リニアグレーティングスケールの基礎知識：知っておくべきこと
シンプルなガラス面で工作機械の精度を解き放つことを想像してみてください。リニアグレーティングスケールはまさにそれを実現し、細い線を高精度の測定に変換する。この記事では、これらの...
製造工程では、熱と圧力をどのように融合させ、優れた材料を作り出しているのでしょうか？熱機械処理は、変形と熱処理を組み合わせた方法で、機械的特性を向上させ、エネルギーを節約します。この記事では、熱間鍛造焼入れや圧延焼入れなどの技術や、さまざまな鋼材の強度と耐久性を向上させるための用途を取り上げ、36種類の熱機械処理について説明します。ボーリングカッターから強化バーまで、これらのプロセスがどのように材料の性能と効率を変えるかをご覧ください。
変形熱処理のプロセスは、一般的に "熱機械加工 "と呼ばれている。
機械製造の分野では、圧延、鍛造、圧延などの圧下加工技術と熱処理を組み合わせることで、直線的な補強と熱処理による補強の両方が可能となり、単一の補強方法では得られない総合的な機械的特性が得られる。
この複合強化プロセスは、サーモメカニカル処理と呼ばれる。
サーモメカニカル処理は、卓越した機械的特性を提供するだけでなく、熱処理時の高温加熱が不要になるため、大幅な省エネルギー、加熱装置や作業場スペースの削減、材料の酸化、脱炭、歪みなどの熱処理不良の発生を低減することができる。
したがって、サーモメカニカル処理は優れた強化効果をもたらすだけでなく、経済的にも大きなメリットがある。
参考までに、サーモメカニカル処理法の36の例を以下に挙げる。
ボーリングカッタボディ径4mm、ヘッド径6mm、全長40mmのボーリングマシンを鍛造後直ちに焼入れし、速やかに焼戻しを行う。その結果、従来の処理に比べ30%以上の切削寿命向上を実現した。
セルフユース ターニングツール 国内の工作機械用電機工場のM2鋼を鍛造直後に油焼入れし、550℃で焼戻ししている。その結果、市販の旋盤工具の1倍以上の寿命を実現した。
セルフ・ユースの9341スチール12スクエア ターニングツール Jialong社の製品は、自由鍛造後に油冷されており、比較的長い耐用年数を実現している。
熱間鍛造 焼き入れ工程 65Mn鋼製の355mm x 98mm x 33mmクラッシャー・ハンマーは以下の通り：
初期鍛造温度は1050℃であり、最終鍛造温度は840℃から860℃である。最終鍛造後、ハンマーは空気中で2～3秒間冷却し、水道水で急冷する。その後、180℃から200℃の温度範囲で焼戻しする必要があり、その結果、表面硬度は10mm以内で50～55HRCとなる。
この熱間鍛造焼入れプロセスは、従来の熱処理と比較してハンマーの寿命を50%以上向上させます。
国内の金物工具工場が製造する40Cr鋼のソケットレンチは、従来の鍛造焼入れではなく、鍛造焼入れを採用している。 塩浴焼き入れ.この方法はエネルギー効率が高く、環境に優しいだけでなく、高品質の結果をもたらす。
55MnSi鋼チゼルは、2500Nのエアハンマーと専用の金型を使って鍛造される。変形に最適な温度は920～950℃、変形速度は約75%。最終鍛造温度は約900℃である。
最適な硬度と靭性を維持するため、加工物は変形後30秒以内に水で急冷し、油で冷却する（加工物の表面の色に基づく）。その後、220～270℃の温度範囲で焼戻しする。
熱機械処理を施したチゼルは、硬度と靭性が向上し、長寿命化を実現した。
重量約40kgの230mm x 120mm CrMn鋼ブランクを90mm x 90mm x 600mmの角棒に鍛造する。その後、リングゲージのサイズに合わせてブランキングを行います。
