熱処理とは、金属を加熱し、固体状態で保持し、冷却することによって、所望の組織構造と特性を得るための熱処理プロセスを指す。
I. 熱処理
1. 焼きならし：鋼または鋼片を適切な温度以上の臨界点AC3またはACMまで加熱し、一定時間保持した後、空気中で冷却して、パーライト組織を得る熱処理プロセス。
2. 焼鈍：共晶鋼ワークピースを20～40℃以上のAC3に加熱し、一定時間保持した後、炉でゆっくりと冷却（または砂や石灰で冷却）して、空気中での冷却熱処理プロセスより500℃低い温度まで冷却します。
3. 固溶体熱処理：合金を高温の単相領域まで加熱し、一定温度を維持することで、過剰相を完全に固溶体に溶解させ、その後急速に冷却して過飽和固溶体熱処理プロセスを得る。
4．時効：合金の固溶熱処理または冷間塑性変形後、室温または室温よりわずかに高い温度に置かれた状態で、時間の経過とともにその特性が変化する現象。
5. 固溶体処理：合金のさまざまな相を完全に溶解させ、固溶体を強化して靭性と耐食性を向上させ、応力と軟化を除去して、加工成形を継続できるようにします。
6. 時効処理：強化相の析出温度で加熱保持することにより、強化相の析出物を析出させ、硬化させ、強度を向上させる。
7. 焼入れ：鋼を適切な冷却速度で冷却した後、ワークピースの断面全体または一定範囲のマルテンサイト変態などの不安定な組織構造を熱処理プロセスで除去する。
8. 焼き戻し：焼入れされたワークピースを、適切な温度より低いAC1の臨界点まで一定時間加熱し、その後、方法の要件に従って冷却することにより、熱処理プロセスの所望の組織と特性を得る。
9. 鋼の炭窒化：炭窒化とは、鋼の表面層に炭素と窒素を同時に浸透させる処理です。一般的な炭窒化はシアン化物とも呼ばれ、中温ガス炭窒化と低温ガス炭窒化（すなわちガス窒化炭化）がより広く用いられています。中温ガス炭窒化の主な目的は、鋼の硬度、耐摩耗性、疲労強度を向上させることです。低温ガス炭窒化は窒化をベースとしており、主な目的は鋼の耐摩耗性と耐食いつき性を向上させることです。
10. 焼戻し処理（焼入れ焼戻し）：一般的には、焼戻し処理と呼ばれる熱処理と組み合わせた高温焼入れ焼戻しが行われます。焼戻し処理は、特にコネクティングロッド、ボルト、ギア、シャフトなど、交番荷重を受ける重要な構造部品に広く用いられています。焼戻し処理によって得られる焼戻しソーナイト組織は、同じ硬度の正規化ソーナイト組織よりも機械的特性が優れています。その硬度は、高温焼戻し温度、鋼の焼戻し安定性、ワークピースの断面サイズによって異なり、一般的にHB200～350の範囲です。
11.ろう付け：ろう付け材料を使用して、2種類のワークピースを加熱溶融接合する熱処理プロセスです。
II.Tプロセスの特徴
金属熱処理は機械加工における重要な工程の一つであり、他の加工工程と比較すると、一般的にワークピースの形状や全体の化学組成は変化させませんが、ワークピースの内部微細構造を変化させたり、ワークピース表面の化学組成を変化させたりすることで、ワークピースの使用特性を付与または向上させます。その特徴は、ワークピース本来の品質の向上であり、通常は肉眼では確認できません。必要な機械的特性、物理的特性、化学的特性を備えた金属ワークピースを作るためには、材料の適切な選択や様々な成形工程に加えて、熱処理工程がしばしば不可欠です。鋼は機械産業で最も広く使用されている材料であり、鋼の微細構造は複雑で、熱処理によって制御できるため、鋼の熱処理は金属熱処理の主要な内容となっています。さらに、アルミニウム、銅、マグネシウム、チタンなどの合金も熱処理によって機械的、物理的、化学的特性を変化させ、異なる性能を得ることができます。
III.Tプロセス
熱処理工程は一般的に加熱、保持、冷却の3つの工程から構成され、場合によっては加熱と冷却の2つの工程のみで構成されることもあります。これらの工程は互いに連動しており、中断することはできません。
