焼入れは、Ms 温度以下または Ms 付近でマルテンサイト (またはベイナイト) 変態を行う急速な熱処理プロセスです。 詳細な方法は、鋼を Ac3 (亜共析鋼) または Ac1 (過共析鋼) の臨界温度より高い温度に加熱することです。 )、一定時間熱を保持し、全体または一部をオーステナイト化し、最終的に臨界冷却速度で冷却します。アルミニウム合金、銅合金、チタン合金、強化ガラスなどの材料の溶体化処理、または急冷プロセスを伴う熱処理プロセスは、急冷とも呼ばれます。焼入れは、主に材料の硬度を高めるために使用される一般的な熱処理プロセスです。通常、焼入れ媒体のカテゴリーによって、水焼入れ、油焼入れ、有機焼入れなどに分けることができます。科学と技術の発展に伴い、いくつかの新しい焼入れプロセスが出現しました。

1.高圧ガス焼入れ(HPGQ)

ワークピースは強力な不活性ガス流で急速かつ均一に冷却され、表面の酸化を防ぎ、割れを防ぎ、歪みを減らし、必要な硬度を確保できます。 HPGQは主に、近年急速に進歩している工具鋼の焼入れに使用されています。現在、負圧(<1×105 Pa)大流量空冷、加圧(1×105~4×105 Pa)空冷、高圧(5×105~10×105 Pa)空冷があります。 -冷却、超高圧(10×105~20×105 Pa)空冷などの新技術により、真空ガス焼入れ能力だけでなく、焼入れ後のワークの状態も大幅に改善し、表面の状態も良好です。明るさと小さな変形。 HPGQ は、主に材料の焼入れと焼き戻し、ステンレス鋼と特殊合金の固溶体に使用されます。 6×105 Pa の高圧窒素で焼入れすると、高速度鋼 (W6Mo5Cr4V2) の焼入れ性は 70 ~ 100 mm まで硬化でき、高合金鋼は 25 ~ 100 mm に達することがあります。冷間ダイス鋼 (Cr12 など) は 80 ~ 100 mm に達することがあります。
10×105Paの高圧窒素ガスで焼入れすると、6×105Paの冷却負荷で冷却すると負荷密度が30%から40%程度増加します。20×105Paの超高圧窒素または混合ガスで焼入れする場合ヘリウムと窒素の冷却負荷の密度は、6×105 Paの窒素冷却の密度より80%-150%高く、すべての高速度鋼と高合金鋼を冷却できます。 、熱間ダイス鋼Cr13%クロム鋼、およびより大きなサイズの9Mn2V鋼などのより多くの合金油焼入れ鋼。また、別の冷却室を備えたデュアルチャンバー空冷クエンチ炉は、同じタイプのシングルチャンバー炉よりも優れた冷却能力を備えています。 2 x 105 Pa の窒素冷却デュアル チャンバー炉の冷却効果は、4 x 105 Pa のシングル チャンバー炉に匹敵します。単一チャンバー炉は、運用コストと保守コストが低くなります。

