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鋼の焼入れ焼戻し熱処理工程

  中国科学院の学者である Lei Tingquan はかつて、中炭素構造用鋼は通常の焼き入れ後に 500 ~ 700℃ の高温で焼き戻し処理 (コード: 515) として知られていることを明確に指摘し、得られた組織は、優れた総合的な機械的特性を備えた焼戻しソックスレーでした。 したがって、焼入れ焼戻し処理は、大きな動的負荷、特に複合応力 (引張、圧縮、曲げ、ねじり、衝撃、疲労) の下での作業に適しています。 それらは通常、強度と靭性、つまり高強度と靭性の適切な一致を必要とします。

鋼の焼入れ焼戻し熱処理工程

  省資源社会の構築と高強度軽量製品の開発により、従来の焼戻し処理と焼戻し鋼を分類するために、焼戻し処理の品質を継続的に改善することは重要な保証です。 焼戻し鋼の代わりに低炭素マルテンサイト鋼を使用することは、構造用鋼の熱処理を開発するための重要な方法です。

A. 変調品質の分類

  焼入れ焼戻し処理の目的は、硬度だけでなく、工作物の総合的な機械的特性を良好にすることです。 したがって、焼戻し処理は、総合的な機械的特性に従って、高靭性、強靭性、および高強度の XNUMX つのカテゴリに分類する必要があります。

(1) 鋼の高靭性焼戻し

  高靭性焼入れは、焼入れ処理とも呼ばれる650~700℃の超高温焼戻し後のワークです。 工作物はある程度の強度と塑性が得られるだけでなく、かなり高い靭性も得られます。 焼入れ焼戻し後の機械的性質を表 1 に示します。冷間圧造および冷間押出に使用される鋼の調光および球状化、ファスナー、成形部品および曲げ部品の調光、ならびに靭性の高いシャフト・バー部品。

表1 高靭性焼入れ焼戻し鋼の機械的性質

伸びの強さ

Rm/MPa

降伏強度

相対/MPa

破断後の伸び率

あ(%)

面積の減少率

Z(%)

衝撃吸収エネルギー

Akv(0℃)/J

硬度

H.B.W.

500-650350-50022-3260-7580-250160-230

(2) 鋼の強靱性・焼戻し性

  強度と靭性の焼き戻しは、伝統的な焼き戻し処理です。 焼入れ後、鋼の靭性を向上させ、強度と靭性を一致させ、より高い総合的な機械的特性を得る目的で、ワークピースは通常550〜650℃で焼き戻されます。 強力な靭性焼入れの適用範囲は非常に広く、約 80% の中炭素構造鋼ワークピースがこの種の焼入れを採用しています。 焼き戻し鋼の機械的性質を表 2 に示します。

表2 強度と靭性の焼入れ焼戻し処理後の機械的性質の範囲

伸びの強さ

Rm/MPa

降伏強度

相対/MPa

破断後の伸び率

あ(%)

面積の減少率

Z(%)

衝撃吸収エネルギー

Akv(0℃)/J

硬度

H.B.W.

650-900500-70015-2545-6550-150240-300

(3) 鋼の高強度焼戻し

  高強度焼戻しはハードテンパとも呼ばれます。 焼き入れ後、500~600℃の高温で焼き戻しを行うことで、硬度と強度を大幅に向上させながら、より高い塑性と靭性を得ることができます。 このプロセスは、高強度ファスナー、高強度鋼タイロッド、アンカーロッド、さまざまなシャフト部品、および高疲労性能、高寿命のその他のワークピース要件など、軽量で軽量なワークピースの削減に非常に適しています。 焼き戻し鋼の機械的特性を表 3 に示します。

表3 高強度焼入れ焼戻し処理後の機械的性質の範囲

伸びの強さ

Rm/MPa

降伏強度

相対/MPa

破断後の伸び率

あ(%)

面積の減少率

Z(%)

衝撃吸収エネルギー

Akv(0℃)/J

硬度

H.B.W.