加熱は熱処理における重要な工程の一つです。金属の熱処理には多くの加熱方法があり、最も古い方法は木炭や石炭を熱源として用いるもので、近年では液体燃料や気体燃料が用いられています。電気を用いることで加熱の制御が容易になり、環境汚染も発生しません。これらの熱源は直接加熱することもできますが、溶融塩や溶融金属を介して浮遊粒子を加熱する間接加熱も可能です。
金属を加熱する際、加工対象物が空気にさらされると、酸化や脱炭（すなわち、鋼部品の表面炭素含有量の減少）が頻繁に発生し、熱処理された部品の表面特性に非常に悪影響を及ぼします。そのため、金属は通常、制御雰囲気または保護雰囲気下で行う必要があり、溶融塩加熱や真空加熱のほか、保護加熱のためのコーティングや包装方法も利用可能です。
加熱温度は熱処理工程の重要なプロセスパラメータの一つであり、加熱温度の選択と制御は熱処理の品質を確保する上で最も重要な課題です。加熱温度は処理対象の金属材料や熱処理の目的に応じて変化しますが、一般的には相転移温度以上に加熱して高温組織を得ます。また、組織変化には一定の時間を要するため、金属ワークピースの表面が所定の加熱温度に達した後も、内部と外部の温度が均一になるように一定時間その温度を維持する必要があります。これにより微細構造の変化が完了し、保持時間となります。高エネルギー密度加熱や表面熱処理では加熱速度が非常に速いため、一般的に保持時間は必要ありませんが、化学熱処理では保持時間が長くなることがよくあります。
冷却も熱処理工程において不可欠なステップであり、冷却方法は工程によって異なり、主に冷却速度を制御することが目的です。一般的に、焼鈍の冷却速度が最も遅く、焼ならしの冷却速度はそれより速く、焼入れの冷却速度はさらに速いです。しかし、鋼の種類によって要求される冷却速度が異なるため、例えば空冷焼入れ鋼は焼ならしと同じ冷却速度で焼入れすることも可能です。
IV.Pプロセス分類
金属の熱処理プロセスは、大きく分けて全体熱処理、表面熱処理、化学熱処理の3つのカテゴリーに分類できます。加熱媒体、加熱温度、冷却方法の違いにより、各カテゴリーはさらに多くの異なる熱処理プロセスに分けられます。同じ金属でも、異なる熱処理プロセスを用いることで、異なる組織が得られ、結果として異なる特性を持つことになります。鉄鋼は産業界で最も広く使用されている金属であり、鋼の微細構造も最も複雑であるため、鋼の熱処理プロセスも多種多様です。
全体熱処理とは、ワークピース全体を加熱し、適切な速度で冷却することで、必要な冶金組織を得て、金属の全体的な機械的特性を変化させる熱処理プロセスです。鋼の全体熱処理は、大まかに言って、焼きなまし、焼きならし、焼き入れ、焼き戻しの4つの基本的なプロセスから構成されます。
プロセスとは：
焼きなましとは、ワークピースを適切な温度まで加熱し、ワークピースの材質やサイズに応じて異なる保持時間を用いて、その後ゆっくりと冷却する工程であり、その目的は金属の内部組織を平衡状態に近づけ、良好な加工性能や性能を得ること、あるいはさらなる焼入れのための準備を行うことである。
焼きならしとは、ワークピースを空気中で冷却した後、適切な温度まで加熱する処理であり、焼きならしの効果は焼きなましに似ているが、より微細な組織を得るという点で異なる。材料の切削性能を向上させるためによく用いられるが、要求される精度が低い部品の最終熱処理として用いられることもある。
焼入れとは、加工物を加熱・保温し、水、油、その他の無機塩類、有機水溶液などの焼入れ媒体中で急速に冷却する工程です。焼入れ後、鋼材は硬くなりますが、同時に脆くなります。この脆さを速やかに解消するためには、一般的に速やかに焼き戻しを行う必要があります。
