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「熱処理に関する不具合」

「熱処理に関する不具合」とは

今回は熱処理によって発生する不具合に関しての内容です。

金属部品のほとんどは熱処理によって金属特性が得られます。

ですが、大半が最終工程で行われるため熱処理に関する不具合は

致命的なものになります。

最も多い問い合わせ事例ですが大気中で加熱したときに発生する

「酸化スケール」

です。見た目でも分かる、表面の変色と厚い酸化物層になります。

酸化の程度は熱処理工程での

1.酸化性ガスの量が多いほど

2.加熱温度が高いほど

3.加熱時間が長いほど

大きくなります。

つまり、磁気焼鈍を大気中でおこなうと、

表面の酸化スケールを化学的にも物理的にも

除去することは困難になります。

これは鋼に限らず、銅、真鍮、特殊鋼でも同様で

鉄ベースの金属は還元性ガスである「水素雰囲気」

が最も適していています

水素雰囲気による熱処理」に関してはこちらをご覧ください。

その他の金属や特殊鋼、レアメタルなども極力、酸素や水分のない

雰囲気下、もしくは真空中でおこなわなくてはなりません。

加熱時間の短い焼入れだとしても、硬さ不足や焼割れなどが発生します。

材質:純銅

処理条件:450℃ 大気中

厚い酸化物層が生じ、化学的に除去することは出来ませんでした。

また、この後の表面処理工程をおこなうことも不可、という結果になりました。

 

注釈:自社での大気熱処理の表面状態の試験を行ったものであり、製品ではありません。

 

また、熱処理に関する不具合と多くあげられる損傷としては

「変形・変寸」

です。

熱処理後の加工や矯正も可能ではありますが、繊細な部品

になると現実的にはかなり困難になります。

 

Armature alignment for devices

画像:パーマロイ板厚0.2mm HV70

少し触っただけで変形してしまう硬度です。

寸法を変化させないためには、整列処理が最も安心、安全ですが

一番は「コスト」に反映してしまうこと

二番目に「ノウハウ」が無く、確立するまでに時間がかかってしまうこと

になります。

その点は54年という磁気焼鈍専門での永年の経験と知識のある

サーマル化工へお任せいただければ、その課題は難なく解決できることを

お約束いたします。

また磁気焼鈍の場合、

「磁気特性の劣化」が生じます。

磁気特性劣化(内部歪み)は加工でうける衝撃などで、磁化する状態

を指します。この内部歪みを除去することにより、本来の特性を得て

製品化したときの性能が確保されることになります。

 

温度の均一性が保たれていないと、この再結晶化は難しくなります。

とても単純なことになりますが、これは炉内への投入バランスが最も重要となります。

これはサイズ・質量・形状により大きく異なる重要なポイントです。

この処理方法のご提案、もいたします。

お問い合わせフォーム

はこちらまで。

 

次回更新予定は「水素ってなんだろう?」です。

水素熱処理のサーマル化工

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「研究・開発・試作 Q&A その2」

「研究・開発・試作」本当に受けてくれますか?

サーマル化工にお問い合わせいただく「研究・開発・試作」の案件には

色々な事例があります。

 

Q「条件が複雑で長時間ですが、熱処理受けてくれますか?」

A「はい、行えます。24時間、人の目による管理も行っておりますので安心です」

メーカー:CHINO KR2000 プログラム温調計(最大30ステップ)

デジタルチャート:CHINO CR3000

遠隔管理システム:CISAS (オリジナルスペック)

と連動しており、IOTとひとの目で確認しています。

毎週月曜から金曜まで、最長120時間の処理が可能です。

また、大型・小型炉を14基保有しておりますので、サイズの対応も可能です。

設備一覧」に関してはこちらをご覧ください。

Q「100μm以下ですが、熱処理は可能でしょうか」

A「はい、大丈夫です。産学官連携による知見のもと、最適な熱処理を提案いたします」

材質:パーマロイ サイズ90μm

処理条件:1100℃ 3時間保持 水素雰囲気中

このサイズより小さい50μm以下の部品や粉末、箔なども実績があります。

各大学の研究室と連携し最適な熱処理や可能性をご提案いたします。

水素雰囲気による熱処理」に関してはこちらをご覧ください。

Q「開発案件です、材料の測定や分析は可能ですか?」

A「はい、可能です。官民連携し金属特性に限らず、表面状態、成分分析まで承ります」

材質:78%パーマロイ(MPC)

45%パーマロイ(PB)

