金属の熱間加工プロセスの概要

中心原理: 再結晶化

• 再結晶温度:これは、金属の歪んだ冷間加工粒子構造が、歪みのない新しい粒子構造に変化することができる最低温度です。{{0}{1}この温度は固定点ではなく、通常は金属の絶対溶融温度の 0.5 ～ 0.7 倍です。
• ひずみ硬化と回復:金属を室温で変形（成形）すると（「冷間加工」）、金属はより硬く、より強くなりますが、より脆くなります。-この現象は、ひずみ硬化または加工硬化。これと同じ変形が再結晶温度を超えて行われた場合、発生した硬化は再結晶と回復の同時プロセスによって直ちに緩和されます。これにより、ひび割れや過剰なエネルギー消費を発生させることなく、広範囲かつ連続的な成形が可能になります。

一般的な熱間加工プロセス

1. 熱間圧延:これは最も一般的な熱間加工プロセスです。大きな鋳造金属片（「インゴット」または「スラブ」）を加熱し、一連のロールに通すことで厚さを減らし、均一な断面を実現し、シート、プレート、バー、構造形状（梁、レール）などの製品を製造します。-
2. 熱間鍛造：金属は加熱され、通常はハンマー、プレス、または金型を使用して圧縮力を加えて成形されます。鍛造により金属の結晶粒の流れが部品の形状に合わせられるため、優れた強度と靭性が得られます。例としては、クランクシャフト、コネクティングロッド、ハンドツールなどがあります。
3. 押し出し：加熱された金属ビレットを容器に入れ、目的の断面形状のダイ開口部に押し込みます。-このプロセスは、窓枠、チューブ、構造コンポーネントなど、長く複雑な中実および中空の形状を作成するのに最適です。
4. 熱間絞り (または深絞り):冷間引抜と似ていますが、引き裂くことなくより激しい変形を可能にするために高温で実行されます。深いカップ状の部品を成形するために使用されます。-
5. キャスト (特殊なケース):技術的には二次成形プロセスではなく一次成形プロセスですが、鋳造には、溶融金属 (再結晶温度をはるかに超える温度) を型に注入することが含まれます。これは、金属を形成するための基本的な熱間プロセスとしてここに含まれています。

熱間加工の利点

• 高い成形性:金属は高温になると延性がはるかに高まり、可塑性が高まるため、室温では不可能な大幅な形状変化が可能になります。
• 単位体積当たりのエネルギー消費量が低い:金属が柔らかいため、冷間加工に比べて、変形に必要な力とエネルギーが少なくて済みます。
• 粒子構造の微細化:粗くて脆い鋳造構造を破壊し、より細かく均一な粒径を生成し、機械的特性を向上させることができます。{0}
• 多孔性の除去:高圧と高温により、鋳造金属に存在する内部空隙やガス孔を溶接して閉じることができます。
• ひずみ硬化なし:このプロセスでは、加工硬化によって強度/硬度が増加することはありません。そのため、プロセス後の材料の機械加工や成形が容易になります。

熱間加工のデメリット

• 寸法精度の低下:熱による膨張と収縮、およびスケール (酸化物) の形成により、冷間加工に比べて寸法精度が低下し、表面仕上げが悪化する可能性があります。
• 酸化とスケール:高温の金属は空気と反応し、表面に酸化層 (スケール) を形成します。これを除去する必要があり、材料の損失につながります。
• 表面仕上げが悪い:スケーリングされた表面は粗くなっています。
• 短い工具寿命:高温と研磨スケールにより、ダイ、ロール、その他の工具の摩耗や劣化が早まる可能性があります。
• 高いエネルギーコスト:金属を高温に加熱するコストは多額になる可能性があります。

アプリケーション

• 自動車:エンジン部品の鍛造、車体用圧延鋼材。
• 航空宇宙:着陸装置などの重要な構造コンポーネントを鍛造します。
• 工事：I 型梁、鉄筋、構造プレートの圧延。-
• 造船：大型鋼板・形鋼の製造。

結論