鋼部品の脆性を低減するために、焼入れした鋼部品を室温より高く650℃より低い適切な温度で長時間保温してから冷却する工程を焼き戻しといいます。焼きなまし、焼きならし、焼入れ、焼き戻しは「四つの火」と呼ばれる総合的な熱処理であり、焼入れと焼き戻しは密接に関連しており、しばしば併用され、どちらか一方が不可欠です。「四つの火」は加熱温度と冷却方法が異なるため、異なる熱処理プロセスが発展しました。一定の強度と靭性を得るために、高温での焼入れと焼き戻しを組み合わせたプロセスを焼き戻しといいます。特定の合金を焼入れして過飽和固溶体を形成させた後、合金の硬度、強度、または電気磁性を向上させるために、室温またはわずかに高い適切な温度でより長い時間保持します。このような熱処理プロセスを時効処理といいます。
圧力加工による変形と熱処理を効果的かつ密接に組み合わせることで、ワークピースに非常に優れた強度と靭性を得る方法を変形熱処理といいます。負圧雰囲気または真空中で熱処理を行う方法を真空熱処理といいます。真空熱処理は、ワークピースの酸化や脱炭を防ぎ、処理後のワークピース表面を維持し、ワークピースの性能を向上させるだけでなく、浸透剤による化学熱処理も可能です。
表面熱処理とは、金属熱処理工程において、加工物の表面層のみを加熱してその機械的特性を変化させる処理のことです。加工物内部への過剰な熱伝達を防ぎ、表面層のみを加熱するためには、熱源のエネルギー密度を高くする必要があります。つまり、加工物の単位面積あたりに与える熱エネルギーを大きくすることで、加工物の表面層または局所的な層を短時間または瞬時に高温に達させることができます。表面熱処理の主な方法としては、火炎焼入れと誘導加熱があり、一般的に使用される熱源には、酸素アセチレン炎や酸素プロパン炎、誘導電流、レーザー、電子ビームなどがあります。
化学熱処理は、ワークピースの表面層の化学組成、組織、特性を変化させる金属熱処理プロセスです。化学熱処理は、ワークピースの表面層の化学組成を変化させるという点で、表面熱処理とは異なります。化学熱処理では、ワークピースを炭素、塩媒体、またはその他の合金元素を含む媒体（気体、液体、固体）で長時間加熱、保温し、ワークピースの表面層に炭素、窒素、ホウ素、クロムなどの元素を浸透させます。元素の浸透後、場合によっては焼入れや焼き戻しなどの他の熱処理プロセスが行われます。化学熱処理の主な方法は、浸炭、窒化、金属浸透です。
熱処理は、機械部品や金型の製造工程において重要な工程の一つです。一般的に、熱処理によって、耐摩耗性や耐食性など、加工物の様々な特性を確保・向上させることができます。また、ブランクの組織や応力状態を改善することで、様々な冷間加工や熱間加工を容易にすることも可能です。
例えば、白鋳鉄は長時間の焼きなまし処理によって可鍛鋳鉄となり、塑性が向上します。歯車は適切な熱処理工程を経ることで、熱処理されていない歯車よりも何倍も、あるいは何十倍も長寿命になります。さらに、安価な炭素鋼に特定の合金元素を浸透させることで、高価な合金鋼のような性能を得ることができ、耐熱鋼やステンレス鋼の一部を置き換えることができます。金型やダイスはほぼすべて熱処理が必要であり、熱処理後にのみ使用できます。
補助手段
I. 焼きなましの種類
焼きなましとは、加工対象物を適切な温度まで加熱し、一定時間保持した後、ゆっくりと冷却する熱処理工程である。
鋼の焼鈍プロセスには多くの種類があり、加熱温度によって 2 つのカテゴリに分けられます。1 つは臨界温度 (Ac1 または Ac3) 以上の焼鈍で、相変化再結晶焼鈍とも呼ばれ、完全焼鈍、不完全焼鈍、球状焼鈍、拡散焼鈍 (均質化焼鈍) などが含まれます。もう 1 つは臨界温度以下の焼鈍で、再結晶焼鈍、応力除去焼鈍などが含まれます。冷却方法によって、焼鈍は等温焼鈍と連続冷却焼鈍に分けられます。
1. 完全アニーリングと等温アニーリング