ブランクは適切な断熱材で1050～1150℃に加熱される。その後、高温の変形領域で急速なアプセット押出し成形が行われる。
形状変化は35%と40%の間となり、最終鍛造温度は920～900℃となる。
鍛造直後の角棒は、40～70℃の油中で40～60秒間冷却される。
約100℃まで空冷した後、角棒を焼き戻す。
リングゲージの表面硬度は62HRC以上でなければならない。
初期鍛造温度は1070～1150℃、最終鍛造温度は850℃とした。変形変数は35%から75%の範囲である。焼戻し温度は200℃から350℃の範囲である。
塩浴式耐火箱型炉で加熱焼入れした場合に比べ、強度は約30%増加し、耐摩耗性は26%から30%増加した。
変形温度は930～970℃で、変形変数は30%。冷却は油を使用し、焼戻し温度は150～180℃である。
従来の熱処理方法と比較して、このプロセスでは強度がほぼ20%増加し、接触疲労寿命が23%増加した。
鍛造初期温度はトレッド鍛造で1150～1180℃、変形時間は13～17秒、変形量は約40%。
その後、すぐに2150Nのクランクプレスでトリミングし、すぐに焼入れ（この時のワークの温度は900～950℃）を行い、650℃で焼戻しする。
直径70～100mmの45Mn2鋼球を使用する場合、初期鍛造温度は約1200℃であるべきである。最終鍛造温度は1000℃～1050℃に維持する。
の後の適切な予冷時間。 水冷 は、鋼球の仕様に基づいて選択することができる。鋼球を150℃～180℃の温度で焼戻しすると、表面硬度は57HRC以上、硬化層深さは20mm以上、硬度は50HRC以上となります。これは、大型仕様の鋼球の要件を満たしています。
中間周波誘導加熱温度は1100℃から1200℃である。ロール鍛造工程では、変形開始から焼入れ20秒前まで、鋤柄の各部分の変形は56%から83%である。変形後、焼入れ熱密度は1.30g/cm3 から1.35g/cm3 をCaCl2水溶液に溶解した。
焼入れ後、460℃から480℃の温度で3時間焼戻しされ、硬度は40から45HRCとなる。
従来の鋤の熱処理工程に比べ、加熱回数が4～5回からわずか2回に減り、生産効率が約4倍に向上した。製品の品質も一流の要求を満たし、経済的にも大きなメリットをもたらしている。
については 40Cr鋼 直径60mmのステアリングナックルを1150～1200℃に加熱して鍛造する。その後、最終鍛造温度を900～850℃まで下げ、油冷を行う。その後、600℃で2時間の焼戻しを行う。
鍛造工程の廃熱を焼入れに利用することで、エネルギーの節約とコストの削減が可能になるだけでなく、組織構造も大幅に改善される。 素材性能特に自動車の安全性にとって極めて重要な衝撃靭性において。
金型全体の寸法は70mm x 20mm x 10mm。
幅20mmの平面上に、直径1.5mm、2.5mm、3mmの小穴が20個ある。これらの穴は、穴間隔公差±0.006mm、平坦度0.01mm以下、硬度56～60HRCの熱処理を必要とする。
Cr12MoV鋼は共晶炭化物の偏析が激しいため、ビレット圧延後に割れが発生するリスクが大きい。材料は圧延方向に沿ってストリップ状に分布したままであり、コアはメッシュ状、ブロック状、パイル状に分布し、応力集中や亀裂の発生源となる。これは材料の異方性と熱処理歪みの増大につながる。
鍛造熱変形は、これらの問題に対処するためのより良い解決策である。
具体的なプロセスは以下の通り：
初期鍛造温度範囲は1050℃から1160℃で、最終鍛造温度範囲は850℃から950℃である。
材料は熱いうちに油冷され、その後780℃で3時間ずつ2回の焼戻しが行われる。
最終的な金属組織は、マルテンサイト、下部ベイナイト、分散した炭化物粉末、および少量の残留物からなる。 オーステナイト.
