導入
焼き入れまたは浸漬は、特定の機械的特性を得るために材料を急速に冷却することからなる熱処理です。この処理は主に金属に適用されますが、ガラスもこの処理により得られます。一般的な言語では、焼き入れと硬化がよく関連付けられますが、これは一般的なケースではありません。たとえば、アルミニウム合金は焼き入れすると軟化します。
この操作では、熱い材料を冷たい流体に浸して新しい特性を与えます。これは、いわゆる解決操作の直後に実行されます。
段階的焼入れは、窒化を残したサーモフレックスの焼入れです。内部と外部の冷却は同一です。
また、海水中での急速な掘り起こしや火山の噴火など、マグマが突然固まって岩石になるプロセスを表すために「急冷」とも言います。焼入れにより得られた岩石は部分的に結晶化した火山岩であり、典型的な組織を有する。
金属焼き入れの原理
焼き入れは、溶解中に得られた構造を凍結することを目的とした部品の急冷です。鋼などの場合には、この冷却には同素体変態が伴います。
処理シーケンスは次のとおりです。
言語の拡張により、「溶液 + 消光」の順序を「消光」と呼ぶことがよくあります。
使用される流体を冷却速度の高い順に (最高から最低まで) 示します。
冷却速度は次の 3 つの要素によって決まります。
焼き入れの後に、部品を温める焼き戻しを行うこともできます。これにより、部品の最終的な機械的特性を増加させることによって (同素体変態のない合金の場合)、または減少させてより脆弱でない合金を得ることによって (同素体変態のある合金の場合)、最終的な機械的特性を得ることが可能になります。一部の高合金鋼では、2 回または少なくとも 3 回の焼き戻しが必要です。
同素体変態を伴わない焼入れ
アルミニウム合金のケース
目的と原則
アルミニウム合金の場合、焼き入れには硬度を高める代わりに硬度を下げる効果があります。焼入れ後は熟成現象により、室温で自然に機械的特性が増加します。特定の合金は、意図した機械的特性を達成できます。この現象はリベットを取り付けるときに利用されます。
アルミニウム合金の場合の焼入れの目的は、室温で添加元素で過飽和な固溶体を維持することです。この固溶体は、室温で存在する析出物を構成する元素が溶解することにより得られる。急冷後、添加元素が過飽和になった固溶体が得られます。室温では、この溶液は準安定です。急冷はこの溶解状態を凍結させ、温度の影響によって生じたギャップも捕捉します。添加元素と空孔は、アルミニウム母材（面心立方晶）の結晶格子の節点にあるアルミニウム原子を置換してランダムに配置されます。同素体変換はありません。未処理のアルミニウム合金部品（焼き入れ直後）の機械的特性は非常に低いです。
アルミニウム合金の焼入れは、いわゆる構造硬化合金に対して行われます。
- 鍛造用合金: 2000 (旧称: AU)、4000 (AS)、6000 (AGS)、および 7000 (AZ) のファミリー。
- 鋳造合金: 主に 21000 (AU) および 40000 (AS) ファミリー。
クエンチングは処理シーケンスの要素です。
- 解決、
- 急冷、
- 熟成（室温）またはテンパリング。
鍛造アルミニウム合金製品の冶金学的状態の命名法 (EN 515 規格) では、焼入れされたままの溶体化状態を W: 溶体化焼入れ状態と呼びます。
熱処理サイクルは合金の種類によって異なります。
- シリコン合金 (AS) の場合: 溶解温度は約540 °C 、持続時間は合金と部品の質量に応じて 5 ～ 12 時間です。焼入れは水で行われ、続いて 3 ～ 10 時間の焼き戻し (約170 °C ) が行われます。
- 銅合金 (AU) の場合: わずかに低い温度で溶液を溶解し、水中で急冷した後、室温で数日間熟成させます。
いずれの場合も、正確なサイクルは合金に応じて特定の規格または仕様によって与えられます。
2017 合金の例を挙げると、溶体化処理の目標は、合金に含まれる 3.5% の銅を溶解することになります。
したがって、金属をアルミニウム – 銅の状態図に対応するソルバス温度 (グラフ上の T m ) よりも高い温度にする必要があります。
一般的な焼入れ温度は 440 ～ 500°C です。
金属が「焼ける」（部分的に溶ける）ことがないように、温度が高すぎないように注意する必要があります。