完全焼鈍（再結晶焼鈍とも呼ばれ、一般に焼鈍と呼ばれる）とは、鋼または鋼材を20～30℃以上のAc3温度に加熱し、組織が完全にオーステナイト化されるまで十分に保持した後、ゆっくりと冷却することで、熱処理工程のほぼ平衡組織を得る処理である。この焼鈍は、主に亜共晶組成の各種炭素鋼および合金鋼の鋳物、鍛造品、熱間圧延形材に使用され、溶接構造物にも使用されることがある。一般的には、重量の少ないワークピースの最終熱処理として、または一部のワークピースの予備熱処理として用いられることが多い。
2. ボールアニーリング
球状焼鈍は、主に共晶点以上の炭素鋼や合金工具鋼（刃物、ゲージ、金型、ダイスなどの製造に使用される鋼材）に用いられます。その主な目的は、硬度を下げ、被削性を向上させ、その後の焼入れに備えることです。
3．応力緩和アニーリング
応力除去焼鈍は、低温焼鈍（または高温焼戻し）とも呼ばれ、主に鋳造品、鍛造品、溶接品、熱間圧延品、冷間引抜き品などの残留応力を除去するために用いられます。これらの応力が除去されないと、一定期間経過後、あるいはその後の切削加工において、鋼材に変形や亀裂が生じる原因となります。
4. 不完全焼鈍とは、熱処理プロセスのほぼバランスのとれた組織を得るために、鋼をAc1～Ac3（共晶下鋼）またはAc1～ACcm（共晶上鋼）まで加熱し、保温と徐冷の間に加熱することです。
II.焼入れにおいて、最も一般的に使用される冷却媒体は、塩水、水、および油である。
ワークピースを塩水で焼入れすると、高硬度と滑らかな表面が得られやすく、焼入れ軟化部が発生しにくいという利点がありますが、ワークピースの変形が激しくなりやすく、ひび割れが生じることもあります。油を焼入れ媒体として使用する方法は、過冷却オーステナイトの安定性が比較的高い一部の合金鋼や、小型の炭素鋼ワークピースの焼入れにのみ適しています。
III.鋼の焼き戻しの目的
1. 脆性を低減し、内部応力を排除または低減します。鋼の焼入れには大きな内部応力と脆性があり、適時に焼き戻しを行わないと、鋼が変形したり、ひび割れたりすることがよくあります。
2. 加工物の必要な機械的特性を得るために、焼入れ後の加工物は高硬度で脆いため、さまざまな加工物の異なる特性の要求を満たすために、適切な焼き戻しによって硬度を調整し、必要な靭性、塑性、脆性を低減することができます。
3．加工物のサイズを安定させる
4. 焼きなましでは軟化が難しい合金鋼の場合、焼入れ（または焼きならし）後に高温焼き戻しを行うことが多く、鋼の炭化物が適切に凝集し、硬度が低下して切削加工が容易になります。
補足的な概念
1. 焼きなまし：金属材料を適切な温度まで加熱し、一定時間保持した後、ゆっくりと冷却する熱処理プロセスを指します。一般的な焼きなましプロセスには、再結晶焼きなまし、応力除去焼きなまし、球状焼きなまし、完全焼きなましなどがあります。焼きなましの目的：主に金属材料の硬度を下げ、塑性を向上させ、切削加工や加圧加工を容易にし、残留応力を低減し、組織と組成の均質化を改善し、または後続の熱処理のために組織を整えることです。
2. 焼きならし：鋼を30～50℃以上（鋼が臨界温度に達したとき）に加熱し、適切な時間保持した後、静止空気中で冷却する熱処理工程を指します。焼きならしの目的は、主に低炭素鋼の機械的特性を向上させ、切削加工性を改善し、結晶粒を微細化し、組織欠陥を除去し、後続の熱処理のための組織を準備することです。
3. 焼入れ：鋼をAc3またはAc1（鋼の臨界点温度以下）以上の一定温度まで加熱し、一定時間保持した後、適切な冷却速度で冷却してマルテンサイト（またはベイナイト）組織を得る熱処理工程を指します。一般的な焼入れ工程には、単一媒体焼入れ、二重媒体焼入れ、マルテンサイト焼入れ、ベイナイト等温焼入れ、表面焼入れ、局所焼入れがあります。焼入れの目的：鋼部品に必要なマルテンサイト組織を得て、ワークピースの硬度、強度、耐摩耗性を向上させ、後続の熱処理が組織形成を良好に行えるようにすること。