900-1200700-10008-1840-5535-80300-380

B.焼戻し鋼の分類

  文献では、鋼の焼入れ性が焼戻し処理の品質に影響を与える最も重要な要素であることが強調されています。 焼入性が異なる鋼では、焼入れ後に得られる焼入れ浸透層の深さが異なり、微細構造が異なるため、断面に沿った分布の機械的特性も異なります。 ワークピースの機械的性能要件が高いほど、特にワークピースの断面サイズが非常に大きい場合、硬化性の影響も大きくなります。 したがって、鋼の焼入れ性に応じて、焼戻し鋼は、焼入れ性の最も低い焼戻し鋼、焼入れ性の低い焼戻し鋼、焼入れ性の高い焼戻し鋼、および焼入れ性の最も高い焼戻し鋼のXNUMXつのタイプに分けることができます。

(1)焼入れ性が最も低い調質鋼

  焼入れ性が最も低い焼戻し鋼とは、15℃の水で急冷したときの臨界直径が23〜20mmの中炭素非合金鋼(中炭素鋼)を指します.35鋼、40鋼、45鋼、50鋼など。 45 鋼 (コード U20452) は、中国で最も一般的に使用されている焼戻し鋼です。焼入れ性が最も低いため、45 鋼の焼入れ処理は、断面サイズが 25mm 未満の小さなワークピースにのみ適しています。

  しかし、長年にわたり、多くの企業は、最も重要な品質特性である 45 鋼の焼入れ焼戻し処理を無視してきました。60 ~ 100 mm のワークピースの断面サイズだけでなく、直径 300 ~ 500 mm の大型シャフト タイプの予熱も無視してきました。処理もテンパリング処理を使用しています。 断面サイズの影響により、ワークピースのサイズが大きくなると、焼入れ後の硬度が低くなり、硬化層が浅くなり、ワークピースの総合的な機械的特性が低下します。 特に粗い車代(通常3〜5mm)のため、焼入れ焼戻し後の45鋼ワークピースは、ほとんどのワークピースまたはすべての硬化層処理になります。 ワークピースの直径が 60mm より大きい場合、焼戻し後の焼入れ後の性能は焼きならし後の性能と同様です。 サイズが 100mm を超えると、表面はマルテンサイト組織さえ得られません。 したがって、45鋼の大きな断面サイズのワークピースは、焼きならしまたは表面焼入れ条件で使用する必要があります。

(2) 焼入性の低い焼戻し鋼

  低焼入性の焼戻し鋼とは、30℃の水で焼入れしたときの臨界直径が54〜19mm、油焼入れ臨界直径が40〜20mmの中炭素低合金鋼を指します(質量分率は通常2.5%以下)。 主に 35Cr、40Cr、45Cr、35Mn2、40Mn2、45Mn2 などがあります。その中で、40Cr 鋼 (コード A20402) は中国で最も多く使用されている合金焼戻し鋼です。 通常、中程度の断面サイズで、非合金鋼 (炭素鋼) よりも高い機械的特性を持つ部品の焼き戻しに使用されます。

(3)焼入れ性の高い焼戻し鋼

  高焼入性の強化鋼とは、20℃の水で急冷した中炭素低合金鋼を指し、臨界直径は42〜85mm、油焼入れの臨界直径は30〜6mmです。主に30CrMnSi、35CrMnSi、35CrMo、42CrMo、40CrNiがあります。鋼など.35CrMo (コード A30352) および 42CrMo (コード A30422) 鋼は、最も一般的に使用される中炭素および低合金の焼戻し鋼です。 それらは主に、高強度、良好な靭性、40Cr鋼よりも高い焼入れ性、高いクリープ強度、および高温での持続強度を特徴とし、500℃で長時間使用できます。

(4) 焼き入れ性が最も高い調質鋼

  焼き入れ性が最も高い焼戻し鋼とは、中炭素低合金鋼と中炭素中合金鋼を20℃の水で焼入れしたもので、臨界直径60~126mm、油焼入れ臨界直径46~114mmの鋼を指します。主な鋼種は40CrNiMoAです。 (コード A50403)、agtCrMnMo (コード A34402)、37CrNi3 (コード A42372) など。 横型鍛造機のエキセントリック シャフト、鍛造機のクランクシャフトなど、断面が大きく、衝撃荷重に耐える高強度部品の製造によく使用されます。 、高強度タイロッド、アンカーロッドなど

