I 熱処理によるひび割れ
特徴:
形態: 熱処理による亀裂はマルテンサイト変態領域で発生することが多く、その亀裂は結晶に沿って亀裂が生じる場合もあれば、結晶を貫通して亀裂が生じる場合もあります。亀裂は放射状、個別の線状、または網状になる場合があります。
場所: 亀裂は通常、ワークピースの鋭い角、断面の急激な変化部分に発生する傾向があります。
断面: 焼入れ割れの断面は通常は酸化されておらず、白色、鈍い白色、または淡赤色 (焼入れによって生じた水さび) になることがあります。
原因:
焼入れ中に発生する大きな応力が材料自体の強度よりも大きく、塑性変形限界を超えると、割れが発生します。
これは、焼入れ加熱温度が高すぎる、冷却が急速すぎるなどの要因に関連している可能性があります。
熱処理割れの原因
a. 材料の冶金品質:
収縮や重大な圧延欠陥などの冶金上の問題により、材料の不均一性が生じ、焼入れ割れのリスクが高まります。
マクロ偏析、固溶体偏析、固溶体水素、鍛造および圧延欠陥、スラグの閉じ込め、フェライト-パーライトの縞状組織、炭化物の縞状組織などの冶金欠陥は、単独で、またはマクロまたはミクロの内部応力と連動して、焼入れ割れを引き起こす可能性があります。
b. 材料の炭素含有量と合金元素:
炭素含有量が増加すると、マルテンサイトの破壊強度が低下し、焼入れ割れの傾向が高まります。
Mn、Cr、V、Moなどの合金元素も、含有量が増加すると焼入れ割れの傾向が高まります。
しかし、元素 B は硬化性を効果的に向上させることができ、適切な量の希土類元素は転位の移動に必要な摩擦を減らし、脆性破壊の傾向を減らすことができます。
c. 焼入れプロセス条件:
焼入れ加熱方法や加熱速度の不適切な制御、加熱の不均一、焼入れ温度が高すぎると、焼割れが発生する可能性があります。
焼入れ冷却方法が適切でなかったり、冷却速度が速すぎたり、冷却が不均一であったり、冷却媒体の選択が不適切であったりすることもよくある原因です。
ワークピースが熱処理の準備ができていない、または不適切な処理の前に焼入れを行ったり、焼戻しが適時に行われなかったりすると、焼割れが発生する可能性があります。
d. ワークピースのサイズと形状:
ワークピースの鋭い角、断面の変形は、応力が集中しやすい場所であるため、焼入れ割れが発生しやすくなります。
大型シャフト部品は、焼入れ時に焼入れが不十分だと熱応力による亀裂が発生しやすくなります。
e. 内部欠陥:
材料内部に存在する気泡、介在物、ヘアライン、白斑などの欠陥は、熱処理応力の作用により亀裂の原因となり、徐々に拡大する可能性があります。
f. マルテンサイト固有の脆さ:
マルテンサイトの固有の脆さが焼割れの内部原因であり、その結晶構造、化学組成、冶金的欠陥などがそれに影響を与えます。
焼入れ割れはさまざまな要因の組み合わせによって発生するため、焼入れ割れのリスクを軽減するためには、材料の選択、プロセス制御、ワークピースの設計など、さまざまな側面を考慮して最適化する必要があります。
特徴:
形態：鍛造亀裂は高温で形成され、亀裂は比較的厚く、通常は複数の帯状の形で存在し、先端は細くなく、方向も細くありません。亀裂の周囲は完全に脱炭されず、半脱炭される場合もあります。
位置: 多くの場合、粗大組織、応力集中、または合金元素の偏析で生成されます。
断面：亀裂部分は暗褐色、または酸素皮膜のような外観を呈する場合があります。これは、鍛造中に亀裂が変形して膨張し、空気と接触するためです。
原因:
原材料の欠陥:
残留収縮: 原材料の気孔や穴が完全に閉じていないと、鍛造工程中に材料の強度が低下し、亀裂が生じやすくなります。
鋼中の介在物:
原材料中の非金属介在物、炭化物偏析、異質金属介在物は、材料の連続性を弱め、亀裂の形成を促進する可能性があります。
不適切な鍛造工程:
不適切な加熱:
加熱温度が高すぎたり低すぎたりすると、材料内の応力が不均一に分散され、鍛造中に亀裂が生じる可能性があります。
不適切な変形:
変形率が大きすぎると、鋼の可塑性が形状の圧力に耐えるのに十分でなくなり、破裂を引き起こしやすくなります。この亀裂は、鍛造段階の初期に発生し、急速に拡大することがよくあります。
鍛造後の不適切な冷却：
冷却速度が速すぎたり遅すぎたりすると、材料に内部応力が集中し、亀裂が発生する可能性があります。
適切なタイミングで熱処理が行われていない:
鍛造後に適時に適切な熱処理が行われないと、材料の内部応力が効果的に解放されず、割れが発生するリスクが高まります。
g. 不適切な温度管理:
加熱および冷却プロセスでは、温度が適切に制御されていないと、材料に過度の内部応力が生じ、割れが発生する可能性があります。たとえば、焼入れプロセスでは、冷却が速すぎると、焼入れ割れが発生する可能性があります。
h. 材料の応力集中:
鍛造品に鋭角部や断面の変形部などの応力集中部がある場合、応力が材料の能力を超えると割れが生じる可能性があります。