サイズ:JISリング 積層巻き線による測定

処理条件:1100℃ 3時間保持 水素雰囲気中と真空中の比較測定データです。

埼玉県産業技術センター・東京都産業技術センター・非破壊検査・各大学との

連携により、他社では測定が困難な測定・分析も可能です。

外部委託の検査は別途お見積り、お打ち合わせの上、ご提案いたします。

また、工場現調、立ち合い実証、いつでもご連絡ください。

上記測定データの詳細ご覧いただきたい方は

こちらの お問い合わせフォームにご連絡いただければ幸いです。

 

 

サーマル化工では研究開発専用の設備を中枢事業としています。

比較材料の購入・加工、熱処理後の表面処理(メッキ・被膜・特殊コーティング)

も受けたまわります。面倒な加工会社探し、手続きに時間を有している皆様

ものづくり企業のネットワークでワンストップサービスを提供いたします。

お気軽に、熱処理のことならサーマル化工へ。

 

次回更新予定は「熱処理に関する不具合」です。

 

水素熱処理のサーマル化工

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「研究・開発・試作 Q&A」

「研究・開発・試作」本当にひとつからでも受けてくれますか?

サーマル化工へのお問い合わせのほとんどは「研究・開発・試作」の案件です。

お問い合わせ内容として多い例をご紹介します。

Q「本当に1点だけですが、熱処理受けてくれますか?」

A「はい、行います。温度条件により混載・単体での差はありますが、全て受注可能です」

パーメンジュール水素焼鈍

材質:パーメンジュール

条件:850℃ 3時間保持 水素雰囲気中

処理後は光沢感のある黒の輝きになる特徴のある材質です。

こちらは大型音響製品の部品です。そのため1点のみの製作品です。

試作・量産に関わらず、1点の依頼は大歓迎です。

また、大型・小型炉を14基保有しておりますので、サイズの対応も可能です。

設備一覧」に関してはこちらをご覧ください。

Q「研究なので単発で終わるかもしれません、受けてくれますか」

A「はい、大丈夫です。部品に限らず、さまざまな素材に対応しています」

材質:純鉄系鉄粉 約10μm

処理条件:850℃ 3時間保持 水素雰囲気中

こちらは大学の研究室より、学生の研究テーマ「酸化鉄の還元」を目的とした

実証実験例です。こちらのように研究機関はもとより、大学の研究室の依頼も

承ります。将来の熱処理技術に向けて、少しでもお役に立てれば幸いです。

水素雰囲気による熱処理」に関してはこちらをご覧ください。

Q「開発案件です、比較材料も含めて処理は可能ですか?」

A「はい、可能です。材質別・ロット管理・個別梱包もお任せください」

材質:78%パーマロイ(PC-2) 線径 0.2mm

処理条件:1100℃ 3時間保持 水素雰囲気中

生産ロット個別管理 同一製品識別希望に対応したものです。

手法は製品や形状により異なりますので、お打ち合わせの上、ご提案いたします。

また、工場現調、立ち合い実証、いつでもご連絡ください。

処理前後の保磁力測定(Hc)のご依頼も多くあります。

K-HC1000保磁力計(東北特殊鋼製)にて測定可能です。

計量・材質管理・ロット管理も可能です。

また、比較材料の購入・加工、熱処理後の表面処理(メッキ・被膜・特殊コーティング)

も受けたまわります。面倒な加工会社探し、手続きに時間を有している皆様

ものづくり企業のネットワークでワンストップサービスを提供いたします。

まずはお気軽に、熱処理のことならサーマル化工へ。

こちらの お問い合わせフォームにご連絡いただければ幸いです。

次回は「研究・開発・試作 Q&A その2」です

https://www.sa-marukakou.com/2020/03/27/「研究・開発・試作 qa その2」.html

 

水素熱処理のサーマル化工

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熱処理できますか(特殊鋼編)

熱処理できますか(特殊鋼編)

 

あけましておめでとうございます。本年もよろしくお願いいたします。

令和2年最初の投稿は「特殊鋼編」になります。

 

「特殊鋼」とは、鉄に炭素以外の元素を加えた合金鋼のことです。

「特殊鋼」は添加する元素によって特性が大幅に上昇します。

特性とは鋼の

・強度

・硬度

・耐摩耗性

・耐食性

・耐熱性

が増すことを指します。

ただし、全てを網羅することは出来ませんので、それぞれ添加する元素で

特性を変化させ、目的によってその材質を使い分けています。

主な添加物(元素)として

・マンガン Mn 粘りを損なわず、強度が増します。

・クロム Cr 摩耗に強くなり、錆びにくくなります。

・モリブデン Mo 高温下での強度、硬度が増します。

・タングステン W モリブデンの上位、同等の作用があります。

・ニッケル Ni 粘りと強さが増し、温度にも強くなります。

・チタン Ti 表面硬度が増し、錆びにくくなります。

また、これ以外にも

・磁性を強くする

・磁性を抑える

・精密加工が出来る

・しなやかになる

といった特性を得る添加物もあり、このような材料からつくられた部品の熱処理を

サーマル化工で行っています。

では、「特殊鋼」に必要な熱処理とは何か?