比容積は熱強化ソルバイトとほぼ同じである。
微小変形は熱処理後の矯正を必要とせず、すべての変形は硬度範囲58～60HRC、適格率99.99%の技術要件を満たす。
この熱処理工程により、金型は高い耐熱性、熱硬度、耐摩耗性、長寿命を実現する。
鍛造廃熱による焼入れや高温焼戻しの例としては、六角絞りダイスなどがある、 深絞りダイスやコールドパンチングダイなどがあるが、ここでは触れない。
スパナ、ドライバー、ペンチ、ハサミなどの雑多な金属製品や工具は、鍛造時に発生する余熱によって硬化させた最初のもののひとつである。これは熱機械処理の最初のプロトタイプといえる。
金型部品は加熱された後、コークス炉で急冷され、火の色が観察された。成形後の最終鍛造工程では空冷の必要はなかった。
材料に応じて適切な冷却剤を選択し、炉の側面に塗布するか、その余熱を利用して焼戻しを行う。特殊な焼戻し炉を使用することは稀である。
自由鍛造の後、カンナ、斧、ノミなどの木工用工具は通常、余熱を利用して焼き入れされる。この方法は、電気代と時間が節約でき、生産効率も高いため、費用対効果が高い。
地方の市場町では、今でもコークス炉が使われている。
鍛造の余熱で冷やされた農機具には、鎌、スコップ、熊手、破砕ハンマーなどのほか、スプーン、フライ返し、包丁などの台所用品がある。
この鋼は、鍛造中の徐冷後に鎖状の炭化物が発生しやすく、その結果、金型の脆性破壊、亀裂、熱亀裂破壊が発生する。
通常の温度で加熱すると、M6Cが溶けることがある。
鎖状炭化物生成の臨界冷却速度を超える15 ℃/min以上の速度で空冷すると、鎖状炭化物を除去し、球状化によって鋼を焼鈍する。 アニール 炭化物の均一な微細分布を達成するためである。
推奨される焼ならし温度は1130℃である。この変更により、鍛造焼ならし衝撃靭性が 26J/cm2 から23J/cm2 寿命は1500個から2000個に延びた。
高温変形焼ならしの工程では、ワークを鍛造の最終温度である約850℃まで加熱した後、大気中で冷却する。これにより、鋼の強度が向上するだけでなく、衝撃靭性、耐摩耗性、耐疲労性が大幅に改善され、脆性遷移温度が低下します。
20CrMnTi 鍛鋼 ブランクの寸法は80mm x 80mm x 40mm。
鍛造後、ワークピースは空気によって冷却され、冷却速度は機械的特性を高め、切断しやすくするために慎重に制御される。
20CrMnTi鋼の自動車用ギアを生産する国内機械メーカーの中には、鍛造時に発生する廃熱を利用して焼ならしを行うところもある。この工程では、生産される歯車1トン当たり300kW-h以上の電力を節約できる。
国内では、高速度鋼を鍛造後直ちにAc1（20～30℃）に2～3時間入れ、炉を550℃まで冷却した後、空冷する装置もある。これにより、工程が簡素化され、生産サイクルが短縮され、電気代が70-90%節約され、生産コストが削減され、労働条件が改善される。さらに、このプロセスは鍛造品の品質を向上させ、作業の機械化を促進する。
圧延、型鍛造、等温加工を経た高速度鋼ワークピースについては、従来の焼鈍工程に従う必要はない。この例は参考として使用できる。
金型の寸法は250mm×200mm×42mm。鍛造開始温度は1150～1100℃、最終鍛造温度は900～850℃である。
アニール工程では、金型を800～820℃に4～6時間加熱した後、空冷で500℃まで冷却する。
木材加工業界では、回転刃物やプレーナーナイフの一部は、この方式で製造されている。 フランジング 方式で作られている。これらのナイフのブレードは5Cr8W2MoVSiなどの合金工具鋼から作られ、ボディまたはバックは45 Q235A鋼から作られる。ボディはブレード鋼の鍛造温度に加熱され、圧延機を使って両者が溶接される。
このプロセスは固相溶接として知られ、ブレードは最終圧延温度に制御される前に所望のサイズに圧延され、その後速やかに急冷される。
この方法で製造されるブレードは高品質で、硬度が高く、長寿命であり、製造工程の時間と電力を節約できるという利点もある。
圧延熱間焼入れは、様々な形材を圧延する際に発生する余熱を利用して焼入れを行う熱処理工程である。鍛造熱間焼入れと同様の強化効果が得られます。
例えば、M2鋼を1220℃の温度で圧延（250圧延機、50r/min）し、目的のサイズに仕上げた後、直接焼入れすることで、65HRC以上の硬度を得ることができます。その結果、塩浴焼入れに比べて旋盤工具の切削寿命が長くなります。
