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熱処理プロセスは、加熱、保溫、冷卻の3つのプロセスが一般的ですが、加熱と冷卻の2つのプロセスしかない場合もあります。これらのプロセスは絶え間なくつながっています加熱は熱処理の重要な工程の一つです。金屬熱処理には多くの加熱方法がありますが、最初は炭や石炭を熱源とし、さらに液體や気體燃料を用いました。電気の応用は加熱を容易に制御して、しかも環境汚染がありません。これらの熱源を利用して直接加熱することもできますが、溶融した塩や金屬、ひいては浮動粒子を介して間接加熱することもできます。 金屬を加熱すると、ワークが空気中にさらされ、酸化、脫炭素(鉄鋼部品表面の炭素含有量の低下)が発生することが多く、熱処理後の部品の表面性能に不利な影響があります。したがって金屬は通常制御可能な雰囲気あるいは保護雰囲気の中で、溶融塩中和真空中で加熱するべきで、塗料あるいは包裝方法を行って加熱を保護することもできます。
加熱溫度は熱処理プロセスの重要なプロセスパラメータの1つであり、加熱溫度の選択と制御は、熱処理品質の主要な問題です。加熱溫度は、処理される金屬材料や熱処理の目的によって異なりますが、一般的には相転移溫度以上に加熱し、高溫の組織を得ます。また、転移に時間がかかりますので、金屬工作物の表面が必要な加熱溫度に達したら、その溫度を一定時間保ち、內と外の溫度を一致させ、微細組織を転移させる必要があります。この時間を保溫時間といいます。高エネルギー密度加熱や表面熱処理の場合は加熱速度が速いため保溫時間がかかりませんが、化學熱処理の場合は保溫時間がかかります。冷卻も熱処理プロセスに不可欠なステップで、冷卻方法はプロセスによって異なり、主に冷卻速度を制御します。一般的には、冷卻速度が最も遅く、正火の冷卻速度が速く、焼き入れの冷卻速度が速いです。しかし、鋼の種類によって異なる要求があり、金屬熱処理プロセスは大きく全體熱処理、表面熱処理、化學熱処理の3つのカテゴリーに分けることができます。各カテゴリは、加熱媒體、加熱溫度および冷卻方法に応じて、いくつかの異なる熱処理プロセスに分けることができます。同じ金屬の熱処理プロセスは、異なる組織を得ることができ、異なる性能を持っています。全體熱処理とは、ワーク全體を加熱し、適切な速度で冷卻することで、全體的な力學性を変化させる金屬熱処理プロセスです。鉄鋼全體の熱処理には、大きく分けて、焼戻し、正火、焼き入れ、焼き戻しの4つの基本プロセスがあります。アニーリングは、ワークを適切な溫度に加熱し、材料やワークのサイズに応じて、異なる保溫時間を使用して、ゆっくりと冷卻することで、金屬內部組織をバランス狀態に達するか、または近い狀態で良いプロセス性能と使用性能を得るために、またはさらなる焼き入れのための組織の準備です。正火はワークを適切な溫度に加熱した後、空気中で冷卻します。正火の効果はアニーリングと似ていますが、組織がより細かくなります。材料の切削性能を改善するためによく使われます。また、時には要求が高くない部品を最終熱処理するためにも使われます。 焼き戻しはワークを加熱して保溫した後、水、油、または他の無機塩、有機水溶液などのクエンチ媒體で急速に冷卻します。焼き入れをすると鋼は硬くなりますが、同時に脆くなります。鋼部品の脆性を下げるために、焼き入れをした鋼部品を室溫より高く650℃以下のある適溫で長時間保溫し、冷卻する工程を焼き戻しと言います。焼き戻し、正火、焼き入れ、焼き戻しは熱処理全體の「4つの火」で、焼き入れと焼き戻しは密接に関係しており、1つ欠けても使えないことが多いものです。「四本の火」は、加熱溫度や冷卻方法によって、さまざまな熱処理工程に発展していきます。
一定の強度と靭性を得るために、焼き入れと高溫での焼き戻しを組み合わせたものを調質といいます。いくつかの合金は、過飽和固溶體を形成するために焼き入れを入れた後、合金の硬度、強度、または電気的磁気などを向上させるために室溫またはやや高い適切な溫度で長時間保持されます。このような熱処理プロセスを時効処理と呼びます。圧力加工ひずみと熱処理を効果的に緊密に結合して進行して、ワークに良い強度、靭性配合の方法をひずみ熱処理と呼ばれます;負圧風気や真空中で行われる熱処理は真空熱処理と呼ばれ、ワークを酸化しない、脫炭素しないだけでなく、処理後のワーク表面をきれいに保ち、ワークの性能を向上させます。また、浸透剤を通して化學熱処理を行うことができます。表面熱処理はワークの表層だけを加熱して表層の力學的性質を変化させる金屬熱処理プロセスです。ワークの表層だけを加熱して、ワーク內部に熱が入りすぎないようにするためには、使用する熱源が高いエネルギー密度を持つ必要があります。つまり、単位面積當たりのワークに大きな熱エネルギーを與え、ワークの表層や局所が短時間または瞬時に高溫になるようにします。表面熱処理の主な方法は、火炎焼き入れと誘導加熱熱処理、一般的な熱源有酸素アセチレンや酸素プロパンなどの炎、誘導電流、レーザーや電子ビームなどがあります。化學熱処理は、ワークの表層の化學成分、組織、性能を変更することによって金屬熱処理プロセスです。表面熱処理と異なるのは、表層の化學成分を変化させることです。化學熱処理はワークを炭素、窒素またはその他の合金元素を含む媒體(気體、液體、固體)の中で加熱し、保溫します。これによりワークの表層に炭素、窒素、ホウ素、クロムなどの元素を浸透させます。元素に浸入した後は、焼入れや焼き戻しなどの他の熱処理プロセスを行うこともあります。熱処理の主要な方法は、浸炭、窒素浸食、金屬浸食です。熱処理は機械部品や金型製造の重要な工程の一つです。大體に言って、それは仕事の部品の各種の性能を保証して高めることができて、例えば耐摩耗性、耐腐食などです。また、ブランクの組織と応力狀態を改善することができます冷、熱加工の様々な。例えば、白口鋳鉄は長い時間のアニーリング処理を経て、可塑性鋳鉄、塑性を向上させることができます。歯車は正確な熱処理プロセスを採用して、使用壽命は熱処理していない歯車の倍あるいは數十倍に高めることができます;また、安くて安い炭素鋼はいくつかの合金元素にしみ込むことによっていくつかの価格の高い合金鋼の性能を持って、いくつかの耐熱鋼、ステンレス鋼に代わることができます;金型はほとんどすべて熱処理して使うことができます。