ソーキングとは
ソーキングとは、金属を熱く熱した後に冷却する熱処理のひとつです。
熱処理には金属の特性に応じて多くの種類がありますが、中でもソーキングは、金属の組織中の成分を均一な状態にします。金属の中の成分が不均一な状態は不安定なため、製品として使用できません。金属を安定的に加工するためには、ソーキングの工程が非常に重要です。
ソーキングの使用用途
ソーキングは、主に鉄と炭素の合金の鋼の加工後に必要な処理です。鋼を加工する方法は多くありますが、「成型加工」「除去加工」「接合加工」が鋼の製造で良く使用されています。これらの加工の工程で鋼は大きな温度の変化や局所的に強い力を加えると、成分が均一ではなくなります。そのため、加工後は品質を安定させるためにソーキング工程が不可欠です。
ソーキング処理で、製品全体を均一に加熱することで、材料内部と外部の温度差をなくし、成分の偏りを解消します。具体的には、材料中の各成分を均一に分散させることで、合金化や表面処理の効果を引き出します。また、加工によって材料内部に蓄積された残留応力を緩和し、製品の変形や破損を防ぐ目的もあります。
このように、ソーキングは、製品の内部組織を安定化させ、外部からの影響を受けにくい、高品質な製品を作り出すために重要な工程です。
ソーキングの原理
ソーキングはどのようにして成分を均一にするのか、その原理を解説します。この熱処理は、「熱伝導」と「拡散」の2つの現象を利用しています。
熱伝導
材料の温度を1,000℃以上に加熱するとき、熱が表面から内部へと伝わる現象のことです。ソーキングを行うと材料全体の温度を均一化できます。
拡散
材料が加熱されると内部の元素が活発に動くようになり、密度が高い部位から低い部位へと移動する現象です。ソーキングを行うと元素の拡散が促進されて、材料全体の組織を均一化できます。
この現象を鋼の構造から具体的に説明します。常温時の鋼の構造は原子間の空間が小さく、成分が動きにくい「フェライト」構造ですが、723℃以上に熱すると原子間の空間が大きく、成分が動きやすい「オーステナイト」構造に変わります。ソーキングは、鋼の構造を「オーステナイト」に変え、その後ゆっくり冷やし、成分を移動させて均一化させる方法です。熱する温度が高いほど効果が大きいのですが、過度に加熱すると逆効果ですので、適切な温度管理を行ってください。
ソーキングのその他情報
ソーキングによる効果は、鋼の性能の向上です。向上する性能は素材ごとに異なり、代表的なものに以下に示すものが挙げられます。
1. 快削鋼
硫黄が加えられている鋼で、切削性に優れ、ネジやボルトなどに使用されます。しかし硫黄は「赤熱脆性」 (熱した時に脆くなる現象) の原因になり、硫黄成分が不均一になるため、ソーキングを行うことで不均一化を防止します。
2. 軸受鋼
主に「ベアリング」と呼ばれる車の車輪やモーターの回転体で使う部品に使用される鋼です。硬く粘り強い特徴を得るため「焼き入れ」「焼き戻し」を行います。「焼き入れ」は、結晶構造が変わる温度まで上げた後に急冷する処理で、「焼き戻し」は、構造が変化しない温度で一定時間保つ処理です。「焼き戻し」後に成分が不均一になるため、加工後にソーキングを行い、硬く粘り強い特性を確保します。
3. 工具鋼
金属を切削する工具に使用する非常に強度が高い鋼です。一方、欠けやすく加工が困難なため、ソーキングを行うことで、加工性が向上し、さらに寿命を伸ばすことができます。
4. ステンレス鋼
クロムやニッケルが加えられた鋼です。腐食に強く、台所のキッチンなど身近な場所にも良く使用されます。しかし、製造後や加工後のステンレス鋼は、成分が均一になっていません。ソーキングを行うと、ステンレス鋼の腐食性が強い特性を得ることができます。
5. 耐熱鋼
高温環境下でも優れた強度を維持できる鋼です。通常の鋼は400℃以上になると強度が落ちますが、耐熱鋼は800℃でも十分な強度を保ちます。しかし、製造直後の状態では、材料内部の成分が均一に分布していません。そこでソーキングを行うと、材料内部の成分が均一化され、耐熱鋼が持つ高温での強さが最大限に引き出されます。
参考文献
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