を用いたサーモメカニカル処理に成功した。 ツイストドリル 国内工具メーカーから機械用として。
高周波加熱装置を用いて4本ローラー熱間圧延を行った。
オーステナイト化温度は950℃～1000℃、変形温度は880℃～950℃、変形速度は約30%とした。焼入れサイクルは2硝酸塩水溶液を用い、水温は70℃以下に保った。
焼入れ後の硬度は54HRC以上で、240℃から260℃の温度で1時間焼戻しした後の硬度は50HRC以上で、95%以上の技術要件を満たし、変形要件を上回っている。
20MnSi鉄筋は熱間圧延で供給され、510MPa以上の引張強さ、335MPa以上の曲げ強さ、16%以上の伸びという性能要件を満たさなければならない。
60mm×60mmのビレットを直径16mmの強化バーに圧延します。初期圧延温度は1100～1200℃で、約93%の圧延形状圧下となる。最終圧延温度は950～900℃で、これは低炭素鋼の圧延温度である。 マルテンサイト 鋼の焼き入れ。
圧延後、棒鋼は1～1.26秒以内に水で冷却される。その後、550～600℃の温度で自己焼戻しが行われる。
上記の圧延、焼入れ、焼戻し工程を経た強化棒は、GB1499で規定されたものを上回る機械的特性を誇り、英国規格BS4449で規定された機械的特性も上回る。
押出変形温度は1100～1200℃、焼戻し温度は570～580℃である。
硬度は300～335HBWで、引張強度は1068MPa以上、曲げ強度は960MPa以上、伸びは14.5%以上と、規格省の定める基準をクリアしている。
経験上、継手のような大型の押出廃熱焼入れワークピースでは、変形温度、変形後の焼入れまでの経過時間、焼入れ媒体、焼入れ媒体中でのワークピースの冷却時間、焼戻し温度などのプロセスパラメーターを慎重に選択することが極めて重要である。
840℃×2時間の油冷と200℃×2時間の焼き戻しの目的は、組織の二重の微細化を達成することである。
次に、800℃での超塑性変形プロセスにおいて、変形速度は2.5×10s、引張変形変数は250%である。変形後、油中で冷却する。
鋼の超塑性変形試験の結果、曲げ強度、マルチストローク寿命、硬度指標を含め、曲げ強度は従来処理より28%向上した。また、マルチストローク寿命は38.6%向上し、硬さは従来の焼入れと同等の60HRC以上であった。
H11鋼の曲げ強さは1852MPaで、通常の焼入れで482℃の焼戻しを2回行った後の伸び率は12.5%である。
低温変形焼入れと482℃での2回の焼戻しを行い、その後316℃付近で2%の変形時効を行い、482℃で最終焼戻しを行うことで、鋼の曲げ強さは37.5%増加し、2548MPaに増加したが、伸び率は変化しなかった。
この複合熱機械処理は、高温変形焼入れの後に、特定の温度で少量の変形と焼戻しを行うプロセスである。
高温変形焼入れ後にマルテンサイト変形時効を行うことで、他のどの熱処理よりもはるかに高い強度特性を得ることができる。
例えば、通常の焼入れと200℃焼戻し後の50CrVAの機械的特性は、引張強さ2119MPa、曲げ強さ1497MPa、断面減少率41.7%である。
高温変形焼入れ、200℃焼戻し、3%変形、200℃焼戻しを経た50CrVAの機械的特性は、引張強さ2597MPa、曲げ強さ2254MPaである。
高温変形焼入れとマルテンサイト変形時効を組み合わせたこの複合熱処理は、50CrVA鋼の引張強さを22.6%、曲げ強さを50.7%向上させた。
嘉隆公司では、長さ2メートル以上のプレーニングナイフやロータリーナイフなどの機械刃物を、約500℃の保護雰囲気炉で加熱・焼入れしている。
ワークが200℃前後まで冷却された後、相変化超塑性の原理を利用し、ローラープレスで数往復転がされる。この工程により、次のような調整が即座に可能になる。 真直 10-15mm曲げた後、≤0.30mmになる。
この変形補強は、以前は曲がっていたインサートをまっすぐにするだけでなく、圧延面に深さ約5mmの残留圧縮応力を発生させます。これにより、工具の寿命を延ばすことができる。
このプロセスでは、冷間変形後に浸炭を行うが、これは冷間変形によってさまざまな構造欠陥が生じ、浸炭プロセスを早める可能性があるためである。