4．焼き戻し：鋼を焼き入れした後、Ac1以下の温度まで加熱し、一定時間保持した後、室温まで冷却する熱処理工程を指します。一般的な焼き戻し工程には、低温焼き戻し、中温焼き戻し、高温焼き戻し、および多段階焼き戻しがあります。
焼き戻しの目的：主に焼入れ時に鋼に生じた応力を除去し、鋼に高い硬度と耐摩耗性、そして必要な塑性と靭性を持たせること。
5．焼戻し：鋼材または焼入れ・高温焼戻し複合熱処理工程における鋼材を指します。焼戻し処理を施した鋼材は焼戻し鋼と呼ばれます。一般的には中炭素構造鋼および中炭素合金構造鋼を指します。
6．浸炭処理：浸炭処理とは、炭素原子を鋼の表面層に浸透させる工程です。これにより、低炭素鋼のワークピースに高炭素鋼の表面層が形成され、その後、焼入れと低温焼戻しを行うことで、ワークピースの表面層は高い硬度と耐摩耗性を持ち、中心部は低炭素鋼の靭性と塑性を維持します。
真空法
金属加工品の加熱・冷却工程は、完了までに10数個、場合によっては数十個もの工程を必要とする。これらの工程は真空熱処理炉内で行われるため、作業者は近づくことができない。したがって、真空熱処理炉には高度な自動化が求められる。同時に、金属加工品の焼入れ工程の加熱・保持といった一部の工程は、6～7個の工程からなり、15秒以内に完了する必要がある。このような多くの工程を迅速に完了させるには、作業者の緊張を招き、誤操作につながる可能性がある。そのため、高度な自動化によってのみ、プログラムに従って正確かつタイムリーな調整が可能となる。
金属部品の真空熱処理は密閉された真空炉で行われ、厳密な真空シールが不可欠です。そのため、炉の元の空気漏れ率を確保し、真空炉の動作真空度を維持し、部品の真空熱処理の品質を保証することは非常に重要です。したがって、真空熱処理炉の重要な課題は、信頼性の高い真空シール構造を持つことです。真空炉の真空性能を確保するため、真空熱処理炉の構造設計は、炉本体に気密溶接を使用し、炉本体の開口部をできるだけ少なくするか、開口部を設けず、動的シール構造の使用を少なくするか、または避けるという基本原則に従う必要があります。これは、真空漏れの可能性を最小限に抑えるためです。真空炉本体に設置される部品や付属品、例えば水冷電極や熱電対排出装置なども、シール構造を設計する必要があります。
ほとんどの加熱・断熱材は真空下でのみ使用可能です。真空熱処理炉の加熱・断熱ライニングは真空かつ高温下で動作するため、これらの材料には高い耐熱性、放射特性、熱伝導率などが求められます。耐酸化性に対する要求はそれほど高くありません。そのため、真空熱処理炉の加熱・断熱材には、タンタル、タングステン、モリブデン、グラファイトなどが広く用いられています。これらの材料は大気中で酸化しやすいため、通常の熱処理炉ではこれらの加熱・断熱材を使用することはできません。
水冷装置：真空熱処理炉の筐体、炉蓋、電熱素子、水冷電極、中間真空断熱扉などの構成部品は、真空中で加熱作業を行います。このような極めて過酷な条件下では、各構成部品の構造が変形したり損傷したりせず、真空シールが過熱したり焼損したりしないようにする必要があります。そのため、真空熱処理炉が正常に動作し、十分な耐用年数を確保できるよう、各構成部品は状況に応じて水冷装置を設置する必要があります。
低電圧・大電流の使用：真空容器において、真空度が数10～1トル程度の範囲にある場合、真空容器内の通電導体に高電圧をかけると、グロー放電現象が発生します。真空熱処理炉では、深刻なアーク放電が発生すると、電熱素子や絶縁層が焼損し、重大な事故や損失につながります。そのため、真空熱処理炉の電熱素子の動作電圧は、一般的に80～100ボルト以下に抑えられています。同時に、電熱素子の構造設計においては、先端部をできるだけ避ける、電極間の間隔を狭くしすぎないなど、グロー放電やアーク放電の発生を防ぐための効果的な対策を講じる必要があります。
