味付けされた熱処理サプライヤーとして、私はさまざまな材料の機械的特性を強化する際に、熱処理の変革力を直接目撃しました。熱処理が大幅に改善できる最も重要な側面の1つは、耐衝撃性です。このブログでは、耐衝撃性の向上、基礎となるメカニズム、関係する熱処理プロセスの種類、およびこれらの強化された特性から利益を得る産業を探求する際の熱処理の役割を掘り下げます。
耐衝撃性の理解
熱処理の役割に飛び込む前に、耐衝撃性が何であるかを理解することが不可欠です。耐衝撃性とは、突然の高い力荷重に耐える材料の能力を骨折したり、過度の変形を起こさないことを指します。実際には、世界のアプリケーションでは、材料は、衝突中の自動車コンポーネント、離陸や着陸中の航空宇宙部品、または重い荷物を処理する際の産業機械など、衝撃にさらされることがよくあります。耐衝撃性が高い材料は、これらの衝撃からエネルギーを吸収して消散させ、コンポーネントの安全性と寿命を確保します。
熱処理が耐衝撃性を改善する方法
熱処理には、材料の微細構造を変える一連の加熱および冷却プロセスが含まれます。加熱速度、保持温度、および冷却速度を制御することにより、さまざまな微細構造を達成することができ、耐衝撃性を含む材料の機械的特性に影響を与えます。
位相変換
熱処理が衝撃耐性を改善する主な方法の1つは、相変換によるものです。たとえば、鋼では、材料を臨界温度（通常はオーステナイト温度）の上に加熱すると、比較的柔らかくて延性のある相であるオーステナイトの形成が生じます。その後、鋼が特定の速度で冷却されると、フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトなどのさまざまな段階に変換できます。
たとえば、Bainiteは、良好な強度と靭性を組み合わせた微細構造です。それは、パーライトとマルテンサイトを生成するものとの間の中間冷却速度で形成されます。ベイナイト微細構造を備えた鋼製の成分は、衝撃中にかなりの量のエネルギーを吸収できるため、優れた衝撃耐性を示すことがよくあります。
一方、マルテンサイトは、オーステナイトから直接形成されると、非常に硬いが脆い相です。ただし、マルテンサイト鋼をより低い温度に再加熱することを伴う強化と呼ばれるプロセスを通じて、その脆性を低下させ、耐衝撃性を改善することができます。焼き戻しにより、炭化物の沈殿とマルテンサイトの内部応力の弛緩が可能になり、より延性があり、より良い影響に耐えることができます。
穀物洗練
もう1つの重要なメカニズムは、粒子洗練です。熱処理中、加熱および冷却サイクルにより、材料の穀物が成長または縮小する可能性があります。これらのサイクルを慎重に制御することにより、細かい粒子構造を達成できます。微細な - 粒子化された材料は、一般に、粗いものよりも耐衝撃性が高くなります。
これは、小さな穀物が亀裂の伝播の障壁として作用するためです。衝撃が発生し、亀裂が形成され始めると、複数の小さな粒子の境界を克服する必要があります。たとえば、アルミニウム合金では、熱処理プロセスを使用して穀物サイズを改良し、衝撃損傷に抵抗する合金の能力を高めます。
耐衝撃性を改善するための熱処理の種類
アニーリング
アニーリングは、材料を特定の温度に加熱し、一定期間保持し、ゆっくりと冷却する熱処理プロセスです。完全なアニーリング、プロセスアニーリング、ストレス - レリーフアニーリングなど、アニーリングにはさまざまな種類があります。
完全なアニーリングは、鋼によく使用されます。オーステナイト温度の上に鋼を加熱し、炉で非常にゆっくりと冷却します。これにより、粗いが柔らかくて延性のある微細構造が生じます。これは、特に故障前にある程度の変形が許容できる用途での耐衝撃性の改善に有益です。
一方、ストレス - レリーフアニーリングは、材料の内部ストレスを減らすために使用されます。これらの内部応力は、材料をより衝撃で亀裂にしやすくする可能性があります。アニーリングを通じてこれらのストレスを緩和することにより、材料はより安定し、影響に耐えることができます。
クエンチングと焼き戻し
クエンチングと焼き戻しは、鋼に一般的に使用される2つのステッププロセスです。まず、鋼はオーステナイト温度より上で加熱され、水、油、空気などの培地で急速に冷却されます（消光されます）。この急速な冷却はマルテンサイトを形成しますが、これは非常に硬いが脆いです。
2番目のステップである強化は、クエンチングされた鋼をオーステナイト温度より低い温度に再加熱し、特定の時間を保持することを伴います。強化は、マルテンサイトの脆性を低下させ、その靭性と耐衝撃性を改善します。正確な温度温度と時間は、最終製品の目的の特性に依存します。
正規化
正規化は完全なアニーリングに似ていますが、冷却は炉の代わりに空中で行われます。これにより、完全なアニーリングと比較して細かい粒子構造が生じます。正規化された鋼は、しばしばアニールされた鋼よりも耐衝撃性と強度が優れています。正常化のより速い冷却速度は、より均一で細かい粒子構造の形成を促進します。これは、耐用影響に有益です。
熱の恩恵を受ける産業 - 処理された衝撃 - 耐性材料
自動車産業
自動車産業では、耐衝撃性の高い耐熱性材料が乗客の安全性を確保するために不可欠です。車のフレーム、サスペンションパーツ、ドライブシャフトなどのコンポーネントは、衝突中に発生した力に耐えるように処理されることがよくあります。たとえば、車のフレームでの熱処理済み高強度鋼の使用は、衝突からエネルギーを吸収して消散させ、乗客への影響を減らすことができます。
航空宇宙産業
航空宇宙産業はまた、優れた耐衝撃性のある熱処理材料にも大きく依存しています。着陸装置、翼のスパー、エンジン部品などの航空機のコンポーネントは、離陸、着陸中、飛行中に高い衝撃力にさらされます。熱処理プロセスは、チタン合金や高強度鋼などの材料の耐衝撃性を高め、航空機の信頼性と安全性を確保するために使用されます。
産業機械
鉱業機器、建設機械、製造ツールなどの産業機械は、多くの場合、高衝撃負荷にさらされている過酷な環境で動作します。熱 - ギア、シャフト、切削工具などのこれらのマシンの処理されたコンポーネントは、連続的な動作と突然の影響の摩耗と裂け目に耐えることができます。たとえば、マイニングクラッシャーの熱処理ギアは、大きな岩を粉砕するときに生成される高衝撃力に抵抗できます。
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参照
- ASMハンドブック委員会。 （2007）。 ASMハンドブックボリューム4：熱処理。 ASM International。
- Callister、WD、＆Rethwisch、DG（2017）。材料科学と工学：はじめに。ワイリー。
- Totten、Ge、＆Mackenzie、DS（2003）。アルミニウムのハンドブック：物理的冶金とプロセス。 CRCプレス。
