展伸アルミニウムの主な焼鈍方法にはどのようなものがありますか？

焼鈍とは、均一な組成、安定した微細組織、あるいは良好な加工特性を得るために用いられる熱処理プロセスである。目的に応じて、アルミニウム加工材の焼鈍は、均質化焼鈍、再結晶焼鈍、中間焼鈍、および最終焼鈍に分類される。

均質化焼鈍

均質化焼鈍は、主にアルミニウム製錬所や合金メーカーで行われます。冷却が速すぎると、急冷効果が生じる可能性があります。これを防ぐため、材料は炉内で冷却するか、取り出した後に積み重ねて自然冷却させる必要があります。

再結晶焼鈍

再結晶焼鈍は、塑性変形によって生じた結晶欠陥やひずみ硬化を取り除き、延性と靭性を向上させる。再結晶は、新しい結晶粒の核生成と成長を通じて進行する。

中間焼鈍

冷間加工では、必要な大きな変形量を1回の工程で達成できないことがよくあります。中間焼鈍を行うことで、加工硬化を取り除き、延性を回復させるため、必要な寸法や形状になるまで変形を続けることができます。

最終焼鈍

合金や使用条件に応じて、最終焼鈍は部分的な低温焼鈍となる場合もあれば、完全な高温焼鈍となる場合もあります。

完全焼鈍とは、冷間加工硬化または部分的に焼入れ硬化された合金を、その相変態温度以上に加熱し、単一相の固溶体が形成されるまでその温度を維持する処理である。通常、炉内で徐冷を行うことにより、固溶体が分解し、拡散によって第二相の粒子が凝集する。

部分焼鈍とは、合金を臨界変態点以下の適切な温度まで加熱し、その温度で保持した後、通常は大気中で比較的速やかに冷却する処理である。これにより、加工硬化効果の一部が除去され、その後の成形加工において変形を最小限に抑えることができるほか、冷間変形による強化効果をある程度維持しつつ延性を向上させ、半硬状態を作り出す。

変形によるエネルギーの大部分は熱として散逸しますが、ごく一部は、格子歪みや点欠陥、転位、サブグレイン境界、積層欠陥などの欠陥として、金属内に蓄積エネルギーとして残ります。この蓄積エネルギーは、冷間変形後の自由エネルギーの増加として表され、微細組織の変化を促進します。

塑性変形を受けた金属を加熱・保持すると、その組織は3つの段階を経て変化する。回復段階では、顕微鏡下で見た場合、伸長した繊維状結晶粒はほぼ変化しない。再結晶段階では、変形した結晶粒の内部に新しい微小な結晶粒が核生成し、繊維状組織が等軸結晶粒に完全に置き換わるまで成長する。結晶粒成長の段階では、新しい結晶粒が互いに吸収し合い、比較的安定した大きさに達するまで成長を続ける。徐々に高い温度で保持時間を長くしても、同様の過程が観察される。

回復過程では、硬度はわずかに低下する一方で延性が向上する。強度は一般的に硬度に連動するため、同様の変化を示す。再結晶過程では、硬度と強度が著しく低下し、延性が急激に上昇する。塑性変形によって生じる硬度および強度の増加は、転位密度の増加と関連している。転位密度は回復過程ではわずかに減少するのみであるが、再結晶過程では大幅に低下する。