変形を最小限に抑える熱処理：テクニックとヒント

I.前処理

焼入れの前に、応力除去やワークピースの組織を改善するための準備熱処理を行うことは、焼入れ変形を減らすのに非常に有益である。

前処理には一般に球状化焼鈍と応力除去焼鈍が含まれ、焼戻しや焼ならし処理を利用するものもある。

1.応力緩和アニール：

機械加工プロセスでは、加工方法、背面工具の消費量、切削速度などの影響により、加工物の表面に残留応力が発生する。

その分布が不均一であるため、焼入れ時にワークが変形する原因となる。このような応力の影響を排除するためには、焼入れ前に一度焼鈍して応力を除去する必要がある。応力除去温度 アニール は一般的に500～700℃である。

空気媒体中で加熱する場合、ワークの酸化と脱炭を防ぐため、焼鈍は500～550℃で行うことができ、保持時間は一般に2～3時間である。

自重による変形を避けるため、炉への装入には注意が必要であり、その他の作業は一般的な焼鈍作業と同じである。

2.構造改善を目的とした前処理：

この種の前処理には、球状化焼鈍、焼戻し、焼ならしなどがある。

(1) 球状化アニーリング：

球状化焼鈍は、炭素工具鋼および合金工具鋼の熱処理に不可欠なプロセスです。球状化焼鈍後に得られる組織は、焼入れ変形の傾向に大きく影響します。

そのため、焼鈍後の組織を調整することで、ワークによっては規則的な硬化変形を抑えることができる。

(2) その他の前処理：

焼入れ変形を抑えるための前処理には、焼戻し処理、焼ならし処理など多くの方法がある。

焼入れ変形の原因や被削材の材質に応じて、適切な焼ならし、焼戻しなどの前処理を選択することが、焼入れ変形の低減に有効である。

の悪影響に注意を払うべきである。 残留応力 同時に焼戻し処理は、WやMnを含む鋼の焼入れ時の膨張を抑えることができるが、GCr15のような鋼の変形を大きく抑えることはできない。

実際の生産では、焼入れ変形の原因を見分けること、つまり、焼入れ変形の原因が残留応力によるものなのか、組織不良によるものなのかを明確にすることが重要である。

このようにして初めて、的を絞った処理が可能になる。硬化変形が残留応力に起因する場合は、組織を変化させる焼戻しのような前処理ではなく、応力除去焼鈍を実施すべきである。

こうして初めて、硬化変形を抑えるという目標を達成し、コストを削減し、品質を保証することができる。

上記の様々な前処理の具体的な操作は、他の対応する操作と同じであり、ここでは詳しく説明しない。

II.焼入れ熱処理操作

1.急冷温度：

焼入れ温度は、焼入れ中のワークの歪みに大きく影響する。焼入れ歪みへの影響の一般的な傾向を図に示す。

図に示す曲線から、焼入れ温度を調整するか、熱処理試験後の焼入れ温度と合わせて加工代を適切に選択・使用し、その後の加工代を小さくすることで歪みを低減することができる。

焼入れ温度が焼入れ歪みに与える影響は、被加工物に使用されている材料だけでなく、被加工物のサイズや形状にも関係している。

ワークの材質が同じでも、形状や大きさが大きく異なると、歪みの傾向が大きく異なることがある。実際の生産ではこの点に注意する必要がある。

2.焼入れ保持時間：

ワークピースが十分に加熱され、焼入れ後に要求される硬度やその他の機械的特性が得られることを保証するだけでなく、保持時間の選択は、焼入れ歪みへの影響も考慮する必要がある。

焼入れ保持時間の延長は、実際、焼入れ温度を上昇させる。この影響は特に高炭素、高クロム鋼で顕著である。

3.炉への装入方法：

加熱時にワークの位置が不適切だと、ワークの自重による変形や、ワーク同士の挟み込みによる変形、密集した積み重ねによる加熱・冷却ムラなどが発生する。

例えば、こうだ、 春 部品を一旦垂直に吊るし、保護雰囲気炉で860±10℃、30分間加熱した。保持後、冷却油中で垂直に急冷した。

焼き入れ後、スプリングの全長は27mm短くなり、上下のピッチは焼き入れに入る際の時間差で異なる変形をした。 急冷媒体.

