、ほとんどの工具工場では、15～20mm低い温度で加熱している。 溶接継ぎ目その結果、高速度鋼の切断長が短くなり、無駄が生じ、不経済になる。

スーパーウェルドで加熱した工具を酸洗することは厳禁である。酸洗が必要な場合、酸の濃度、酸洗時間、酸の温度は、以下のことを防ぐために注意深く管理されなければならない。 水素脆化.

5.極低温処理

通常の焼入れ・焼戻し後の高速度鋼工具の組織は、焼戻しマルテンサイト、微量の 保持オーステナイトそしてカーバイドだ。

著者は、残留する微量（＜5%）のオーステナイトを除去する必要はないと考えている。

通常の後 焼き入れと焼き戻し 高速度鋼工具の熱処理は、550～570℃、1時間、3回で最適レベルに達し、それ以上の深冷処理はかえって害になることがある。

オーステナイトは鋼組織の中で非常に軟らかい相であり、硬度は約200HBWしかない。高速度鋼工具に望ましい硬度65～66HRCと比較すると、過剰に保持されたオーステナイトが工具を硬くしないことは明らかである。

飯島一郎教授の研究チームは、実験を通じて、15%以下の残留オーステナイトは工具の硬度を下げず、鋼の塑性と靭性を高めることを発見した。

したがって、極低温処理によって残留オーステナイトを減少させることは、工具の靭性を損なうことになる。

1970年代から21世紀初頭にかけて、国内の多くの工具工場が高速度鋼カッターに冷間処理や極低温処理を施した。

これまで数多くの失敗があり、成功はわずかだった。

当社では数年前から低温処理を実施しているが、大きな成果は得られていない。そのため、設備は休止している。

他の超硬素材と比較した場合、高速度鋼工具の最も大きな利点は、わずかに高い靭性である。

極低温処理は残留オーステナイトを減少させるが、工具の靭性も低下させる。

これは傷口に塩を塗るようなものではないか？

5%未満のオーステナイトを保持することは、工具の使用に無害であることが証明されている。

ハイス鋼の硬度は65～66HRC、ハイス-E鋼の硬度は66～67HRCである。

同様の条件下では、硬度が高いほど工具の消耗が少なく、工具の耐久性が高くなる。

このことから、硬度を下げるオーステナイトの保持は歓迎されないと結論づけられる。

しかし、工具の寿命はその硬さだけで決まるわけではない。

過剰な硬度は脆性を増大させ、工具の寿命を延ばすどころか低下させる。

高速度鋼工具の寿命には多くの要因が影響する。

したがって、やみくもに高硬度を追求するのは得策ではない。

私たちの原則は、十分な靭性を確保しながら高硬度を目指すことである。

経験に基づくと、極低温処理は完全焼戻し工具の硬度を高めることはなく、熱硬度も向上させない。それどころか、靭性を低下させます。

しかし、一部の国内工具工場では、シェービング・カッターや小型モジュール・ホブのような特定のカッターに、応力を除去しサイズを安定させるために極低温処理を加えている。これらの工具はいずれも内径が中心であり、使用中に内径が変化しないことが重要だからだ。さらに、一部のハイエンド 計測器 および高速度鋼で作られた金型は、そのサイズを安定させるために極低温処理が有効な場合がある。

通常の焼入れ・焼戻し後、高速度鋼構造には通常、微量のオーステナイト相が残ります。これは工具の機械的特性や使用方法に大きな影響を与えるものではありませんが、極低温処理が必要かどうかについては議論があります。

極低温処理が有益かどうかを判断するには、大量の実験データと応用例が必要である。しかし、筆者の実験では反対意見を持っている。注目すべきは、中国では極低温処理を実施していない工具メーカーが数百社あることだ。

極低温処理は、科学的研究の成果や研究所の製品として紹介されることが多いが、その宣伝はあまり成功していない。いわゆる "新しい焼き戻し処理 "は、短命に終わるかもしれない。

このプロセスは、何度も大量生産に利用されてきた成熟したものである。

"実践は真理を試す唯一の基準である "という格言があるように、どんな新しいプロセスも、実践的な生産を通じて自らを証明しなければならない。

結論

高速度鋼の熱処理は、一見複雑そうに見えますが、真剣かつ大胆に取り組み、実践を繰り返し、大胆なイノベーションを起こせば、高品質で長持ちする熱処理が必ずできます。 切削工具 そして、機械産業の活性化に大きく貢献する。