新しい焼入れプロセスの簡単な紹介 1

図1 高圧ガス冷却真空炉

2.強焼入れ

従来の急冷は通常、油、水、またはポリマー溶液で行われますが、強力な急冷は水または低濃度のブラインで行われます。強焼入れの特徴は、冷却速度が非常に速く、鋼の過度な歪みや割れの心配がありません。
従来の焼入れでは、焼入れ剤温度まで冷却すると、鋼部品の表面は引張応力または低応力状態を形成しますが、強度の高い焼入れでは、ワークのコアがまだ熱い状態で冷却が停止し、表層は圧縮応力を形成します。強烈な焼入れ条件の下で、マルテンサイト変態ゾーンの冷却速度が >30 °C / s の場合、鋼の表面の過冷却オーステナイトは 1200 MPa の圧縮応力にさらされ、その後の鋼の降伏強度が増加します。少なくとも 25% による消光。
強焼入れの原理:鋼がオーステナイト化温度から焼入れされると、表面とコアの間の温度差により内部応力が発生します。相変化構造の特定の体積変化と相変化可塑性も追加の相変態応力を引き起こします。熱応力と相転移応力が重なると、つまり複合応力が材料の降伏強度を超えると、塑性変形が発生します。複合応力が高温鋼の引張強度を超えると、焼割れが形成されます。強焼入れ過程では、相変態塑性による残留応力と、オーステナイト-マルテンサイト変態の体積変化による体積変化が大きくなる。急冷中は、ワーク表面が直ちに浴温まで冷却され、芯温はほとんど変化しません。急速な冷却は、表層の収縮とコアによる応力バランスにより、高い引張応力を引き起こします。温度勾配の増加は、初期マルテンサイト変態による引張応力を増加させ、マルテンサイト変態開始温度Msの上昇は、相変態塑性による表層膨張を引き起こし、表面引張応力を大幅に減少させ、圧縮応力。表面圧縮応力値は、形成された表面マルテンサイトの量に比例します。この表面圧縮応力により、コアが圧縮下でマルテンサイト変態するか、さらに冷却すると表面引張応力が逆転するかが決まります。マルテンサイト変態によりコアの体積が十分に膨張し、表面のマルテンサイトが非常に硬くて脆い場合、応力反転により表面層が破壊されます。このため、鋼の表面の圧縮応力とコアのマルテンサイト変態は、できるだけ遅く発生する必要があります。
強焼入れ試験と鋼焼入れ後の特性:強焼入れ法の利点は、表層に圧縮応力が形成され、割れの確率が低下し、硬度と強度が向上することです。表面層は 100% マルテンサイト構造を形成し、特定の鋼種で最大の硬化層を形成します。したがって、より高価な合金鋼の代わりに炭素鋼を使用できます。強力な焼入れは、均一な機械的特性を促進し、ワークピースの歪みを最小限に抑えることもできます。部品の激しい焼入れの後、交互負荷下での耐用年数は桁違いに増加する可能性があります。 [1]

新しい焼入れプロセスの簡単な紹介 2

図2 激しい焼割れ発生確率と冷却速度の関係

3.水空気混合冷却方式

水と空気の圧力と噴霧ノズルとワーク表面との距離を調整することにより、水と空気の混合物の冷却能力を変化させ、冷却を均一にすることができます。生産実践は、複雑な炭素鋼または合金鋼部品の表面誘導加熱焼入れが、焼入れ割れの発生を効果的に防止できることを示しています。

新しい焼入れプロセスの簡単な紹介 3

図3 水と空気の混合

4. 沸騰水焼入れ法

100℃の沸騰水で冷却すると、鋼の焼入れまたは焼きならしにより優れた硬化効果が得られます。この技術は、ダクタイル鋳鉄の焼入れに適用され、成功を収めています。アルミニウム合金を例にとると、アルミニウム合金鍛造品と型鍛造品の現在の熱処理仕様によると、一般的に焼入れ水温度は60°C未満に制御されています。焼入れ水温度は低く、冷却速度は速く、大きな焼き入れ後は残留応力が発生します。製品が最終的に機械加工されると、表面の形状とサイズが一致しないため、内部応力のバランスが崩れ、残留応力が解放され、機械加工された部品の歪み、曲がり、楕円、その他の変形が発生し、修復不可能な最終部品になります。深刻な損失を伴います。 .例:プロペラやコンプレッサーブレードディスクなどのアルミニウム合金鍛造品は、機械加工後に明らかに変形し、部品が大きくなります。焼入れ水の温度を室温(30~40℃)から沸騰水(90~100℃)に上げた場合、鍛造品の残留応力は平均で約50%減少します。 [2]

新しい焼入れプロセスの簡単な紹介 4

図4 沸騰水焼入れの模式図

5. 熱間油焼入れ法

ホット焼入れ油を使用して、さらに冷却する前または後のワークピースの温度をMs点の温度と同じかそれに近づけて、温度差を最小限に抑え、焼入れされたワークピースの歪みと割れを効果的に防止します。 160 ~ 200 °C の熱油で小型の合金工具鋼冷凍金型を急冷すると、歪みを効果的に減らし、割れを防ぐことができます。

新しい焼入れプロセスの簡単な紹介 5

図5 熱油焼入れの模式図
[1]范東里。強焼入れ - 強化鋼の新しい熱処理方法[J]。熱処理、2005、20(4): 1-3
[2] ソン・ウェイ、ハオ・ドンメイ、ワン・チェンジャン。アルミニウム合金鍛造品の微細構造と機械的特性に対する沸騰水焼入れの影響[J]。アルミ加工, 2002, 25

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