今回は「特殊鋼」の熱処理を材質別にご紹介いたします。

 

サーマル化工で熱処理を行っている「特殊鋼」の熱処理をご説明します

 

「特殊鋼」は使用目的別に分類されていて、鉄・炭素を主とした鋼に比べ

多くの添加物を数パーセントずつ配合したものになります。

添加物には希少金属が多く含まれており、当然ですが高価なものがほとんどです。

画像はインコネル750X(Inconel®)の恒久バネになります。

この恒久バネの硬度をさらに増すためには「時効硬化処理」という熱処理が必要です。

特殊鋼のほとんどは開発段階から適切な熱処理条件が設定されている場合

が多く、インコネル750Xの「時効硬化処理」の場合

・704℃ 20時間保持

また、インコネル718では

・720℃ 8時間保持 → 620℃ 10時間保持

となります。

昇温・降温と常温まで冷却する工程を入れると約30時間かかります。

この処理時間をどうやって行うのか?

当然ですが人が管理するには無理があります。

また、自動制御で確実に処理を行えているか無人では不安も生じます。

ですが、サーマル化工は月曜日から金曜日まで24時間交代制による連続操業

を行っており、最長で120時間の処理が可能です。

長時間処理もなんなく行うことが出来ます。さらに自動制御に加えて

目視管理も行っておりますので、他社では不可能な処理が可能となります。

これらの「特殊鋼」は小ロットでかつ高単価な場合が多く、失敗は許されません。

大気中で処理を行ったり、雰囲気を形成出来ていなかったり(真空でも同様のことが言えます)

熱処理が何らかのトラブルで途絶えてしまうと従来の特性を得ることは出来ません。

そのような知識と経験は50年以上の実績があるサーマル化工の熱処理技術で対応いたします。

 

サーマル化工では水素による光輝焼鈍の熱処理技術を持っています

 

次は特殊鋼の添加剤でも使用されている元素

・モリブデン Mo

・タングステン W

・ニッケル Ni

の熱処理例です。

こちらの画像はタングステンとハステロイ(耐酸性に優れた特殊鋼)

になります。

高温下での使用部品や酸洗が必要となる設備での部品に使用されるものです。

強度や硬度などの特性を得られるかわりに、非常に硬く部品に加工するには

難しい、難加工材とも呼ばれます。

その代償として無理に加工を行うと歪みが生じて図面寸法通りに仕上がらない

という問題が起こります。

これには「応力除去焼鈍」が必要となり、その違いははっきりと表れます。

その処理温度ですが加工する材質や寸法、使用目的によって大きく

異なり、900℃前後から1100℃以上まで顧客により指定温度

が違い、また、保持時間も異なります。

特殊鋼も他の材質と同じく熱処理条件を間違えると元の硬度に戻すことは出来ません。

サーマル化工は24時間連続稼働、多くの温度帯を同時に処理が可能な

設備を保有しています。

設備一覧」に関してはこちらをご覧ください。

画像はモリブデン Mo のワイヤー加工前ですが、同様に硬く加工は困難です。

こちらも「応力除去焼鈍」でしなやかさが増し、加工しやすくなります。

しかし、高純度の雰囲気で熱処理を行わないと特殊鋼は特性を得られなくなる

だけでなく、金属組織そのものが変化し、劣化の原因となってしまいます。

また、他の材質と同じく熱処理条件を間違えると元の硬度に戻すことは出来ません。

「特殊鋼」は前段でもご説明したように高価なものです。

それには正確な条件、長年の経験と豊富な実績のあるサーマル化工へお任せください。

水素雰囲気による熱処理」に関してはこちらをご覧ください。

 

サーマル化工へよくあるお問い合わせの一例です

 

特殊鋼のほとんどは高温、長時間、雰囲気下(もしくは真空下)

で熱処理をおこなってもあまり変化は見受けられず、若干雰囲気が悪くても

スケールなどが出ることはありません。

しかし、材質によっては目視では判断できない不具合が生じる分、慎重に

取り扱わなくてはいけません。

 