炉内の中心軸にスプリングを水平に掛ける方法に変更し、他の工程はすべて同じにしたところ、焼入れ後の歪みが大幅に改善され、ピッチが均一になり、全長の縮みも小さくなった。

特に細長いワークピースの場合、炉内で横方向に密に積み重ねないだけでなく、塩浴炉内の加熱媒体の転がりによる変形の可能性も考慮する必要があります。

細長い軽量棒状ワークを塩浴炉に装入する場合、まず炉を焼入れ温度よりやや高い温度まで昇温し、通電を遮断してからワークを塩浴炉に装入する。炉への装入は安定させなければならず、ワークの焼入れ歪みを軽減するために無動力で加熱する。

4.加熱方法：

複雑な形状で厚みのばらつきが大きいワークピース、特に炭素含有量が高く、厚みのばらつきが大きいワークピースには、炭素含有量が高く、厚みのばらつきが大きいワークピースを使用します。 合金元素 内容物、加熱プロセスはゆっくりと均一に行われ、予熱プロセスを十分に活用しなければならない。

1回の予熱で十分でない場合は、2次予熱または3次予熱を行います。予熱でも変形する大きなワークには、ボックス型抵抗炉で加熱するボックスプロテクションを使用できます。

加熱時の温度上昇速度を制限することに加え、等温プロセスを増やすことで、急速すぎる加熱による焼入れ歪みを減らすことができる。

III.冷却操作

焼入れ変形は、主に冷却プロセスから生じる。焼入れ媒体の適切な選択、熟練した操作技術、冷却プロセスの各工程は、ワークピースの焼入れ変形に直接影響します。

1.クエンチング・メディウムの適切な選択：

焼入れ後のワークピースの硬さが設計要件を満たすようにするため、焼入れ時にはできるだけマイルドな焼入れ媒体を使用すべきである。

例えば、冷却に加熱浴媒体を使用する（加熱浴媒体を使用した冷却中に、ワークがまだ熱いうちに矯正する）ことは有益である。可能な限り、水と油の二重冷却の代わりに、空冷冷却または水と油の中間の冷却速度を持つ冷却媒体を使用すべきである。 油焼き入れ ミディアム。

(1) 空冷クエンチング：

空冷焼入れは、高速度鋼、クロム金型鋼、空冷微細異形鋼の焼入れ変形を低減するのに有効である。

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、変形を抑えるために空気焼入れを使用することもできる。

(2) 油冷焼入れ：

オイルは水よりも冷却速度が遅い焼入れ媒体である。しかし、焼入れ浸透性が高く、サイズが小さいワークや複雑な形状のワークでは、油の冷却速度はまだ速すぎると考えられる。

焼入れ浸透性の悪い大きなワークでは、油の冷却速度が十分でない場合がある。このような矛盾を解決し、油焼入れを十分に活用してワークの焼入れ変形を低減するために、油温の調整や焼入れ温度の上昇などの対策が採用されている。

(3) 焼入れ油の温度を変える：

焼入れ変形を抑えるために焼入れ油を使用する場合、いくつかの問題が存在する。油温が低すぎると焼入れ変形が大きくなり、油温が高すぎると焼入れ後のワークの硬度を確保することが難しくなる。

ワークによっては、焼入れ油の温度を上げると、形状や材質の複合的な影響により、かえって変形が大きくなる場合がある。従って、焼入れ油の温度は、ワークの材質、断面寸法、形状などの実態に基づき、実験により決定することが肝要である。

高温油焼き入れの際、焼き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ける。

さらに、焼入れ油の品質を定期的にチェックし、適時に補充または交換すべきである。

(4) 急冷温度の上昇：

この方法は、小断面の炭素鋼ワークピースや少し大きめのワークピースに適している。 合金鋼 通常の焼入れ温度では油焼入れ後に要求される硬度を達成できないワークピース。