焼けた場合、部品は機械的特性が失われるため使用できなくなり、修復できなくなります。
この温度での保持時間は、この溶液状態を得るのに十分でなければなりません。
持続時間は部品の寸法だけでなく合金にも依存します。
6061シートは1分、2024シート（厚さ1mm）は30分。
鋳造部品の場合は、より長い溶解時間が必要です (21000 個の部品の場合は最低5 時間、42200 個の部品の場合は 8 ～ 12 時間)。
冷却速度によって内部応力が発生する可能性があります。焼入れ中に部品の変形が観察されることがよくあります。そのためには、焼き入れと焼き戻しの間（一部のAUの場合は焼き入れ直後）に矯正と呼ばれる操作を入れる必要があります。この作業は、鋳鉄製の大理石に対して、木槌、ハンマー、塊、さらにはプレス機などを使用して行われます。正しい形状を取得するために、オペレータは矯正ゲージや定規、直角定規、V 型などを使用することがよくあります。数時間後には合金の熟成による硬度の増加により部品が破損する危険性があるため、この操作はできるだけ早く実行する必要があります。
たとえば、EN AC-42200 SF 合金 [AlSi7Mg0.6] (旧フランス名 A-S7G0.6、約7% のシリコンと0.6% のマグネシウムを含む) では次のようになります。
- 未処理の鋳造部品には（おおよその）機械的特性があります。
80 H B程度の硬度の場合、R m ≃ 210 MPa 、R p0.2 ≃ 160 MPa 、A ≃ 1% 。 - 一方、同じ焼き入れ焼き戻し合金 (EN AC-42200 ST6) では次のような結果が得られます。
95 H Bを超える硬度の場合、R m ≃ 280 MPa 、R p0.2 ≃ 250 MPa 、A ≃ 2%。
これらの結果は一般的に観察された値であり、規格によって課された値ではありません。
一部の変態プロセス (スピニング、圧延) では、特定の条件下で、変態直後に焼き入れを行うことができます。
これはプレス時の焼き入れです。金属を予熱することによって得られる温度と変態中に得られる温度は、部品を溶解するのに十分です。
部品は、プレスまたは圧延機から出るとすぐに、加熱段階なしで急冷されます。同様のケースが鋳造工場でも発生しており、主に 71000 シリーズ合金を使用しています。これは「離型時の焼入れ」です。
臨界焼入れ速度
この結果は、焼入れ速度 (金属の冷却速度) が臨界焼入れ速度より大きい場合にのみ得られます。速度が不十分な場合、サイズや形状の粗大な析出物が形成され、所望の機械的特性を得ることができなくなります。
この臨界焼入れ速度は合金によって異なります (例: 2017 では 18°C/s、7075 では 100°C/s)。良好な結果を得るには、焼入れ速度は、焼入れ部品の体積のすべての点で臨界速度より大きくなければなりません。巨大な部品の場合、速度は部品の中心部とその周辺部との間で大きく異なります。したがって、場合によっては、熱処理後の部品の中央部分の機械的特性が弱くなることがあります。
実際の観点からは、焼入れ液によって冷却される前に部品の温度が低くなりすぎないように、オーブンと焼入れタンクの間の移動時間を十分に短くするように注意する必要があります。空冷速度が低く、ほとんどの場合、臨界速度を超えています。この点は、薄い部品の場合に特に当てはまります。
焼入液
焼入れは、水浸漬、水噴霧、エアブローなどにより行われます。
最もよく使用される液体は冷水 (温度 <40°C) です。場合によっては、冷水によって冷却が速すぎて (例: 複雑な形状の部品)、部品の使用に有害な内部応力が発生します (変形、応力下での腐食の危険、さらには拘束が高すぎると部品が破断する)。 。この場合、熱水(T>50℃)または油を使用することができます。まれに、内部応力の形成を最小限に抑えるために、グリコールベースの液体などの他の液体を使用できる場合があります。また、焼入れ直後（新規焼入れ時）に冷間加工を行うことで応力を緩和することも可能です。したがって、パーツを引き伸ばしたり、圧縮したりできます。
部品の周囲に水蒸気の膜が形成される（加熱現象）のを防ぐために、部品をコーティングすることができます。この作業をポテヤージュといいます。