・想定していた特性が得られない・・・「温度条件が合っていない」

厚みや加工度合いによって大きく異なります。これには幾度の試作が必要となる

場合があります。

サーマル化工では小型実験用炉を2基保有しております。

研究開発案件や試作を得意としています。

 

・変形してしまった・・・「重ねすぎ・治具に入れすぎ」

特に長時間の熱処理が多い「特殊鋼」は入れすぎると変形の要因になります。

また温度ムラは特性が得られない要因となり、最終工程まで不具合を見つけにくい

ので大きな問題につながりかねません。

 

・処理後に変色してしまう・・・「不十分な前処理、安定していない雰囲気での熱処理」

「特殊鋼」は酸化、変色などが起こりにくい材質もありますが

切削油やコンタミが残留していると、表面の変色につながります。

また、目視や硬度、特性検査では判明しない組織の劣化が起こる場合があります。

部品加工例」はこちらをご覧ください。

 

今回は「特殊鋼」に関する事例を取り上げました

 

近年は部品形状もより小さく、より細かく、より高精度を求められています。

複雑な処理条件にも対応できます。

疑問、課題、ご不明な点などございましたら、

お問い合わせフォームにご連絡いただければ幸いです。

次回は「研究・開発・試作 Q&A」です。

 

 

水素熱処理のサーマル化工

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熱処理できますか(非鉄編)

熱処理できますか(非鉄編)

 

今回は「非鉄編」になります。

サーマル化工で熱処理をおこなっている代表的なものは銅・真鍮(しんちゅう)・アルミ

になります。硬貨でいうと10円玉・5円玉・1円玉ですね。

その他多くの材種がありますが、今回は特に「銅と真鍮」を中心に事例を挙げてみます。

銅は金・銀と同じく遷移金属で、人類に古くから利用されています。

銅は軟らかく、電気を通しやすく、延び率も良い金属です。また熱を伝える力も強く

銅像のような成形品から電子部品まで幅広く使われているなじみ深いものです。

とても種類が多いのでおおまかに分類すると

1)純銅 (無酸素銅 C1020 タフピッチ銅 C1100など)

2)高銅合金(ベリリウム銅 C1700 C1720など)

3)黄銅(真鍮)(六四黄銅 C2801 快削黄銅 C3604など)

4)銅ニッケル合金(キュプロニッケル C7150 洋白 C7521など)

のように分けられています。

高圧電力から電子部品、最近では電気自動車まで熱と電気に関わる製品から

ガスケット・パッキン・装飾品・建築資材まで幅広く使用されています。

・銀と並び貴金属での使用頻度が高く、最近では国内でのリサイクルも活発です。

都市鉱山という言葉も出来るほど日本国内で流通しています。

軟らかく、しなやかな銅にも欠点があります。それは加工を施すと硬化してしまう

「加工硬化」が起こってしまう事と、表面が変色(酸化)しやすい

ということです。

その問題は熱処理で解決可能です。

今回は銅・真鍮の「応力除去焼鈍処理」と「光輝焼鈍処理」いう熱処理になります。

 

今回はサーマル化工で熱処理を行っている「銅・黄銅・アルミ」をご説明します

 

一般的な銅の定義は反磁性、表面に酸化被膜を帯びています。融点は1083℃で

金・銀に比べて高いので熱源に近い部品や電気部品に使用されています。

ただし、軟らかさを特性とした材質なので、当然ですがそのような部品に使われることが

多くなります。

 

画像は無酸素銅で加工されたガスケットですが、硬化しているため最終工程で割れが

生じてしまいます。このお客様は以前、ガスバーナーの直火で軟らかくしていました。

その手法では

1) 炎なので温度が高すぎて溶けてしまう

2) 人の手なので硬さがばらつく

3) 激しく酸化(真っ黒になります)するので酸洗などの次工程が必要になる

の問題が起こっていました。

サーマル化工では適切な温度管理と、部品の硬度からの条件出し、雰囲気ガスによる

無酸化状態での熱処理、が可能です。歩留まり改善と硬度の標準化、酸洗などの工程削減

を同時に改善することが可能です。

お客様の問題は「光輝焼鈍処理」で解決しました。

銅にはあらかじめ硬度が設定された状態で販売されています。

1)O材(なまし材)

2)H材(1/2H 1/4Hなどがあります)