  上記XNUMX種類の調質鋼は、一般機械に使用される調質鋼のみを対象としています。 鋼の化学組成、断面サイズ、および熱処理プロセスが異なるため、各タイプの間に厳密な境界はありません。

C.低炭素マルテンサイト鋼が焼き戻し鋼に取って代わります

  学者の Lei Tingquan 氏は、焼戻しは強度を犠牲にして可塑性と靭性を改善するプロセスであり、材料の可能性に有害であることを特に強調しました。 低炭素鋼および低炭素合金鋼の低炭素マルテンサイトへの強力な焼入れは、ますます広く使用されています。これは、鋼の強度と靭性の可能性を発揮し、機械部品の寿命を延ばすための重要な方法になっています。 したがって、工業生産では、低炭素鋼の強力な焼入れは、中炭素鋼の焼入れおよび焼き戻し処理の一部を置き換えることができます。

(1) 20Cr 鋼は、40Cr 鋼で焼戻しする代わりに、低炭素マルテンサイトで強力に焼入れします。

  350℃で焼戻しした後、20Cr 鋼は、焼戻しした 40Cr 鋼よりも高い強度、硬度、可塑性、および衝撃靭性を備えています。 20Cr 鋼の代わりに 40Cr 鋼を使用してドリル パイプ ロック ジョイントを作成すると、スリップ バックルの故障を軽減または回避することさえできます。 その高い可塑性、破壊靭性、多重耐衝撃性、および低温で脆い変換温度 (& LT;-70℃) が低いため、ドリル パイプ ロックの耐用年数を大幅に向上させることができます。 低炭素マルテンサイトは優れた機械加工性能を持ち、プロセスを簡素化し、コストを削減します。 これら 4 種類の鋼の焼入れ焼戻し後の機械的性質を表 XNUMX に示します。

表4 熱処理後の20Cr鋼と40Cr鋼の機械的性質比較

鋼のグレード熱処理プロセスHRCReH/MPaRm / MPaA (%)Z (%)AKV/J
20Cr920℃、10% NaCl溶液で焼入れ、350℃で焼戻し3710001213136464
40Cr850℃油焼入れ、500℃焼戻し3683098094539

(2) 20 鋼の低炭素マルテンサイト集中焼入れは、45 鋼の焼入れ焼戻し処理に取って代わります。

  チェーン プレート コンベヤの四角いスリーブは、20 の焼戻し鋼の代わりに 45 の鋼管でできています。20 の鋼管を介して 900℃X7 分で焼入れします。焼戻し 10 鋼より 160% 増加し、プロセスが簡素化され、組み立て時に破断が発生せず、歪みが小さく、製品品質が向上し、生産効率が 30 倍以上向上しました。

  ブームジョイントピンを 20 鋼クエンチの代わりに 45 鋼で作成します。 リフティング アームの接続ピンは、もともと 45 鋼で焼戻しされていました。 6mm穴の端の部分にクラック。

(3) 20CrMnTi 鋼の焼入れ硬化が 40CrMnTi 鋼の焼き戻しに取って代わる

  熱処理後の 20CrMnTi 鋼と 40CrMnTi 鋼の機械的特性を表 5 に示します。

表 5 熱処理後の 20CrMnTi 鋼と 40CrMnTi 鋼の機械的性質の比較

鋼のグレード熱処理プロセスHRCReH/MPaRm / MPaA (%)Z (%)AKV/J
20Cr920℃、10% NaCl溶液で焼入れ、350℃で焼戻し4712081502105652
40Cr850℃油焼入れ、500℃焼戻し351209132594547

D.結論

(1) 焼き戻しの主な目的は、ワークピースの優れた総合的な機械的特性を得ることです。 機械的性質の分類によれば、焼入れ剤は、高靭性焼入れ剤、強靭性焼入れ剤、高強度焼入れ剤の XNUMX 種類に分類できます。

(2)焼入れ性は、焼戻し処理の品質を左右する最も重要な品質特性です。 焼入れ性によって、焼戻し鋼は、焼入れ性が最も低い、低い、高い、および高い、の 4 つのカテゴリに分類できます。

(3) 低炭素マルテンサイト鋼は、焼き戻し鋼の代わりに構造用鋼の熱処理を開発するための重要な方法です。

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