焼き戻し
加工対象物の性能要件や焼き戻し温度の違いに応じて、焼き戻しは以下の種類に分類できます。
（a）低温焼き戻し（150～250度）
低温焼戻しは、焼戻しマルテンサイト組織を形成するための処理です。焼入れ鋼の高い硬度と耐摩耗性を維持しつつ、焼入れ内部応力と脆性を低減し、使用中の欠けや早期損傷を防ぐことを目的としています。主に各種高炭素切削工具、ゲージ、冷間引抜き金型、転がり軸受、浸炭部品などに使用され、焼戻し後の硬度は一般的にHRC58～64です。
（ii）中温焼戻し（250～500度）
中温焼戻し処理は、焼戻し石英体に対して行われる処理です。その目的は、高い降伏強度、弾性限界、および高い靭性を得ることです。そのため、主に各種ばねや熱間加工金型の加工に用いられ、焼戻し硬度は一般的にHRC35～50です。
（C）高温焼き戻し（500～650度）
高温焼戻しは、焼戻し処理を施したソーナイト鋼の組織的な熱処理です。焼入れと高温焼戻しを組み合わせた熱処理は焼戻し処理と呼ばれ、強度、硬度、塑性、靭性といった総合的な機械的特性を向上させることを目的としています。そのため、自動車、トラクター、工作機械などの重要な構造部品、例えばコネクティングロッド、ボルト、ギア、シャフトなどに広く使用されています。焼戻し後の硬度は一般的にHB200～330です。
変形防止
精密複合金型の変形原因は複雑な場合が多いですが、変形法則を理解し、原因を分析し、さまざまな方法で金型変形を防止することで、変形を軽減し、制御することができます。一般的に、精密複合金型の熱処理による変形防止には、以下の方法を用いることができます。
（１）適切な材料選定。精密な複雑な金型には、良好な微小変形金型鋼（空冷焼入れ鋼など）を材料として選定し、炭化物偏析が深刻な金型鋼には適切な鍛造焼戻し熱処理を施し、大型で鍛造できない金型鋼には固溶化二重精錬熱処理を施す。
（２）金型構造設計は合理的であるべきであり、厚みの差が大きすぎず、形状は対称であるべきであり、大型金型の変形については変形法則を習得し、加工代を確保し、大型で精密かつ複雑な金型には複合構造を用いることができる。
（３）精密で複雑な金型は、加工工程で発生する残留応力を除去するために、事前に熱処理を行う必要がある。
（４）加熱温度を適切に選択し、加熱速度を制御することで、精密な複雑な金型には、ゆっくり加熱、予熱などのバランスの取れた加熱方法を採用して、金型の熱処理変形を軽減することができます。
（５）金型の硬度を確保することを前提として、予冷、段階冷却焼入れ、または温度焼入れプロセスを使用するように試みる。
（６）精密で複雑な金型の場合、条件が許せば、真空加熱焼入れと焼入れ後の深冷処理を試みる。
（７）精密で複雑な金型の場合、金型の精度を制御するために、予熱処理、時効熱処理、焼戻し窒化熱処理を用いることができる。
（８）金型砂穴、気孔、摩耗などの欠陥の修復においては、冷間溶接機などの熱衝撃修復装置を使用して、修復工程での変形を回避する。
さらに、適切な熱処理工程の操作（穴の塞ぎ、穴の結束、機械的固定、適切な加熱方法、金型の冷却方向と冷却媒体内の移動方向の適切な選択など）と合理的な焼き戻し熱処理工程は、精密金型や複雑な金型の変形を低減するための効果的な対策です。
表面焼入れ焼戻し熱処理は、通常、誘導加熱または火炎加熱によって行われます。主な技術的パラメータは、表面硬度、局部硬度、および有効硬化層の深さです。硬度試験には、ビッカース硬度計、ロックウェル硬度計、または表面ロックウェル硬度計を使用できます。試験力（スケール）の選択は、有効硬化層の深さとワークピースの表面硬度に関係します。ここでは、3種類の硬度計が関係します。
