熱処理工程では、金属や合金の様々な特性が変化します。これらの変化は、材料を特定の用途に適合させ、その性能を向上させるために極めて重要です。
4つの主な変化の説明
1.延性と靭性
焼きなましや焼き戻しなどの熱処理プロセスは、金属の延性と靭性を高めるために使用されます。
焼きなましは、金属を特定の温度まで加熱した後、ゆっくりと冷却します。これにより内部応力が緩和され、金属はより延性に富み、もろくなくなる。
焼戻しは、金属を硬化させる焼入れの後に行われることが多く、金属を低温に再加熱する。焼入れによって生じた硬さや脆さを減らすことで、靭性を高める。
2.硬度と強度
金属の硬度と強度を向上させるために、焼入れやケースハードニングなどのプロセスが採用される。
焼入れは金属を加熱した後、通常水または油中で急速に冷却する。これにより、マルテンサイト組織が形成され、金属が硬化する。
時効硬化は、高温で金属の表面に炭素や他の元素を加えることを含む。これにより、内部はより柔らかく強靭に保たれながら、硬く耐摩耗性の表面層が形成される。
3.結晶粒組織と微細構造
熱処理は、金属の結晶粒組織や微細構造を変化させることもあり、これは金属の機械的特性に直接影響します。
例えば、鉄がアルファ形（低温）からガンマ形（高温）へと変化することで、炭素原子が導入されます。これにより、鋼の硬度や延性が変化する。
熱処理中の拡散と冷却の速度を制御することで、結晶粒径と組成を操作し、金属の全体的な機械的挙動に影響を与える。
4.制御された雰囲気と環境要因
制御された雰囲気や溶融塩の使用など、熱処理中の 環境も金属の特性に影響を与える。
酸素のような反応性元素を排除することで、金属の表面特性を制御することができる。これにより、部品全体の硬度や軟度が不均一になるような不要な反応を防ぐことができます。
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