金属材料が異なっても熱処理プロセスは同じですか?

一、プロセスコンセプトを差別化するための基礎
金属熱処理の背後にある主なアイデアは、温度場を使用して原子の動きと相の変化を制御することです。しかし、さまざまな金属は、原子の配列や相の変化の仕方が非常に多様です。
鉄-基合金（鋼）: 鉄-炭素の状態図によれば、オーステナイト化やマルテンサイト変態などのプロセスにより材料が強化されます。たとえば、45 # 鋼の組織を完全にオーステナイト化するには、840 ～ 860 度に加熱し、その後急速に冷却して HRC50 ～ 55 の硬度を持つマルテンサイトを形成する必要があります。
アルミニウム合金：固溶強化と時効強化メカニズムに依存します。たとえば、6061 アルミニウム合金を加工する場合、溶体化処理とは、Mg 2 Si 相を完全に溶解するために 530 ～ 540 度で 4 ～ 6 時間保持することを意味します。次に、水中で急冷して過飽和固溶体を形成し、最後に 175 度で時効してナノスケールの強化相を形成します。引張強さを180MPaから310MPaまで高めることが可能です。
チタン合金の場合、ベータ相領域の熱処理により微細構造が制御されます。 TC4チタン合金を980～1020度の相領域で固溶処理した後、空冷することにより、引張強さ1100MPaの層状+組織が得られます。 850度で等温処理すると等軸α相が形成され、伸び率を15%まで高めることができます。
2、典型的なプロセスを実行するさまざまな方法
金属の種類が異なれば、要求される性能も異なるため、独自の熱処理プロセス方法が開発されてきました。
1. 鋼材のさまざまな加工方法
焼き入れと焼き戻し: 高硬度 (HRC62 ～ 65) と耐摩耗性を得るには、高炭素工具鋼 (T10A など) を 1000 ～ 1050 度で焼き入れ、200 度で焼き戻す必要があります。焼き戻しマルテンサイト構造を得るには、42CrMo 焼き入れ焼き戻し鋼を 850 度で焼き入れ、550 度で焼き戻しする必要があります。この構造は、強度 (σ b 1080MPa 以上) と靭性 (ak 39J 以上) を兼ね備えています。
独自のプロセス: 極低温処理 (-196 度の液体窒素冷却) により、残りのオーステナイトをマルテンサイトに変えることができ、9Cr18Mo 軸受鋼を 1～2HRC より硬くします。高周波加熱による表面焼入れにより、歯車の表面に5mmの厚さの硬化層を形成し、芯部の強靱性を保ちます。
2. 非鉄金属のみを対象としたプロセス-
T6処理（固溶+人工時効処理）は、6000系アルミニウム合金を高強度化する代表的な方法です。強度と耐応力腐食性のバランスをとるために、7075 アルミニウム合金には T74 の 2 段階時効処理 (120 度 /24 時間 → 160 度 /8 時間) が必要です。-。
銅合金: ベリリウム青銅 (QBe2) は 320 ～ 340 度で時効処理されると「相」を形成し、硬度は HRC38 ～ 42 になります。真鍮（H62）は、冷間加工硬化を取り除くために 300 ～ 350 度で応力が緩和されます。-
マグネシウム合金: AZ91D マグネシウム合金は、415 度の溶液中で処理された後、175 度で時効処理することにより - Mg 17 Al 12 相を形成します。これにより降伏強度が 30% 強化されます。
3. 高融点金属に対する特有のニーズ
タングステン合金: 冷間加工硬化を除去するために 1400 ～ 1600 度の再結晶焼鈍が必要であり、高温での強度を維持するために結晶粒径を 50 μm 以下に保つ必要があります。
モリブデン合金：放射線による損傷を修復し、原子炉構造材料の性能を回復させるために、1800～2000度の高温で焼きなまされます。
3、プロセス設計に共通する法則
プロセスパラメータが非常に多様であっても、さまざまな種類の金属材料の熱処理設計は次の基本ルールに従います。
相図は、すべてのプロセス設計の背後にある主要なアイデアです。臨界温度 (Ac ₁、Ac ∝、Ms など) は加熱温度の選択に使用されます。たとえば、304 ステンレス鋼の炭化物を完全に溶解するには、1050 ～ 1100 度に加熱する必要があります。
冷却速度の制御: 適切な媒体 (水、油、ポリマーなど) を選択して冷却速度を制御し、組織を特定の方法で変化させます。水焼入れでは高炭素鋼をマルテンサイトに変えることができますが、油焼入れでは低合金鋼の破損を防ぐことができます。{{3}
歪取り焼鈍（たとえば、鋼は 300 ～ 400 度、アルミニウム合金は 150 ～ 200 度）は、加工応力を取り除き、物が曲がったり割れたりするのを防ぐために使用されます。熱処理の代わりに、航空機アルミニウム合金部品の応力を軽減するために振動時効処理 (VSR) が広く使用されています。
共同表面改質: 化学熱処理 (浸炭、窒化) と表面焼入れを併用して、さまざまなレベルの性能を実現します。たとえば、歯車は 20CrMnTi で浸炭 (930 度 × 8h) され、焼入れされ、低温で焼き戻されます。これにより、表面硬度 HRC58 ～ 62 が得られ、芯の強さを維持します。
4、プロセス改善の主な方向性
材料科学の進歩に伴い、熱処理技術には次のような革新的な傾向が見られます。
レーザー/電子ビームによる局所熱処理は、組織の小さな領域の温度を正確に制御する方法です。航空機のエンジンブレード周囲のガス膜穴を強化するために使用されます。
スマートプロセスシステム: デジタルツイン熱処理プロセスシミュレーションに基づいて、組織がどのように変化するかを予測し、パラメーターを改善できます。たとえば、GE は ProCAST ソフトウェアを使用して、焼入れ中にタービン ディスクが 0.1 mm 以上変形しないようにしています。
環境に優しい方法で物を作るためのテクノロジー: 低圧浸炭 (LPC) は、従来のガス浸炭を代替して CO₂ 排出量を削減します。焼入油代替技術 (PAG ポリマーなど) により、VOC 排出量が削減されます。