金属を熱処理するとどうなりますか?
金属の加熱と冷却の技術
モンティ・ラクセン/カルチャー/ゲッティイメージズ
現代の金属加工技術が発明される前は、鍛冶屋は熱を使って金属を加工可能にしていました。金属が所望の形状に成形されると、加熱された金属は急速に冷却された。急速な冷却により、金属はより硬く、もろくなりにくくなりました。現代の金属加工は、より高度で正確になり、さまざまな技術をさまざまな目的に使用できるようになりました。
金属への熱の影響
金属を極度の熱にさらすと、構造、電気抵抗、磁性に影響を与えるだけでなく、金属が膨張します。熱膨張は一目瞭然です。金属は、金属によって異なる特定の温度にさらされると膨張します。金属の実際の構造も熱によって変化します。と呼ばれる 同素相変態 、熱は通常、金属をより柔らかく、より弱く、より延性にします。延性とは、金属をワイヤーなどに引き伸ばす能力です。
熱も金属の電気抵抗に影響を与える可能性があります。金属が熱くなるほど、電子がより多く散乱し、金属が電流に対してより抵抗力を持つようになります。特定の温度に加熱された金属も、磁性を失う可能性があります。温度を華氏 626 度から華氏 2,012 度まで上げると、金属によっては磁気が消えます。これが特定の金属で起こる温度は、そのキュリー温度として知られています。
熱処理
熱処理は、金属を加熱および冷却して微細構造を変化させ、金属をより望ましいものにする物理的および機械的特性を引き出すプロセスです。金属が加熱される温度と、熱処理後の冷却速度によって、金属の特性が大幅に変化する可能性があります。
金属が熱処理を受ける最も一般的な理由は、強度、硬度、靭性、延性、および耐食性を向上させることです。熱処理の一般的な技術には、次のようなものがあります。
- アニーリング 金属を平衡状態に近づける熱処理です。金属を柔らかくし、加工しやすくし、延性を高めます。このプロセスでは、金属を上限臨界温度以上に加熱して微細構造を変化させます。その後、金属を徐冷します。
- アニーリングよりも安価で、 焼入れ 金属を上限臨界温度以上に加熱した後、速やかに室温に戻す熱処理方法です。急冷プロセスは、冷却プロセスによって金属の微細構造が変化するのを防ぎます。水、油、およびその他の媒体で行うことができる焼入れは、完全焼鈍と同じ温度で鋼を硬化させます。
- 析出硬化 としても知られています 時効硬化 .金属の粒子構造に均一性をもたらし、材料をより強くします。このプロセスでは、溶体化処理を急速冷却プロセスの後に高温に加熱します。析出硬化は通常、華氏 900 度から華氏 1,150 度の範囲の温度の不活性雰囲気で実行されます。このプロセスを実行するには、1 時間から 4 時間かかる場合があります。時間の長さは、通常、金属の厚さなどの要因によって異なります。
- 今日の製鋼で一般的に使用されている、 テンパリング 鋼の硬度と靭性を向上させ、脆さを軽減するために使用される熱処理です。このプロセスにより、より延性が高く安定した構造が作成されます。焼戻しの目的は、金属の機械的特性の最適な組み合わせを実現することです。
- 金属パーツの場合 極低温処理 液体窒素でゆっくり冷やしていきます。ゆっくりと冷却するプロセスは、金属の熱応力を防ぐのに役立ちます。次に、金属部分を約マイナス190度の温度に約1日保ちます。後で熱焼き戻しを行うと、金属部分は約 149 ℃ まで温度が上昇します。これは、極低温処理中にマルテンサイトが形成されるときに生じる可能性がある脆さの量を減らすのに役立ちます。