がO材でも加工硬化が起こり、指定硬度は熱処理無しでは難しくなります。

また、母材次第では硬化率が異なり、温度条件は250℃から550℃までと

範囲がとても広くなります。

大気中で処理を行ったり、雰囲気を形成出来ていなかったり(真空でも同様のことが言えます)

熱処理条件を間違えると銅は元の硬度に戻すことは出来ません。

そのような知識と経験は50年以上の実績があるサーマル化工の熱処理技術で対応いたします。

水素雰囲気による熱処理」に関してはこちらをご覧ください。

 

 

サーマル化工では光輝焼鈍の熱処理が可能な技術を持っています

 

次は黄銅(真鍮)です。ブラスとも呼ばれています。(ブラスバンドのブラスです)

銅と亜鉛の合金で割合が6:4なので六四黄銅と言われ、快削性を上げた快削黄銅は

幅広い分野で使用されています。

1)加工性がよく

2)酸化しにくい

3)価格もほどほど

のですが、経年劣化による割れと銅と同じく加工硬化が起こるため

応力除去焼鈍処理」や「光輝焼鈍処理」が必要となります。

 

黄銅は250℃から350℃でおこなう「応力除去焼鈍処理

それ以上の温度でおこなう「光輝焼鈍処理」に分けられます。

経年劣化や加工応力を除去する場合と、上記画像にあるように加工硬化を

軟化する目的とがあります。ただし、温度を上げすぎると亜鉛が析出し

黄銅色が濃くなったり、それ以上になると白っぽくなったりします。

これは析出といって表面に内部の成分が表れてしまう現象です。

やみくもに温度を上げれば軟らかくなる、というものでもありません。

黄銅の熱処理は温度が達すれば、「磁気焼鈍処理」のような保持時間は必要ない

と言われていますが、一度に大量にかつ質量がある場合はそれ相応の温度と

時間が必要となります。

黄銅も銅と同じく熱処理条件を間違えると元の硬度に戻すことは出来ません。

サーマル化工は24時間連続稼働、多くの温度帯を同時に処理が可能な

設備を保有しています。

アルミですがこちらも黄銅同様の加工硬化などの現象が起こりますが

黄銅に比べて温度が低くなります。一般的なA5056の溶解温度は660℃です。

その為、温度条件を間違えたりすると、当然ですが溶けます。

多くの加工部品に使用されており、大気中でも酸化しないので大気炉でも熱処理は

可能ですが、黄銅や銅と同じく熱処理条件を間違えると元の硬度に戻すことは出来ません。

設備一覧」に関してはこちらをご覧ください。

 

 

サーマル化工へよくあるお問い合わせの一例です

また、銅・黄銅も鉄やパーマロイ、ステンレスと同じく

高温、長時間、雰囲気下(もしくは真空下)で熱処理をおこなうと金属表面が活性化され

溶着がおこります。要因は色々考えられますが、

 

  • 溶着してしまった・・・「炉内一杯に詰め込みすぎ」

形状を確認せず、詰め込みすぎると銅も溶着します。特に軟らかいので全数不良となります。

 

  • 変形してしまった・・・「重ねすぎ・治具に入れすぎ」

銅・黄銅・アルミともに熱処理後は硬度が落ちます。入れすぎが変形の要因になります。

 

  • 処理後に変色してしまう・・・「不十分な前処理」

切削油やコンタミは、表面の変色につながり、次工程処理が不可能になる場合もあります。

 

  • 硬度が安定しない・・・「乱雑な治具への投入」

質量が合っているからといってバラバラに投入するのは絶対に行ってはいけません。

溶着・変形し、部品として使用することは出来なくなります。

サーマル化工ではマイクロビッカース硬度計を保有しており、前後の硬度検査が可能です。

 

  • 処理後に酸化し、メッキがのらない・・・「整列処理・整列梱包の経験不足」

銅は治具への整列、投入量の標準化を図っていても、形状により溶着します。

また、梱包に紙などを同梱してしまうだけで激しく酸化します。

50年以上の経験がある弊社では形状別に投入・梱包のノウハウがあります。

 

一度熱処理し、硬度が落ちた非鉄は再処理出来ない材料です。

サーマル化工では衝撃から製品を守る梱包手法のご提案も行っています。

部品加工例」はこちらをご覧ください。

 

今回は「銅・黄銅・アルミ」に関する事例を取り上げました

 

近年は部品形状もより小さく、より細かく、より高精度を求められています。

また、複雑な処理条件にも対応できます。

また疑問、課題、ご不明な点などございましたら、

お問い合わせフォームにご連絡いただければ幸いです。

次回は「特殊鋼」に関しての投稿になります

 

 

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