極低温硬化

極低温焼入れは、通常液体窒素を使用して、材料を約 -185 °C (-301 °F) まで冷却する極低温処理プロセスです。組成と事前の熱処理によって室温でいくらかのオーステナイトが保持される場合、特定の鋼の機械的特性に大きな影響を与える可能性があります。これは、鋼の結晶構造内のマルテンサイトの量を増やし、強度と硬度を高めるように設計されていますが、靭性が犠牲になることもあります。現在、この処理は、工具鋼、高炭素鋼、高クロム鋼、場合によっては超硬合金^[1]に使用されており、優れた耐摩耗性を実現しています。最近の研究では、この処理中にマトリックスに微細炭化物 (イータ炭化物) が析出することが示されており、鋼に非常に高い耐摩耗性が付与されます。^[2]

オーステナイトからマルテンサイトへの変態は主に焼入れによって行われますが、一般的には温度が下がるにつれて変態が完了に近づきます。オーステナイト系ステンレス鋼などの高合金鋼では、変態の開始に室温よりはるかに低い温度が必要になる場合があります。より一般的には、最初の焼入れで不完全な変態が起こるため、極低温処理は以前の焼入れの効果を高めるだけです。ただし、マルテンサイトは鉄-鉄炭化物状態図上の非平衡相であるため、極低温処理後に部品を温めても、誘発されたマルテンサイトがオーステナイトまたはフェライトとセメンタイトに再変態して硬化効果が打ち消されることは示されていません。

これらの相間の変化は瞬時に起こり、拡散に依存せず、またこの処理は極端な硬度を和らげるのではなく、より完全な硬化を引き起こすため、「極低温焼戻し」という用語は技術的に不正確です。^{[引用が必要]}

硬化は必ずしもマルテンサイト変態によるものではなく、極低温での冷間加工によっても達成できます。これらの低温での塑性変形によって導入される欠陥は、通常室温で形成される転位とはまったく異なることが多く、ある意味で衝撃硬化の効果に似た材料変化を生み出します。このプロセスは従来の冷間加工よりも効果的ですが、主に爆発鍛造などのより経済的なプロセスの理論的なテストベッドとして機能します。

マルテンサイト変態を起こさない多くの合金は、鋼と同じ処理、つまり冷間加工を施さずに冷却される処理を受けています。このような処理に何らかの利点があるとすれば、熱膨張によって材料にわずかながら永久的な変形が生じるためだと考えられます。 ^{[引用が必要]}

• 極低温冷間成形、極低温でも延性が維持されるオーステナイト系ステンレス鋼で可能
• 極低温処理