例えば、冷間圧造後の 20CrNiMo の変形は 25% です。これを930～950℃で2時間ガス浸炭すると、浸炭層の深さは0.84mmに達する。変形が50%まで大きくなると、被膜の深さは0.88mmに達する。変形が大きいほど、浸透層は深くなる。
このプロセスは、複合熱処理であり、被加工物は以下の工程を経る。 窒化 室温で冷間変形させた後
冷間変形窒化は冷間変形浸炭とは異なる。
冷間変形は窒素の浸透速度を低下させ、拡散層の厚さを減少させるが、この傾向は変形レベルが高くなるほど顕著になる。
この現象は、窒素原子が転位サイトをピン止めしたり、転位した窒素原子を捕捉したりして、他の窒素原子の拡散を阻害することによって引き起こされる可能性がある。
しかし、冷間変形窒化は純鉄の靭性を高めることができる。
窒化の温度と時間は、以下の条件によって異なる。 鋼種例えば、38CrMoAl鋼と20号鋼は、それぞれ650℃と550℃の温度を必要とする。
これは、ワークピースが室温で変形した後にボロンが浸入する複合熱処理である。
例えば、20個の鋼鉄ワークピースを温室内で圧延・変形させた後、900℃の保持時間と加熱速度を変化させた固体ホウ素の浸透を行う。
試験により、冷間変形がホウ素浸透層の深さを著しく増大させることが実証された。
最大浸透深度に最適な変形レベルは、ホウ素浸透プロセス中の加熱速度と保持時間によって変化する。
この現象は、鋼材の組織が低温で変形し、鋼材表面へのホウ素原子吸着プロセスが加速されるために起こる。
冷間変形炭窒化は、常温の変形工程の後に中温の炭窒化を行う複合熱処理工程である。
冷間変形の前処理工程は、鋼の炭窒化工程に大きな影響を与える。なぜなら、表面のCおよびN含有量を増加させ、浸透層の厚さを高めるからである。
例えば、20CrMnTi鋼の冷間圧延変形量が15%の場合、860℃×2hおよび860℃×4h工程後の炭素および窒素共析膜の厚さは、それぞれ0.65mmおよび0.80mmである。
室温での変形は、鋼中の格子間原子の拡散過程だけでなく、置換原子の浸透過程にも影響を与える。
例証として、16Mn鋼の冷間変形を研究し、16Mn鋼の固体浸透プロセスへの影響を調べた。 チタン.その結果、チタンの浸入に最適な温度は900～950℃であり、30%の変形が認められた。
さらに、チタン浸炭の温度が上がると、保持時間も長くなり、浸透層が厚くなる。
熱機械熱処理工程では、ワークブランクを鍛造のための鍛造初期温度に加熱し、次いで浸炭炉で浸炭し、最後に直接焼入れする。
鍛造浸炭焼入れ法は、浸炭時のワーク加熱に必要な電気エネルギーを節約し、浸炭速度を向上させます。その結果、表面硬度、耐摩耗性が向上し、中弾性歯車などの浸炭ワークに適しています。
浸炭処理と熱機械処理を組み合わせた別の形態は、浸炭鍛造焼入れと呼ばれ、浸炭処理後に熱間型鍛造と焼入れを行う。
このプロセスは、ワークピース上の有効硬化層の厚さを大幅に増加させ、表面の圧縮応力を増加させ、耐破損性を向上させ、製品寿命を延ばすことができる。
熱処理後の9SiCr鋼円形ねじ切りダイスの硬度は、通常62～65HRCである。従来の熱処理工程では、860～880℃の塩浴で加熱した後、次の工程に進みます。 焼き入れと焼き戻し を150℃から180℃で行う。
工具の硬度と耐摩耗性を向上させるために、表面化学熱処理を使用することができる。しかし、この処理には最低400℃の温度が必要であり、9SiCr鋼工具には適さない。一方、窒化処理はこの問題を解決することができる。
窒化工程では、LD60kWのイオン窒化炉で工具を加熱し、その後100kWの中温塩浴炉、油冷、冷間処理、最後に150～180℃で焼戻しを行う。
試験の結果、深さ0.10～0.80mmの硬度は927HV5以上、ピーク硬度は974～986HV5。また、深さ0.20～0.60mmの硬度は857HV5以上であり、硬化部の耐テンパー性が向上し、材料の寿命が延びる。
サーモメカニカル・トリートメント・プロセスが広く利用されている。
材料の観点からは、各種炭素鋼、合金鋼、合金構造用鋼、ニッケル基合金など、幅広い金属材料に適している。
加工方法に関しては、強度と靭性に関する特定の要件を満たすために、両方の利点を組み合わせることができ、変形部品の品質と寿命を大幅に向上させることができる。
サーモメカニカル治療の将来的な見通しは明るい。
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