焼なましの特定の技術は数多くありますが、「2つのプロセス」という質問は、しばしば中心となる目的の単純化を指します。実際には、焼なましは3つの異なる段階を持つ単一のプロセスですが、目標温度に基づいて異なるタイプに分類されます。ほとんどの用途をカバーする最も基本的な2つのカテゴリは、完全焼なましと工程焼なましです。
最も重要なポイントは、焼なましが2つの異なるプロセスのセットではなく、むしろ熱処理のスペクトルであるということです。主要な変数は、材料の臨界変態点に対する目標温度であり、これが金属の最終的な特性を決定します。
あらゆる焼なましプロセスの普遍的な段階
焼なましを異なるタイプに分類する前に、すべての焼なまし処理が同じ3つの基本的な段階に従うことを理解することが不可欠です。「焼なましのタイプ」とは、これらの段階のパラメーター、主に温度のバリエーションに過ぎません。
段階1：目標温度への加熱
金属は、特定の事前に決定された温度までゆっくりと均一に加熱されます。この温度が最も重要な変数であり、どのタイプの焼なましが行われているかを決定します。
段階2：温度での保持（ソーク）
目標温度に達したら、金属は一定期間その温度に保持されます。この「保持」により、材料の断面全体にわたって温度が均一になり、内部の微細構造が変態し、欠陥が修復されます。
段階3：制御された徐冷
保持後、金属は非常にゆっくりと制御された速度で冷却されます。多くの場合、炉の中に放置し、電源を切ることで行われます。この徐冷は、軟らかく、延性があり、応力のない結晶構造を形成するために不可欠です。
焼なましの主要なカテゴリ（「理由」）
「2つのプロセス」に関する混乱は、これらの段階がどのように適用されるかから生じます。主な区別は、材料がどれくらい熱くなるか、つまりその下部（Ac1）および上部（Ac3）臨界温度に基づいています。
完全焼なまし（超臨界）
これはしばしば「真の」焼なましと見なされます。金属、通常は鋼は、その上部臨界温度（Ac3）以上の温度に加熱されます。
この高温により、微細構造全体が新しい均一な結晶粒構造に再結晶化します。この状態からの徐冷は、最大の軟らかさ、延性、および微細な結晶粒構造を生み出します。
工程焼なまし（亜臨界）
この方法は、応力除去焼なましとも呼ばれ、金属を下部臨界温度（Ac1）以下の温度に加熱します。
臨界温度閾値を超えないため、微細構造を完全に変化させることはありません。その主な目的は、プレス加工や引抜きなどの冷間加工プロセス中に蓄積された内部応力を除去し、さらなる加工のためにある程度の延性を回復させることです。
中間臨界焼なましと球状化焼なまし
2つの主要なカテゴリの間には、より専門的な処理があります。中間臨界焼なましは、金属をAc1とAc3の間の温度に加熱します。
球状化焼なましは、Ac1のすぐ下で長時間保持することにより、硬い炭化鉄を小さな丸い球状体に変態させ、高炭素鋼の被削性を劇的に向上させる別の種類の亜臨界焼なましです。
トレードオフの理解
焼なましプロセスを選択するには、望ましい結果と実用的な制約のバランスを取る必要があります。すべての状況に単一の「最良」の方法はありません。
時間とエネルギー消費
完全焼なましは、最も時間とエネルギーを消費するプロセスです。より高い温度への加熱と、大型部品では非常に遅い冷却速度が必要となるため、何時間、場合によっては何日もかかり、コストが大幅に増加します。
軟らかさの度合い vs. 効率
工程焼なましは、完全焼なましよりもはるかに速く、安価です。ただし、部分的な延性を回復させるだけであり、結晶粒構造を微細化することはありません。最終的な完全に軟らかい製品のためではなく、製造工程中の実用的な選択肢です。
表面仕上げと酸化
酸素の存在下で金属を高温に加熱すると、表面の酸化、つまり「スケール」が発生します。これを防ぐために、光輝焼なましのような特定の技術は、不活性ガスまたは真空ガスの制御された雰囲気で行われますが、これによりプロセスに複雑さとコストが加わります。
目標に応じた適切なプロセスの選択
選択は、材料に次に何をさせる必要があるかに完全に依存します。根本的な目標を理解することで、適切な方法を選択できます。
- 最大の軟らかさを達成し、材料の以前の履歴を完全に消去することが主な焦点である場合：完全焼なましが正しい選択です。なぜなら、それは微細構造を完全に再結晶化させるからです。
- 冷間加工の段階間で応力を除去し、コア構造を変更しないことが主な焦点である場合：工程（亜臨界）焼なましが最も効率的で費用対効果の高いソリューションです。
- 高炭素鋼部品の被削性を向上させることが主な焦点である場合：球状化焼なましのような専門的な亜臨界処理が最も効果的なアプローチです。
最終的に、焼なましを温度によって定義される多用途なツールと見なすことで、プロジェクトの正確なニーズに合わせて熱処理を調整できます。
要約表：
| 焼なましタイプ | 目標温度 | 主な目的 | 理想的な用途 |
|---|---|---|---|
| 完全焼なまし | 上部臨界点（Ac3）以上 | 最大の軟らかさ、延性、結晶粒微細化 | 完全な再結晶化を必要とする最終製品 |
| 工程焼なまし | 下部臨界点（Ac1）以下 | 応力除去と部分的な延性回復 | 冷間加工段階間の工程内応力除去 |
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