焼入れ温度を適切に上昇させた後、油焼入れを行うことにより、硬化と変形の低減を両立させることができる。この焼入れ方法を使用する場合は、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、ワークの寿命低下などの潜在的な問題を防止するために注意してください。

(5)段階的、等温クエンチング：

硬度が設計要件を満たすことができる場合、段階的な、加熱された浴媒体の等温焼入れは、焼入れ変形を低減するために十分に利用されるべきである。

この方法は、低透磁率で小断面の炭素構造用鋼や工具鋼、特に高透磁率のクロム金型鋼や高速度鋼のワークピースにも同様に有効である。

段階的等温焼入れ冷却法は、これらの焼入れの基本的な方法である。 鋼種.同様に、この方法は、焼入れ後の硬度要件が低い炭素鋼や低合金構造用鋼にも有効である。

熱浴焼入れを利用するにあたっては、以下の点に留意する必要がある：

• まず、油浴の段階と等温焼入れの段階では、火災の発生を防ぐために油温を厳密に管理する必要がある。
• 第二に、硝酸塩による段階的焼入れを使用する場合、硝酸塩タンクには必要な器具と水冷装置を備えなければならない。その他の注意事項については、関連資料を参照されたい。
• 第三に、等温焼入れの際には、等温温度を厳密に制御することが極めて重要である。高すぎたり低すぎたりする偏差は、焼入れ変形の低減につながらない。さらに、ワークの自重による変形を防ぐために、等温焼入れ中のワークの吊り下げ方法を慎重に選択する必要がある。
• 第四に、等温焼入れまたは段階焼入れを使用してワークピースの形状を修正する場合、治具は完全に装備されるべきであり、ワークピースの焼入れの質に悪影響を与えないように、作業中の動きは素早くなければならない。

2.冷却操作：

特に水や油のような焼入れ媒体を使用する場合は、操作の習熟度がさらに重要になります。

(1) 焼入れ液への正しい浸漬方向：

一般に、断面が対称的で細長い棒状のワークピースは、急冷媒体中に垂直に浸漬されるが、非対称的なワークピースは斜めに浸漬することができる。

正しい浸漬方向は、ワークピースのすべての部 分を均一に冷却できる方向である。冷却の遅い部分から順に焼入れ液に浸漬し、次に冷却の速い部分を浸漬する。

実際の生産では、ワークピースの形状が冷却速度に与える影響に注意を払うことが重要である。ワークピースの表面積が大きければ冷却速度が速くなるとは限らず、特にその形状が複雑な場合はなおさらである。

不均一な冷却は、表面積の小さい部品ほど冷却速度が遅くなる可能性がある。したがって、焼入れ媒体への進入方向は、ワークピースの特定の形状に基づいて決定されるべきである。

(2) 焼入れ媒体中のワークの動き：

冷却速度が遅い部品は、水流に逆らって動くべきである。対称的なワークピースは、水中で対称的かつ均一な経路を、小さな運動振幅と高速で移動する必要があります。

細長いワークピースは、焼入れ液に浸したときに安定し、揺れないようにする。この種のワークピースは、ワイヤーで縛るのではなく、プライヤーを使って焼入れするのが最適である。

(3) 急冷媒体へのワークの浸漬速度：

焼入れ媒体へのワークピースの浸漬速度は、速いことが望ましい。特に細長い管状のワークピースの場合、浸漬速度が遅いと曲げや歪みが大きくなり、最初に浸漬された管状ワークピースの部分と最後に浸漬された管状ワークピースの部分の歪みの差が大きくなる。

(4) 保護機能を付加した冷却：

断面寸法に大きな差があるワークピースは、冷却の速い部分をアスベストロープのような材料で縛り、保護する必要がある。 板金 を使用し、これらの部品の冷却速度を下げることで、ワークピースのすべての部分の均一な冷却を保証します。

(5) 水中でのワークの冷却時間：

主に以下の原因で歪んだワークピースの場合 内部応力の場合、水中での冷却時間を短縮することができる。逆に、主に熱応力によって歪んだワークピースに対しては、水中での冷却時間を適切に延長することで、焼入れ後の歪みを抑えることができる。