アニーリングは、鍛造された丸鋼を指定の温度 (通常は臨界温度未満) に加熱し、通常は炉内でゆっくりと冷却する熱処理プロセスです。焼きなましの主な目的は、鋼を柔らかくして、その後の機械加工や成形作業をより加工しやすくすることです。焼きなまし中に、鍛造中に誘発された内部応力が緩和され、鋼の結晶粒構造が微細化されます。このプロセスにより、硬度が低下し、延性が向上し、破壊することなく塑性変形を受ける鋼の能力が強化されます。さらに、焼きなましにより鋼の微細構造の均一性が向上し、最終用途でのより予測可能で一貫した性能に貢献します。
焼き入れは重要な熱処理プロセスであり、鍛造丸鋼を高温 (通常は臨界温度以上) に加熱し、水、油、ポリマー溶液などの焼き入れ媒体中で急速に冷却する必要があります。急速冷却により鋼の微細構造が変化し、通常は針状構造を特徴とする硬くて脆い相であるマルテンサイトに変化します。この変態により、鋼の硬度と引張強度が大幅に増加します。ただし、焼き入れでは鋼内部の冷却速度の差により大きな内部応力が発生し、適切に管理しないと反りや亀裂が発生する可能性があります。焼入れ媒体の選択と冷却速度は、硬度と靱性の間の望ましいバランスを達成する上で重要な要素です。
焼き戻しは、マルテンサイト変態によって誘発される脆性を緩和するために、焼入れ後に実行されます。このプロセスでは、焼き入れした鋼を臨界温度未満の温度まで再加熱し、この温度で一定期間保持した後、室温まで冷却します。焼き戻し温度と焼き戻し時間は、望ましい機械的特性を達成するために慎重に制御されます。焼き戻しにより鋼の硬度はわずかに低下しますが、靱性は大幅に向上し、衝撃や応力下で鋼が割れにくくなります。このプロセスはまた、焼入れ中に誘発される内部応力の一部を軽減し、それによって鋼の微細構造を安定化し、寸法安定性を向上させます。
正規化には、鍛造された丸鋼を臨界温度 (通常 850°C ～ 950°C) をわずかに上回る温度まで加熱し、その後空気中で冷却することが含まれます。このプロセスは、鋼の粒子構造を微細化し、均一性を高め、強度や靭性などの機械的特性を向上させることを目的としています。焼き入れとは異なり、焼きならしは極端な硬度を生成しませんが、より均一でバランスのとれた微細構造を提供するため、強度と延性の組み合わせが必要な用途に適しています。
強靱なコアを維持しながら硬く耐摩耗性の表面を必要とする用途には、浸炭、窒化、または浸炭窒化などの肌焼き技術が使用されます。鍛造された丸鋼の表層に炭素や窒素を拡散させ、表面硬度を高める加工です。たとえば、浸炭では炭素が豊富な環境で鋼を加熱する必要があり、窒化では窒素が導入されます。表面硬化により耐摩耗性と疲労強度が向上しますが、コアは比較的柔らかく延性が高いままなので、性能特性の優れた組み合わせが得られます。
