熱処理に関して質問があります

Question

こんにちは、いつもお世話になっております。
私の会社は熱処理をして製品を製造しています。
炉の温度は普通には700℃くらいで生産していますが、
一般的に投入量は100kgですが
少量テストするときには20kgを投入します、
でも当たり前に加熱された製品の物性が
一般的な100kg投入したときより
もっと焼けた状況ですが
どうしたら、同じ温度で少量を投入して
普通と少量の焼けた水準を同じに合えるかが知りたいです、重量によって熱処理の処理時間を調整するのが正しいですか？
それとも温度を普通より下げますか？
温度を下げることは間違いと考えますが
よろしくお願いいたします。

Accepted Answer

基本的に温度によって物の反応が変わってくるので(物性に影響する)、温度をいじる事はしないと思います。
調整するなら時間でしょうね。

私の経験談を含めて。
私が熱処理工程の試作などを担当していた時ですが、基本的に同じ量になるようダミー(不良品などを集めて)で同じ量になるよう調整しました。
また、設備の最初の試運転などでは、熱電対を品物の内部や品物の周辺に置き、現行生産品と同じくらいの熱がかかっているかを温度記録計のチャート紙で判断しました。
それは、物が影響を受けると思われる温度(例えば、その温度が200℃とすれば)、200℃のところから上のチャート紙に書かれている部分の面積を求め、面積を出来るだけ合わせるようにしました。
(熱負荷面積と呼んでました)
面積を出すために、チャート上の温度カーブの部分を出来るだけ直線になるよう時間軸をいくつも細かく区切って台形の面積を出し、それを足し算しました。
もう30年近く前にやっていたことです、今ならチャートの画像を取り込んで面積なんかは簡単に出せるかもしれませんけど・・・結構根気のいる作業でしたよ。

Answer

時間か温度か、という選択肢なら時間を調整すべきです。ただワークが1個100kgなのか、複数個で100kgなのか、などでも最適な時間が変わります。
　可能であればテスト時にも本番と同程度の質量でテストすべきではあります(『少量テスト』と書かれているので、同量でのテストも実施されているとは思いますが)。

まず純粋な物理の問題として、質量が大きい程同じ温度になるまで時間が必要です。これは比熱や熱容量の問題に質量が絡む事からも分かりますし、水を沸かす場合などを考えても感覚的に理解できると思います。
　逆に言えば質量が小さいなら、短い加熱時間で同じ温度に達する、という事です。つまり同じ時間投入していると、当然高温帯での保持時間が延びることになりますから、質量に合わせて時間を短めに調整するべき、となります。

それに加えて複数個100kgならば、本番とテストでは『ワークの個数』に差が出るわけですから、配置による熱の伝わり方の問題が生じます。次に1個100kgの場合だと『ワークのサイズ』が違い質量効果が効いてきますから、これも焼き入れ性が変化する要因になります。
　なので純粋に比熱や質量だけで計算しても望ましいテストにはならない事が多いので、この辺りはテスト条件自体を試行錯誤するか、本番と同じ条件でテストするか、どちらが必要になります。

熱処理の重量による処理時間調整方法についての質問