熱処理変形原因及びその制御方法

 

発売日：[2024/1/25]
 

一、温度は変形の重要な要素である
工業的に実際に使用されている熱処理プロセスの形式は非常に多いが、それらの基本的なプロセスはすべて熱作用プロセスであり、すべて加熱、保温、冷却の3段階から構成されている。プロセス全体を加熱速度、加熱温度、保温時間、冷却速度、熱処理周期などのいくつかのパラメータで記述することができます。
熱処理プロセスにおいて、各種加熱炉を使用するには、金属熱処理はこれらの加熱炉の中で行われる。例えば、基本熱処理中のアニール、焼入れ、焼戻し、化学熱処理の浸炭、窒素化、アルミニウム浸透、気相多元複合共浸透、クロム浸透または水素除去など
そのため、加熱炉内の温度測定は熱処理の重要なプロセスパラメータ測定となる。各熱処理プロセス仕様において、温度は重要な内容である。温度測定が正確でないと、熱処理プロセスの仕様が正しく実行されず、製品の品質が低下したり廃棄されたりすることがあります。温度の測定と制御は熱処理プロセスの鍵であり、変形に影響する鍵となる要素でもある。
プロセス温度が低下した後、ワークの高温強度損失が相対的に減少し、塑性抵抗が強化された。これにより、ワークの耐応力変形、耐焼入れ変形、耐高温クリープの総合能力が増強され、変形が減少する。
プロセス温度が低下するとワークの加熱、冷却の温度区間が減少し、それによる各部の温度不一致性も低下し、それによる熱応力と組織応力も相対的に減少し、これにより変形が減少する、
プロセス温度が低下し、熱処理プロセス時間が短縮されると、ワークの高温クリープ時間が減少し、変形も減少する。
二、変形のその他の影響要素及び減少措置
1.予備熱処理
正火硬度が高すぎ、混晶、大量のソルバイトまたは魏氏組織はいずれも内孔変形を増大させるので、温度制御正火または等温焼鈍を用いて鍛造品を処理しなければならない。金属の焼鈍、焼鈍及び焼入れを行う前の調質は、金属の最終的な変形量に一定の影響を与え、直接影響を与えるのは金属組織構造上の変化である。実際に証明されているように、正焼時に等温（分級）焼入れを採用することは、金属組織構造を効果的に均一にすることができ、それによってその変形量を減少させることができる。
2.合理的な冷却方法を用いる
金属焼入れ後の冷却過程が変形に与える影響も重要な変形原因の一つである。焼入れの場合、熱油焼入れは冷油焼入れ変形より小さく、一般的に100±20℃に制御される。油の冷却能力は変形にも重要である。焼入れの攪拌方式と速度はいずれも変形に影響する。
金属熱処理の冷却速度が速いほど、冷却が不均一になり、発生する応力が大きくなり、金型の変形も大きくなる。金型の硬度要求を保証する前提で、できるだけ予冷を採用することができる、分級冷却焼入れエネルギーを用いて金属焼入れ時に発生する熱応力と組織応力を著しく減少させることは、形状が複雑なワークの変形を減少させる有効な方法である、特に複雑で精度が要求されるワークピースの中には、等温（または分級）焼入れを利用して変形を大幅に低減することができます。
3.部品構造は合理的でなければならない
金属熱処理後の冷却過程では、常に薄い部分は速く、厚い部分は遅く冷える。実際の生産需要を満たす場合、できるだけワークの厚さの差を減らし、部品の断面を均一にして、過渡区の応力集中による歪みと亀裂の傾向を減らすべきである、ワークピースはできるだけ構造と材料成分と組織の対称性を維持し、冷却ムラによる歪みを減少させなければならない。ワークはできるだけ鋭利な角、溝などを避け、ワークの厚さの境界、階段には丸みのある遷移が必要である、ワーク上の穴、溝筋構造の非対称をできるだけ減らす、厚みムラ部品は加工量をあらかじめ残す方法を採用している。
4.合理的なクランプ方式及びクランプを採用する
目的：ワークの加熱冷却を均一にし、熱応力ムラ、組織応力ムラを減少させ、変形を減少させ、クランプ方式を変えることができ、ディスク類部品は油面に垂直で、軸類部品は立装し、補償ガスケット、支持ガスケット、重ね合わせガスケットなどを使用し、スプライン孔部品は浸炭マンドレルなどを使用することができる。
5.機械加工
熱処理がワーク加工プロセスの最終工程である場合、熱処理歪みの許容値は図面上で規定されたワークサイズを満たすべきであり、歪み量は前工程の加工サイズに基づいて決定しなければならない。そのためには、ワークの歪み規則に従って、熱処理前に寸法の事前修正を行い、熱処理歪みがちょうど合格範囲内にあるようにしなければならない。熱処理が中間工程である場合、熱処理前の加工残量は機械加工残量と熱処理歪み量の和と見なすべきである。通常、機械加工マージンは決定しやすいが、熱処理は影響要素が多く複雑であるため、機械加工に十分な加工マージンを残し、残りは熱処理許容歪み量とすることができる。熱処理後に再加工し、ワークの変形規則に基づいて、逆変形、収縮端の予備膨張孔を適用し、焼入れ後の変形合格率を高める。
6.適切な媒体の採用
同じ硬度要求を保証する前提の下で、できるだけ油性媒体を採用して、実験と実践は証明して、更にその他の条件は差がない前提の下で、油性媒体の冷却速度は比較的に遅くて、水性媒体の冷却速度は比較的に速いです。また、油性媒体に比べて水温変化が水性媒体の冷却特性に与える影響は大きく、同様の熱処理条件下では、油性媒体は水性媒体に対して焼入れ後の変形量が相対的に小さく安定している。
結論
熱処理は部品の力学性能を改善し、部品の強度と硬度を高め、各種性能の需要を満たすことができるが、引き起こした変形の影響は避けられない。熱処理変形を予防する具体的な方法を選択する際には、具体的な状況に基づいて具体的な方法を制定しなければならず、多くの方法は実践に由来し、実験を繰り返してこそ法則を探索することができる。