18Crnimo7-6鋼に最低10℃/Sの冷却速度が必要なのはなぜですか？高圧焼入れで64Hrcを達成

最低10℃/sの冷却速度は、より柔らかい微細構造の形成を回避し、18CrNiMo7-6鋼を完全にマルテンサイト状態にするために必要な臨界閾値です。この特定の速度は、合金の連続冷却変態（CCT）曲線によって決定され、材料がより低い硬度の状態に緩和されるのを防ぐために必要な速度として機能します。

CCT曲線に従うことで、10℃/sの冷却速度は相変態に対する厳格な「速度制限」として機能します。この速度を下回ると、鋼は結晶格子に炭素を閉じ込めることができなくなり、要求される64HRCの硬度を達成することが物理的に不可能になります。

相変態の科学

この特定の速度がなぜ必須なのかを理解するには、焼入れ中の18CrNiMo7-6鋼の冶金学的挙動を調べる必要があります。

CCT曲線の権威

この要件は任意ではなく、この特定の合金の連続冷却変態（CCT）曲線から直接導き出されています。

この曲線はロードマップとして機能し、温度が低下するにつれて鋼の内部構造がいつ、どのように変化するかを正確に定義します。曲線は、より柔らかい相が形成される曲線の「ノーズ」を回避するために、10℃/sが最小速度であることを示しています。

マルテンサイト構造の達成

このプロセスの最終目標は、鋼をマルテンサイトに変態させることです。

マルテンサイトは、鉄中の炭素の過飽和固溶体であり、高い硬度と強度を提供します。冷却速度が遅すぎると、炭素原子は拡散して固溶体から抜け出す時間があり、硬いマルテンサイトの代わりにベイナイトやパーライトのようなより柔らかい構造になります。

硬度相関

冷却速度と最終的な機械的特性の間には直接的な関連があります。

一次データによると、64HRC以上の硬度を達成するには、10℃/sを超える速度を維持することが不可欠です。冷却速度がこの閾値を下回ると、硬度は急激に低下し、歯車は仕様外となります。

装置要件と性能

実際の生産環境でこの理論的な速度を達成するには、特定の装置能力が必要です。

圧力と速度

高圧ガス焼入れシステムは、ガスの密度と速度を利用して金属から熱を奪います。

歯車の表面で10℃/sの速度が実際に実現されることを保証するには、装置は通常、15 Barの圧力と15 m/sの流速を提供する必要があります。これらのパラメータにより、冷却媒体（ガス）が鋼の温度を急速に低下させるのに十分な熱量を持つことが保証されます。

断面の一貫性

歯車の熱処理における課題は、表面を冷却するだけでなく、コンポーネント全体を冷却することです。

装置パラメータは、冷却速度が断面全体で臨界閾値を超えることを保証するように設計されています。ガス圧または速度が不十分な場合、コアからの熱が表面を再加熱するか、コア自体がマルテンサイトに変態しない可能性があります。

避けるべき一般的な落とし穴

このプロセスを設計またはトラブルシューティングする際に、熱伝達の物理学を見落とすと失敗につながります。

「表面のみ」の罠

一般的な間違いは、焼入れチャンバーの周囲温度が十分に速く低下すれば、部品も同様に低下すると仮定することです。

10℃/sの要件は、周囲のガスだけでなく、鋼自体に適用されます。巨大または複雑な歯車の形状は熱をより長く保持するため、ガスパラメータ（15 Bar / 15 m/s）は、その熱質量を貫通するために必要な最小値となります。

硬度不足

64HRC未満の硬度測定値が観察された場合、根本原因はほぼ常に冷却速度制限の違反です。

これは、材料が高温範囲で長すぎる時間を費やし、非マルテンサイト相の形成を許したことを示しています。焼戻しや後処理では、遅すぎる焼入れを修正することはできません。

焼入れプロセスの最適化

18CrNiMo7-6歯車の品質の一貫性を確保するために、プロセス制御をこれらの明確な目標に合わせます。

最大の硬度（64HRC以上）が主な焦点の場合：マルテンサイト変態の絶対下限であるため、冷却速度が10℃/sを下回らないことを具体的に確認してください。
プロセスの整合性が主な焦点の場合：臨界冷却ウィンドウ全体で15 Barの圧力と15 m/sの流速を維持することを装置で厳密に監視してください。

高圧ガス焼入れの成功は、CCT曲線によって定義される冶金学的限界を尊重することにかかっています。

概要表：

パラメータ	要件	目的
最低冷却速度	10℃/s	CCT曲線「ノーズ」とより柔らかい相を回避
目標微細構造	マルテンサイト	最大の強度と硬度を確保
目標硬度	≥ 64HRC	高性能歯車の仕様を満たす
焼入れ圧力	15 Bar	必要な熱量除去を提供する
ガス流速	15 m/s	断面全体での急速な熱伝達を保証

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参考文献

Zaiyong Ma, Jingbo Ma. Research on the uniformity of cooling of gear ring parts under vacuum high-pressure gas quenching. DOI: 10.1088/1742-6596/3080/1/012130

この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .