鉄鋳物を焼き入れた後に焼き戻しが必要なのはなぜですか?

焼き入れは、鉄鋳物の製造において広く使用される熱処理プロセスです。これには、硬度や強度の向上など、特定の機械的特性を達成するために、加熱された鋳物を急速に冷却することが含まれます。ただし、焼き入れだけでは十分ではないことが多く、その後の重要なステップとして焼き戻しが行われます。私は鉄鋳物のサプライヤーとして、焼き入れ後の焼き戻しの重要性を理解しています。このブログでは、その必要性の背後にある理由を詳しく掘り下げていきます。

クエンチングとその影響について

焼き戻しの必要性を探る前に、焼き入れプロセスについて簡単に理解しましょう。鉄鋳物をオーステナイト範囲内の特定の温度に加熱し、その後急速に冷却すると、オーステナイトはマルテンサイトに変態します。マルテンサイトは非常に硬くて脆い相であり、これが鉄鋳物の硬度を高めるために焼入れが使用される主な理由です。

焼入れ中の急速冷却により、鋳物内に高い内部応力が発生します。これらの応力は、オーステナイトからマルテンサイトへの変態に伴う体積変化の結果です。さらに、鋳物全体の冷却速度が不均一であることも、内部応力の発生に寄与する可能性があります。これらの応力が軽減されないと、亀裂、歪み、延性の低下など、いくつかの問題が発生する可能性があります。

焼入れ後に焼き戻しを行う理由

1. ストレス解消

焼入れ後に焼き戻しを行う最も重要な理由の 1 つは、焼入れプロセス中に発生する内部応力を軽減することです。焼き戻しには、急冷した鋳物を鉄 - 炭素状態図の下臨界点よりも低い温度に加熱し、その温度で特定の期間保持することが含まれます。このプロセス中、結晶構造内の原子が再配列するのに十分なエネルギーを得るにつれて、内部応力は徐々に緩和されます。

内部応力を軽減することで、亀裂や歪みのリスクが大幅に軽減されます。高い応力集中により焼入れ中に亀裂が形成される可能性があり、これらの亀裂は時間の経過とともに伝播し、鋳造品の破損につながる可能性があります。焼き戻しは、鋳物をより安定させ、亀裂を発生しにくくすることで、このような致命的な故障を防ぐのに役立ちます。

2. 延性・靱性の向上

前述したように、焼入れによりマルテンサイトが形成されます。マルテンサイトは非常に硬いですが、同時に非常に脆いものでもあります。多くの用途では、硬度と靭性の組み合わせが必要です。たとえば、自動車部品では、ギアは摩耗に耐えるのに十分な硬さだけでなく、破損することなく衝撃荷重を吸収するのに十分な強度も必要です。

焼き戻しにより、マルテンサイトが部分的に分解されて、より延性があり強靭な構造が得られます。焼き戻し中に形成される正確な構造は、焼き戻しの温度と時間によって異なります。焼き戻し温度が低いと、マルテンサイトの一部がフェライトとセメンタイトの混合物に分解し、比較的高い硬度を維持しながら鋳物の延性と靭性が向上します。焼戻し温度が上昇すると分解量が増加し、硬度はさらに低下しますが、延性と靭性は向上し続けます。

3. 硬度の制御

焼き戻しは、焼き入れされた鋳物の硬度を制御する手段を提供します。焼き戻しの温度と時間を慎重に選択することで、特定の用途に応じた望ましい硬度を達成することができます。たとえば、鋳造品に耐摩耗性のために高い表面硬度が必要であるが、耐衝撃性のためにより延性のあるコアも必要な場合は、2 段階の焼き戻しプロセスを使用できます。

焼き戻しの最初の段階は、内部応力を緩和してマルテンサイトの分解を開始するために、比較的低温で実行できます。第 2 段階では、より高い温度で硬度をさらに調整し、全体的な機械的特性を向上させることができます。このように硬度を柔軟に制御できるため、鉄鋳物の熱処理において焼き戻しは不可欠なステップとなります。

さまざまな種類の鉄鋳物への影響

焼入れ後に焼き戻しが必要となるのは、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、白鉄など、さまざまな種類の鉄鋳物に当てはまります。

ねずみ鋳鉄

ねずみ鋳鉄は、優れた鋳造性と減衰能力で知られています。ねずみ鉄を焼入れすると硬度が高まりますが、焼入れ中に発生する高い内部応力により亀裂が発生する可能性があります。焼き戻しは、これらの応力を軽減し、焼き入れねずみ鋳鉄の延性を向上させるために必要です。これは、エンジン ブロックなど、鋳物が動的荷重にさらされる用途では特に重要です。

ダクタイル鋳鉄

ダクタイル鋳鉄は、黒鉛塊が存在するため、ねずみ鋳鉄と比較して延性と靭性が高くなります。焼入れにより強度は大幅に向上しますが、生成されるマルテンサイト構造は脆くなります。焼き戻しはマルテンサイトをより延性の高い構造に変化させるために使用され、ダクタイル鋳鉄の強度と延性の優れた組み合わせが確実に維持されます。建設業界や輸送業界で使用されるダクタイル鋳鉄部品は、性能要件を満たすために焼き入れ後に焼き戻しが必要になることがよくあります。

ホワイトアイアン

白鉄は非常に硬く、耐摩耗性がありますが、非常に脆いです。白鉄を焼き入れると硬度はさらに高まりますが、割れの危険性が非常に高くなります。焼き戻しは、白鉄鋳物の内部応力を軽減し、靭性を向上させるために不可欠です。採掘および粉砕用途で使用される白鉄鋳物は、耐用年数を延ばすために焼き入れ後の焼き戻しの恩恵を受けます。

鉄鋳物メーカーとしてのサービス

鉄鋳物サプライヤーとして、当社は高品質の鉄鋳物を製造する上で焼入れ後の焼き戻しが重要な役割を果たしていると理解しています。当社には、焼き入れおよび焼き戻しプロセスを正確に制御できる最先端の熱処理設備があります。当社の経験豊富な技術者は、温度、時間、冷却速度を注意深く監視し、各鋳造品が必要な機械的特性を満たしていることを確認します。

複雑な熱処理工程を必要とする鉄鋳物製品を幅広く取り揃えております。必要かどうかOEM アルミニウムおよび亜鉛合金マグネシウムダイカスト、卸売の環境に優しいアクセサリー製造鋳鉄ダイカスト、 または工場精密鋳造 鋳鉄 ステンレス鋼 ダイカスト、お客様の特定の要件を満たす製品を提供できます。

結論

結論として、焼き入れ後の焼き戻しは、鉄鋳物の熱処理において必要なステップです。内部応力を緩和し、延性と靭性を向上させ、鋳物の硬度を制御するのに役立ちます。焼き戻しの重要性を理解することで、さまざまな用途でより信頼性が高く、より優れた性能を発揮する鉄鋳物を製造することができます。

高品質の鉄鋳物をお求めの場合は、調達および詳細な打ち合わせについてお気軽にお問い合わせください。当社の専門家チームは、お客様の特定のニーズに最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。

参考文献

• ASM ハンドブック 第 4 巻: 熱処理。 ASMインターナショナル。
• 金属ハンドブック卓上版、第 3 版。 ASMインターナショナル。
• 鉄鋳物ハンドブック: 特性、プロセス、および用途。 AFS (米国鋳造協会)。