全焼きなましプロセスの目的は何ですか？鋼の最大限の軟らかさと延性を達成すること

要するに、全焼きなましプロセスの目的は、通常鋼である金属を可能な限り軟らかく、延性のある状態にすることです。この熱処理は、冷間加工や鍛造などのプロセスによって引き起こされた硬化と脆性を効果的に逆転させ、内部応力を緩和し、均一で加工しやすい微細組織を生成します。

全焼きなましは単に金属を軟らかくするだけでなく、特定の応力のない平衡状態を達成するために設計された精密な冶金プロセスです。鋼を臨界温度以上に加熱し、その後極めてゆっくり冷却することにより、最大の延性と被削性を発揮する粗いパーライト組織が生成されます。

核となる目的：加工硬化の逆転

金属が室温で機械的に成形されるとき（冷間加工として知られるプロセス）、その内部結晶構造、つまり「粒」が歪み、ひずみを受けます。

この加工硬化と呼ばれるプロセスは、材料の硬度と強度を高めますが、その延性を著しく低下させ、さらなる加工を試みると脆くなり、亀裂を生じやすくなります。

全焼きなましは、加工硬化の影響を完全に消去するために採用されます。

主な目標は、材料の微細組織を最も軟らかく、最も延性があり、応力のない状態に「リセット」することです。これにより、金属は失敗することなく、加工、成形、または塑性加工が容易になります。

このプロセスは、鋼を特定の温度、通常は723°C（1333°F）を十分に超える温度に加熱することから始まります。この温度域では、結晶構造全体がオーステナイトと呼ばれる相に完全に変化します。

このオーステナイト状態では、以前の歪んだ粒構造は完全に消去され、均一な固溶体が形成されます。

これが全焼きなましを決定づける工程です。材料は非常にゆっくりと冷却され、多くの場合、炉の電源を切り、数時間または数日かけて自然に冷却させます。

この制御された遅い冷却速度により、原子は十分に時間をかけて再配列し、高度に秩序化された粗粒微細組織を形成します。

鋼がゆっくり冷却されると、オーステナイトはフェライト（純粋な鉄）とパーライト（フェライトと炭化鉄の層状構造）の混合物に変化します。

この粗いフェライトとパーライトの構造は安定しており、内部応力が非常に低く、その鋼にとって可能な限り低い硬度と可能な限りの高い延性に対応します。

全焼きなましの主な欠点は、極めて時間とコストのかかるプロセスであることです。炉による徐冷が必要なため、炉が長期間占有され、エネルギー消費が増加し、スループットが低下します。

正規化は類似の熱処理であり、鋼をオーステナイト領域に加熱しますが、その後は静止空気中で冷却されます。このより速い冷却速度は、時間とコストがかかりません。

空冷（正規化）は、全焼きなましの粗い粒構造と比較して、より細かく均一な粒構造を生成します。

その結果、正規化された部品は、完全に焼きなましされた部品よりも硬く、強く、靭性があります。全焼きなましは最大の軟らかさを提供しますが、正規化はよりバランスの取れた機械的特性を提供します。

全焼きなましと他の処理の選択は、次の製造工程または最終用途で要求される特性に完全に依存します。

最大の被削性または広範な冷間成形が主な焦点である場合： 全焼きなましを選択してください。これは最も軟らかい状態を生成し、工具摩耗を減らし、過度の変形中の亀裂を防ぎます。
靭性の向上を伴う応力除去が主な焦点である場合： 正規化を検討してください。これは、強度と延性の良好なバランスを持つ洗練された粒構造を提供する、より経済的なプロセスです。
すでに硬化した部品の脆性を低減することが主な焦点である場合： 焼入れの後に靭性を高めるための低温プロセスである焼戻し（tempering）が必要です。

結局のところ、材料の最終特性を制御することは、熱と時間がその内部構造を根本的にどのように再形成できるかを理解することから始まります。