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冶金学において、熱間加工とは、金属を再結晶温度以上で塑性変形させる工程を指します。再結晶温度以上では、変形中に材料が再結晶します。再結晶によって材料のひずみ硬化が抑えられ、最終的に降伏強度と硬度が低く、延性が高くなるため、これは重要です。[1]これは冷間加工とは対照的です。
高温の金属を使用して、圧延、鍛造、押し出し、引抜きなど、さまざまな加工を行うことができます。
温度
熱間加工温度の下限は、再結晶温度によって決まります。目安としては、材料の熱間加工温度の下限は、その融点の 60% です(絶対温度スケール)。熱間加工の上限は、過度の酸化、結晶粒の成長、望ましくない相変態など、さまざまな要因によって決まります。実際には、成形力をできるだけ低く抑え、ワークピースの熱間加工に使用できる時間を最大化するために、材料は通常、最初に上限まで加熱されます。[1]
熱間加工プロセスで最も重要な点は、ワークピースの温度を制御することです。ワークピースに与えられたエネルギーの 90% は熱に変換されます。したがって、変形プロセスが十分に速ければ、ワークピースの温度は上昇するはずですが、実際には通常、これは起こりません。熱のほとんどは、ワークピースの表面からより冷たい工具に失われます。これにより、ワークピースに温度勾配が生じます。これは通常、薄い部分が厚い部分よりも冷たい不均一な断面が原因です。最終的には、より冷たく延性の低い表面に亀裂が生じる可能性があります。この問題を最小限に抑える方法の 1 つは、工具を加熱することです。工具が熱いほど、工具に失われる熱は少なくなりますが、工具の温度が上昇すると、工具の寿命が短くなります。したがって、工具の温度は妥協する必要があります。通常、熱間加工工具は 500～850 °F (325～450 °C) に加熱されます。[2]
利点と欠点
利点は以下のとおりです。[1]
- 降伏強度が低下するため、作業が容易になり、エネルギーや力の消費が少なくなります。
- 延性の向上
- 温度が上昇すると拡散が増加し、化学的不均一性が除去または低減される可能性がある。
- 変形中に気孔のサイズが小さくなったり、完全に閉じたりすることがある
- 鋼では、低温で見られる強い体心立方フェライト微細構造の代わりに、弱く延性のある面心立方オーステナイト微細構造が変形する。
通常、熱間加工される最初のワークピースは元々鋳造されたものです。鋳造品の微細構造は、微細構造の観点からは工学的特性を最適化しません。熱間加工により、微細構造が微細な球状の粒子を持つものに置き換えられるため、ワークピースの工学的特性が向上します。これらの粒子は、材料の強度、延性、靭性を高めます。[2]
介在物（不純物）の向きを変えることで、工学特性も改善できる。鋳造状態では介在物はランダムに配向しており、表面と交差すると亀裂の伝播点となる可能性がある。材料を熱間加工すると、介在物は表面の輪郭に沿って流れる傾向があり、ストリンガーを形成する。全体として、ストリンガーは流動構造を形成し、その特性は異方性（方向によって異なる）となる。ストリンガーが表面と平行に配向されると、特に破壊に関して、ワークピースが強化される。ストリンガーは「亀裂防止装置」として機能する。亀裂はストリンガーに沿ってではなく、ストリンガーを通って伝播しようとするからである。[2]
欠点は以下の通りである: [1]
- 金属と周囲の雰囲気との間の望ましくない反応（ワークピースのスケール化または急速な酸化）
- 熱収縮と不均一な冷却による反りにより許容誤差が小さくなる
- 金属の粒子構造はさまざまな理由により変化することがある
- ガス炉やディーゼル炉、誘導加熱器などの加熱装置が必要であり、非常に高価になる可能性がある。
プロセス
参考文献
注記
- ^ abcde Degarmo、373ページ。
- ^ abc Degarmo、374ページ。
文献
- デガーモ、E. ポール; ブラック、J. T.; コーサー、ロナルド A. (2003)、製造における材料とプロセス(第 9 版)、Wiley、ISBN 0-471-65653-4。