まず、ビッカース硬度計は、熱処理されたワークピースの表面硬度を測定する重要な手段であり、0.5～100kgの試験力を選択でき、厚さ0.05mmという薄い表面硬化層も測定可能で、精度が最も高く、熱処理されたワークピースの表面硬度のわずかな違いも識別できます。さらに、有効硬化層の深さもビッカース硬度計で測定する必要があるため、表面熱処理加工や、表面熱処理されたワークピースを多数使用する場合には、ビッカース硬度計の設置が不可欠です。
第二に、表面ロックウェル硬度計は、表面硬化処理されたワークピースの硬度測定にも非常に適しており、3つのスケールから選択できます。0.1mm以上の有効硬化深さを持つ様々な表面硬化処理されたワークピースを測定できます。表面ロックウェル硬度計の精度はビッカース硬度計ほど高くはありませんが、熱処理工場の品質管理および合格検査手段として、要求を満たすことができます。さらに、操作が簡単で使いやすく、低価格で、測定が迅速で、硬度値を直接読み取ることができるなどの特性も備えています。表面ロックウェル硬度計を使用することで、表面熱処理されたワークピースをバッチ単位で迅速かつ非破壊的に個別に検査できます。これは、金属加工および機械製造工場にとって重要です。
第三に、表面の熱処理硬化層が厚い場合は、ロックウェル硬度計を使用することもできます。熱処理硬化層の厚さが0.4～0.8mmの場合はHRAスケールを、0.8mmを超える場合はHRCスケールを使用できます。
ビッカース硬度、ロックウェル硬度、表面ロックウェル硬度の3種類の硬度値は、相互に容易に変換でき、規格、図面、またはユーザーが必要とする硬度値に変換できます。対応する変換表は、国際規格ISO、米国規格ASTM、および中国規格GB/Tに記載されています。
局所的な硬化
部品の局所的な硬度要求値が高い場合は、誘導加熱などの局所焼入れ熱処理手段が利用可能であり、そのような部品は通常、図面に局所焼入れ熱処理の位置と局所的な硬度値をマークする必要があります。部品の硬度試験は、指定された領域で実施する必要があります。硬度試験装置としては、ロックウェル硬度計を使用してHRC硬度値を測定できます。熱処理による硬化層が浅い場合は、表面ロックウェル硬度計を使用してHRN硬度値を測定できます。
化学熱処理
化学熱処理とは、加工対象物の表面に一つまたは複数の化学元素の原子を浸透させることで、加工対象物の表面の化学組成、組織、および特性を変化させる処理である。焼入れおよび低温焼戻し後、加工対象物の表面は高い硬度、耐摩耗性、および接触疲労強度を有し、一方、加工対象物の中心部は高い靭性を有する。
上記から、熱処理工程における温度の検出と記録は非常に重要であり、温度制御が不十分だと製品に大きな影響を与えることがわかります。したがって、温度の検出は非常に重要であり、工程全体の温度変化の把握も非常に重要です。そのため、熱処理工程では温度変化を記録する必要があり、これにより将来のデータ分析が容易になるだけでなく、温度が要求を満たさなかった時期も把握できます。これは、将来の熱処理の改善に非常に大きな役割を果たすでしょう。
操作手順
1．作業現場を清掃し、電源、測定機器、各種スイッチが正常に動作しているか、水源が安定しているかを確認します。
2．作業者は適切な労働保護具を着用しなければならない。そうしないと危険である。
3. 制御電源ユニバーサル切替スイッチを開き、機器の技術要件に従って段階的な温度上昇と下降を行い、機器の寿命を延ばし、機器を損傷させないようにします。
4. 熱処理炉の温度とメッシュベルトの速度調整に注意を払い、異なる材料に必要な温度基準を習得し、ワークピースの硬度、表面の真直度、酸化層を確保し、安全にしっかりと作業を行うこと。
5．焼戻し炉の温度とメッシュベルトの速度に注意し、排気を開けて、焼戻し後のワークピースが品質要件を満たすようにします。
6. 仕事においては、職務を全うすべきである。
7. 必要な消防設備を構成し、その使用方法と保守方法を熟知していること。
