アルミニウムは、低密度、高耐食性、良好な導電性などの優れた特性により、さまざまな産業で広く使用されている金属です。熱処理は、アルミニウム製品の機械的特性と性能を大幅に向上させる重要なプロセスです。アルミニウムのサプライヤーとして、私はアルミニウムのさまざまな熱処理方法について幅広い知識と経験を持っています。このブログでは、アルミニウムの一般的な熱処理方法をいくつか紹介します。
アニーリング
アニーリングは、アルミニウムを特定の温度まで加熱し、その後ゆっくりと冷却する熱処理プロセスです。このプロセスは、内部応力を緩和し、延性を高め、機械加工性を向上させるために使用されます。
アルミニウムの焼鈍には主に 3 つのタイプがあります。
- 完全焼鈍: これはアルミニウムの最も一般的なタイプの焼鈍です。アルミニウムは 343°C ～ 427°C (650°F ～ 800°F) の温度に加熱され、金属が均一な温度に到達するのに十分な時間この温度に保持され、その後ゆっくりと冷却されます。完全な焼きなましを使用して完全に再結晶化された構造を生成し、最大限の柔らかさと延性をもたらします。たとえば、私たちが供給するとき、シームレスアルミニウムチューブ完全焼きなましを行うと、チューブを簡単に曲げたり、亀裂を発生させずに成形したりできます。
- プロセスアニーリング: 応力除去焼鈍とも呼ばれるプロセス焼鈍は、圧延、絞り、曲げなどの冷間加工プロセス中に発生する内部応力を緩和するために使用されます。アルミニウムは再結晶温度より低い温度、通常は 260°C ～ 371°C (500°F ～ 700°F) まで加熱され、その後空冷されます。このプロセスは、製品の製造でよく使用されます。1060アルミニウムコイルさらなる加工中のひび割れや反りを防ぎます。
- 球状化焼鈍: このタイプの焼鈍は、高炭素アルミニウム合金の被削性を向上させるために使用されます。アルミニウムは下限臨界温度よりわずかに高い温度まで加熱され、その後ゆっくりと冷却されます。このプロセスにより、炭化物粒子が球状の形状を形成し、切削抵抗が低減され、機械加工中の表面仕上げが向上します。
溶体化熱処理
溶体化熱処理は、アルミニウム合金を高温に加熱して、アルミニウム母材中の合金元素を溶解するプロセスです。次に、合金は室温まで急速に冷却され、溶解した元素が過飽和固溶体に保持されます。
溶体化処理の手順は以下の通りです。
- 加熱: アルミニウム合金は、合金組成に応じて、通常 450°C ～ 550°C (842°F ～ 1022°F) の特定の溶体化温度まで加熱されます。たとえば、一部の高強度アルミニウム合金には、より高い溶体化温度が必要です。
- 浸漬: すべての合金元素がアルミニウム マトリックスに完全に溶解するように、合金を一定時間溶体化温度に保持します。浸漬時間は合金の厚さと組成によって異なります。
- 焼入れ: 浸漬後、合金は水、油、または空気中で急速に急冷され、合金元素の析出を防ぎます。焼入れ速度は溶体化熱処理において重要な要素です。焼入れ速度が速いと強度が高くなりますが、残留応力や歪みのリスクも高まります。
溶体化熱処理は、アルミニウム合金の強度と耐食性を向上させるためによく使用されます。溶体化熱処理後、析出硬化によりアルミニウム合金をさらに強化することができます。
析出硬化
時効硬化としても知られる析出硬化は、アルミニウム マトリックス内に第 2 相の微粒子を析出させることにより、アルミニウム合金の強度と硬度を向上させるプロセスです。
析出硬化のプロセスは 3 つの段階で構成されます。
- 溶体化処理: まず、アルミニウム合金を上記のように溶体化熱処理して過飽和固溶体を形成します。
- 焼入れ: 合金は室温まで急速に急冷され、過飽和固溶体が保持されます。
- エージング: 次に、急冷した合金をより低い温度、通常は 120°C ～ 200°C (248°F ～ 392°F) に加熱し、この温度で一定時間保持します。エージング中に、過飽和固溶体が分解し、第 2 相の微粒子がマトリックスから析出します。これらの析出物は転位の移動に対する障害物として機能し、それによって合金の強度と硬度が増加します。
老化には、自然老化と人工老化の2種類があります。自然老化は室温で一定期間にわたって起こりますが、人工老化は高温で行われます。たとえば、一部の航空宇宙グレードのアルミニウム合金は、必要な高強度と耐疲労性を実現するために人工的に時効処理されています。
ストレス解消
応力除去は、鋳造、溶接、機械加工などの製造プロセスによって生じるアルミニウム製品の内部応力を軽減するために使用される熱処理プロセスです。
応力緩和プロセスでは、アルミニウムをアニーリング温度より低い温度 (通常は 150°C ～ 260°C (302°F ～ 500°F)) に加熱し、内部応力を緩和するのに十分な時間この温度に保持します。その後、アルミニウムを室温までゆっくり冷却する。
内部応力は歪み、亀裂、疲労寿命の低下を引き起こす可能性があるため、応力を軽減することは重要です。たとえば、の制作においては、アルミホイル1100応力を緩和すると、フォイルの平坦性と寸法安定性が向上します。
結論
アルミニウムの各熱処理方法には、それぞれ独自の特徴と用途があります。焼きなましは延性と機械加工性を向上させることができ、溶体化熱処理と析出硬化は強度と耐食性を向上させることができ、応力緩和は内部応力を軽減することができます。当社はアルミニウムのサプライヤーとして、お客様の多様なニーズを満たす高品質の熱処理アルミニウム製品を提供するための専門知識と設備を備えています。
航空宇宙、自動車、建設、包装業界のいずれであっても、当社は適切な熱処理アルミニウム製品を提供できます。当社のアルミニウム製品にご興味がございましたら、熱処理についてご質問がございましたら、調達からご相談までお気軽にお問い合わせください。当社は最高の製品とサービスを提供することに尽力しています。
参考文献
- 金属ハンドブック委員会。 （1990年）。金属ハンドブック: 特性と選択: 非鉄合金と純金属。 ASMインターナショナル。
- JR デイビス (2001)。アルミニウムおよびアルミニウム合金。 ASMインターナショナル。