金属を加熱すると、適用される特定の熱処理工程によっ て、その強度を弱めたり強めたりすることができる。焼きなましのような熱処理は金属を軟化させ、延性を高めて強度を低下させるが、析出硬化やケース硬化のようなプロセスは、金属の強度と硬度を高めることができる。重要なのは、特定の材料特性を達成するために調整できる、制御された加熱と冷却のプロセスにある。
焼きなましと軟化:焼きなましは、金属を特定の温度まで加熱した後、ゆっくりと冷却する熱処理プロセスです。このプロセスは、硬度を下げ、延性を高め、内部応力を除去するために使用される。そうすることで、金属は柔らかく加工しやすくなり、成形加工には有益ですが、強度は低下します。
硬化プロセス:逆に、貫通焼入れ、ケース焼入れ、析出焼入れなどのプロセスは、金属の強度と硬度を高めるように設計されている。貫通焼入れは、金属を加熱した後、水や油で急冷して硬化させる。時効硬化は、部品に硬くて耐摩耗性のある表面層を加える一方で、芯の部分はより柔らかく、より強靭に保ちます。析出硬化は、金属を加熱して第二相の微粒子を析出させ、金属を強化する。
強度と靭性のトレードオフ:熱処理は、強度（硬さで測定）と靭性のバランスに影響を与えることがあります。硬化処理によって強度を高めると、脆性が生じることがある。これを緩和するため、部品はしばしば焼き戻しまたは絞り加工を施し、脆さを減らして靭性を回復させます。焼戻しの量は、最終材料に望まれる強度と靭性のバランスによって決定される。
特定のニーズに対する特定の熱処理:金属の特定の特性を得るために、さまざまな熱処理が行われる。例えば、高周波焼入れや火炎焼入れは、部品の一部分だけを硬化させることができ、応力除去処理は、機械加工の前または後に材料から応力を除去するために使用されます。オーステンパ処理とマルケンチングは金属に弾力性（バネ性）を与え、磁気焼きなましは透磁率を変化させる。
異なる合金への影響:鉄基合金とは異なり、ほとんどの熱処理可能な合金はフェライト変態を起こしません。その代わりに、しばしば "時効硬化 "と呼ばれるプロセスである析出によって硬化する。このゆっくりとしたプロセスは、温度と結晶粒界における核生成に依存し、結晶マトリックスを強化します。
マルテンサイト変態:多くの金属や非金属は、急冷されるとマルテンサイト変態を示す。拡散を伴わないこの変態は、格子内に溶質原子を閉じ込め、せん断応力を生じさせて金属を硬化させる。ただし、その効果は合金によって異なる。鋼は硬化するが、アルミニウムは軟化することがある。
実際の応用:熱処理は製造業において不可欠であり、金属の特性、性能、耐久性を向上させる。様々な機器や工具の操作に不可欠であり、強度、耐摩耗性、耐腐食性を向上させる。
要約すると、金属を加熱することで、熱処理プロセスの意図する結果に応じて、金属を弱くしたり強くしたりすることができる。制御された加熱と冷却によって金属の特性を操作し、特定の用途に応じて強度、硬度、延性、靭性のバランスを調整します。
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