8．機械を停止する際は、すべての制御スイッチがオフ状態になっていることを確認し、ユニバーサル転送スイッチを閉じる必要があります。
過熱
ローラー付属品ベアリング部品の粗い開口部から、焼入れ後の微細構造の過熱が観察できます。しかし、過熱の正確な程度を判断するには、微細構造を観察する必要があります。GCr15鋼の焼入れ組織に粗い針状マルテンサイトが現れた場合、それは焼入れ過熱組織です。焼入れ加熱温度が高すぎるか、加熱および保持時間が長すぎて全範囲で過熱した可能性があります。また、元の組織の帯状炭化物が深刻で、2つの帯の間の低炭素領域に局所的に厚い針状マルテンサイトが形成され、局所的な過熱を引き起こした可能性もあります。過熱組織中の残留オーステナイトが増加し、寸法安定性が低下します。焼入れ組織の過熱により、鋼の結晶が粗大化し、部品の靭性が低下し、耐衝撃性が低下し、ベアリングの寿命も低下します。深刻な過熱は、焼入れ割れを引き起こす可能性さえあります。
過熱
焼入れ温度が低い、または冷却が不十分な場合、微細構造中に標準のトーレナイト組織よりも多くの組織が生成され、これは過熱組織として知られており、硬度が低下し、耐摩耗性が著しく低下し、ローラー部品ベアリングの寿命に影響を与えます。
焼き入れの亀裂
ローラーベアリング部品は、焼入れ冷却工程において内部応力によって焼入れ割れと呼ばれる亀裂が発生します。このような亀裂の原因としては、焼入れ加熱温度が高すぎる、または冷却速度が速すぎるために、熱応力と金属質量の体積変化による応力が鋼の破壊強度を超える場合、加工面の元の欠陥（表面亀裂や傷など）や鋼の内部欠陥（スラグ、深刻な非金属介在物、白斑、収縮残留物など）が焼入れ時に応力集中を起こす場合、表面の脱炭や炭化物偏析が激しい場合、焼入れ後の焼き戻しが不十分または時期尚早な場合、前工程で発生した冷間パンチ応力が大きすぎる場合、鍛造による折り曲げ、深い旋削切削、油溝の鋭利なエッジなどが挙げられます。要するに、焼入れ割れの原因は上記の要因の1つまたは複数である可能性があり、内部応力の存在が焼入れ割れ発生の主な原因です。焼入れ割れは深く細長く、直線状の破断面を持ち、破断面に酸化による変色は見られません。軸受カラーでは縦方向の平坦な割れ、または環状の割れとなることが多く、軸受鋼球ではS字型、T字型、または環状の形状となります。焼入れ割れの組織的特徴は、割れの両側に脱炭現象が見られないことであり、鍛造割れや材料割れとは明確に区別できます。
熱処理による変形
NACHIベアリング部品の熱処理では、熱応力と組織応力が発生し、これらの内部応力は互いに重なり合ったり、部分的に相殺されたりするため、加熱温度、加熱速度、冷却モード、冷却速度、部品の形状やサイズによって変化するため、複雑で変動が大きく、熱処理による変形は避けられません。法則を認識して習得することで、ベアリング部品の変形（カラーの楕円、サイズアップなど）を制御可能な範囲に収めることができ、生産に有利になります。もちろん、熱処理工程における機械的衝突によっても部品は変形しますが、この変形を利用して作業を改善し、変形を低減・回避することができます。
表面脱炭
ローラー付属品のベアリング部品は、熱処理工程において酸化性媒体中で加熱されると、表面が酸化され、部品表面の炭素質量分率が低下し、表面脱炭が発生します。表面脱炭層の深さが最終加工時の残留量を超えると、部品は不良品となります。表面脱炭層の深さの判定には、金属組織学的検査法と微小硬度測定法が用いられます。表面層の微小硬度分布曲線は測定方法に基づいており、判定基準として使用できます。
柔らかい部分
加熱不足、冷却不良、焼き入れ不良などが原因で、ローラーベアリング部品の表面硬度が不十分となり、焼き入れ軟化点と呼ばれる現象が発生します。これは表面脱炭に似ており、表面の耐摩耗性や疲労強度を著しく低下させる可能性があります。
投稿日時：2023年12月5日