金属は加熱すると膨張し、冷却すると収縮します。これは熱膨張現象によるものです。金属が加熱されると、金属内の原子がエネルギーを得て振動が激しくなり、金属が膨張します。逆に、金属が冷やされると、原子はエネルギーを失い、振動が小さくなるため、金属は収縮する。
金属の膨張と収縮は、さまざまな用途に利用できる。例えば、熱処理工程では、金属を極端な温度にさらして硬化させたり、軟化させたり、耐久性を高めたりする。金属が加熱され、急冷されると、マルテンサイト変態が起こる。この変態により、金属は特定の合金によって硬くなったり柔らかくなったりする。例えば、鋼は急冷により硬くなりますが、アルミニウム合金は柔らかくなります。
熱処理工程では、望ましい結果を得るために温度を制御することが重要である。温度が上昇し過ぎると、金属の変質が早 すぎ、結晶粒の成長などの好ましくない影響が生じ て、金属が軟らかくなり過ぎたり、弱くなったりする ことがある。一方、温度が望ましい範囲を下回ると、完成品に亀裂が入りやすくなり、もろくなる可能性がある。
溶接工程では、局部的な加熱により、膨張と収縮 が制限され、金属に応力が発生することがある。この応力は、溶接前に金属を予熱し、加熱部 分と周囲の金属との熱勾配を小さくすることで最小 限に抑えることができる。さらに、低温溶接プロセスを選択し、低融点 溶接棒またはワイヤーを使用することで、応 力および潜在的な割れを最小限に抑えることが できる。
要約すると、金属は熱膨張によって加熱時に膨張し、冷却時に収縮する。この特性は、熱処理や溶接工程など、さまざまな用途で利用されている。所望の結果を達成し、結晶粒の成長やクラックのような望ましくない影響を防ぐには、温度を制御することが極めて重要です。
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