熱処理というと、金属部品を変形させるために炉をどの程度高温にする必要があるかということから始まるのが普通である。しかし、最終的な結果を大きく左右するのは、焼き入れ（または冷却）プロセスであることが多い。
クエンチングとは何か？
焼入れとは、熱処理中に特定の温度に到達し保持した後、金属部品を冷却するプロセスである。焼入れの方法と速度は、一般的に熱処理工程のカテゴリーを決定する。熱処理の最も一般的な工程は、焼きなまし、焼きならし、焼き入れ、焼き戻し、表面硬化である。各工程は、異なる用途、または多段階の最終 製品を製造する異なる工程の一部となる品質を生み出 す。
焼きなましや焼きなましに見られるように、焼き入れ時間を遅くすると、バネ性があり、曲げやすく、ワイヤー状に押し出し可能な金属部品ができる。一方、より急速な冷却は、ボルトからドリルビット、カムシャフトに至るまで、あらゆる部品の製造に必要な表面硬化または貫通硬化部品をもたらす。焼入れされた部品を少し低い温度まで再加熱し、冷却時間を遅くすることによって焼戻しを行うと、強度を増すと同時に金属の内部応力を緩和することができ、もろくなく延性の高い材料ができる。
多くの場合、1つの部品に複数の熱処理が施されます。多段階の熱処理工程をこのように考えると分かりやすい：柔軟な金属の円板を歯車の形状にするために歯を切り、高温炉で焼き入れを行い、必要な公差を達成するために研削し、最後に延性を加えるために焼き戻しを行うと想像してください。加工を容易にしたり、ピンポイントの精度でエッジを定義したり、完成品の寿命を確保したりするために、金属の品質は各工程で変化する。
各プロセスと対応する最終製品は、今日の製造において重要な役割を果たしています。その結果、Ipsen は、より多くのオプションと、焼入れプロセスのより良い制御をお客様に提供する方法を見つけ続けてきました。
ちょっとクールな話
Ipsen USA のチーフエンジニアであるクレイグ・モラーが Ipsen で働き始めた 1978 年、真空炉は 40 馬力のモーターを使用し、最大 10 psi の正圧ガス冷却液を処理する能力を持っていました。これは、10フィートのプールの深いところまで潜るのとほぼ同じか、非常にパンクした車のタイヤ内の空気圧に相当する。「当時の最先端技術でした」とモラーは振り返る。
今日、Ipsen は最大 15 bar の焼入れ圧力を供給する 600 hp の冷却モーターを備えた炉を製造している。これは45年前の機械の約10倍の圧力だ。
気体の圧力が重要なのは、熱力学のためである。固体、液体、気体にかかわらず、物質の密度が高ければ高いほど、ある物質から別の物質に熱が伝わりやすくなります。真空断熱マグカップがプラスチックカップよりも熱い飲み物は熱く、冷たい飲み物は冷たく保つことができるのはこのためです。
モラーは、焼入れ圧力が長年にわたる技術革新の重要な側面である理由をこう説明した。
また、金型の製造に使用される特定の金属を焼入れする場合、迅速でクリーンな焼入れシステムが不可欠です。例えば、「顧客が電気自動車に使用される部品を作るためにアルミニウム押出用のダイスを探している場合、これらの高圧真空炉は、ダイスの長寿命化のために表面硬化されたクリーンなダイスを提供します」とモラー氏は説明する。このようなクリーンなダイスは、押し出された部品の高い精度を保証することができます」。
クールにプレーする
圧力が高ければ高いほど、部品はより速く冷却される。初期には、熱処理技術革新の焦点の90パーセントは加熱プロセスでした。やがて、ひび割れや熱変形に起因するスクラップ部品を減らす必要性から、焼き入れ工程により優れたソリューションが求められるようになった。「大きな変化でした」と、Ipsen の技術ディレクター、ジム・グランは説明します。「今現在、加熱と焼き入れ技術の開発に関しては、バランスは半々に近いです。
Grann は、Ipsen との合併前に Abar に就職した 1978 年以来、技術革新プロセスの一翼を担ってきた。「焼入れにおける技術革新の原動力となっているのは、プロセスの制御性を確保しつつ、可能な限り最速の冷却を実現する必要性です。制御できない冷却速度は、部品に固有の応力を加える可能性があります。歪みなく、より速く冷却することが鍵です。"
今日のPLC制御は、クエンチ中に熱電対が異常な反応に気づいた場合、リアルタイムで反応し、プロセスの途中でレシピを修正することができます。「例えば、レシピは部品の中心温度と表面温度が特定の温度差以上にならないことを示すかもしれません。PLCは温度を監視し、減圧、ガス循環、あるいは炉の再加熱によってクエンチの速度を落とすことができます。部品は外側から先に加熱されますが、外側から先に冷却されるため、それに応じて炉が反応するように指示できます」とGrann氏は説明します。
Ipsen の様々な真空炉ラインは、最新の PLC システムと組み合わされ、エンドユーザーにこれまで以上のプロセス制御を提供します。TITAN、MetalMaster、TurboTreater ラインは、数十の異なる熱処理プロセスに対応できる 360 度のフロー設計を使用して、幅広い焼入れ能力を備えています。Turbo²TreaterやVUTKのような特殊ラインは、大幅な焼入れガスフロー制御を必要とする、頻繁に繰り返される特定のレシピを解決するために設計することができ、チャンバー内のあらゆる角度から指向性のあるガス冷却を提供します。
「一方向のガスの流れが理にかなっていることもある。長いパイプの急冷を考えてみよう。両端から同時にガスが流れ込むと、途中で合流して静的なデッドゾーンができます。一方の端から交互にガスを流し、次にもう一方の端から流すことで、温度差を最小限に抑えることができます」とグランは説明する。
方向性焼入れガスオプション、可変圧力制御、およびアクティブ温度モニターにより、オペレーターは、単純な形状の部品でも複雑な形状の部品でも、同じ成功率を確保することができます。"何をしたいのか、どんな材料を使いたいのか、1日、1週間、1ヶ月に何個処理したいのか、何を達成したいのかを教えていただければ、ソリューションを見つけることができます。"
炉の設計範囲と PLC 制御オプションにより、Grann は Ipsen があらゆるプロセスに対応する炉を設計できると確信しています。「私のトヨタ 4Runner が時速 240 マイルで走れないのと同じ理由で、私達には出来ない焼入れ速度があります。
モラーとグランがそのキャリアの中で目の当たりにしたような技術革新は、変化し続ける市場の中で、独自の顧客の要求に応えることによってもたらされた。
カスタマイズされたソリューションを必要とするユニークな焼入れ問題をお持ちの場合は、下記までご連絡ください。 sales@ipsenusa.com または800-727-7625までお電話ください。