金属加工品に必要な機械的、物理的、化学的特性を与えるには、材料の合理的な選択やさまざまな成形プロセスに加えて、多くの場合、熱処理プロセスが不可欠です。鋼は機械産業で最も広く使用されている材料であり、熱処理によって制御できる複雑な微細構造を備えています。したがって、金属熱処理は鋼の熱処理が主な内容となります。
さらに、アルミニウム、銅、マグネシウム、チタンおよびそれらの合金も、熱処理によって機械的、物理的、化学的特性を変化させ、さまざまな性能特性を得ることができます。
熱処理は一般に、ワークピースの形状や全体的な化学組成を変化させませんが、むしろワークピース内部の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によって、その性能を付与または改善します。その特徴は、一般には肉眼では見えないワークピースの本質的な品質を向上させることです。
熱処理の役割は、材料の機械的特性を改善し、残留応力を除去し、金属の被削性を高めることです。熱処理の目的に応じて、熱処理プロセスは予備熱処理と最終熱処理の 2 つのカテゴリに分類できます。
1.予備熱処理の目的は、加工性能を向上させ、内部応力を除去し、最終熱処理に備えて良好な金属組織を準備することです。熱処理工程には、焼きなまし、焼きならし、時効、焼き入れ、焼き戻しなどが含まれます。
l 熱処理を施したブランクには、焼きなましと焼きならしが行われます。炭素含有量が 0.5% を超える炭素鋼および合金鋼は、硬度を下げて切断を容易にするために焼きなまされることがよくあります。炭素含有量が0.5％未満の炭素鋼および合金鋼は、硬度が低いため、切削時の工具の焼き付きを防ぐために焼ならし処理が施されます。アニーリングと焼きならしにより結晶粒径を微細化し、均一な微細構造を実現し、将来の熱処理に備えることができます。焼きなましと焼きならしは、多くの場合、荒加工後、荒加工前に行われます。
l 時間処理は主にブランク製造時や機械加工時に発生する内部応力を除去するために使用されます。過度の輸送負荷を避けるために、一般的な精度の部品については、精密加工の前に時間処理を配置することができます。ただし、高精度が要求される部品（三次元中ぐり盤のケーシングなど）の場合は、時効処理工程を複数設ける必要があります。単純な部品は通常時効処理を必要としません。鋳物に限らず、一部の剛性の低い精密部品（精密ねじなど）では、加工時に発生する内部応力を除去し、部品の加工精度を安定させるために、荒加工と準精密加工の間に複数回の時効処理を施すことがよくあります。シャフト部品によっては矯正後に時間をかけて処理する必要がある場合があります。
l 焼入れ焼戻しとは、焼入れ後に高温焼戻し処理を行うことにより、均一で微細な焼戻しマルテンサイト組織が得られ、将来の表面焼入れ・窒化処理時の変形低減に備えることができます。したがって、焼入れ焼戻しは予備熱処理としても使用できます。焼き入れおよび焼き戻しされた部品の包括的な機械的特性は優れているため、硬度と耐摩耗性の要件が低い一部の部品は、最終熱処理プロセスとしても使用できます。
2.最終熱処理の目的は、硬度、耐摩耗性、強度などの機械的特性を向上させることです。
l 焼入れには、表面焼入れとバルク焼入れが含まれます。表面焼入れは、変形、酸化、脱炭が少ないため広く使用されており、内部では良好な靭性と強い耐衝撃性を維持しながら、高い外部強度と良好な耐摩耗性という利点もあります。表面焼き入れ部品の機械的性質を向上させるために、予備熱処理として焼き入れ焼き戻しや焼きならしなどの熱処理を行うことが必要となる場合があります。一般的な加工ルートは、切削→鍛造→焼ならし（焼鈍）→荒加工→焼入れ焼戻し→準精密加工→表面焼入れ→精密加工となります。
l 浸炭焼き入れは低炭素鋼、低合金鋼に適しています。まず、部品の表層の炭素含有量が増加し、焼入れ後、表層は高い硬度を獲得しますが、コアは依然として一定の強度、高い靭性、および可塑性を維持します。炭化は全体浸炭と局部浸炭に分けられます。部分浸炭を行う場合、非浸炭部分には浸み込み防止対策（銅メッキまたはメッキ浸み込み防止材）を施してください。浸炭焼入れによる変形が大きく、浸炭深さが一般的に0.5～2mm程度であるため、浸炭工程は準精密加工と精密加工の中間に位置するのが一般的です。一般的な加工ルートは、切削、鍛造、焼ならし、粗加工、準精密加工、浸炭焼き入れ、精密加工です。局所浸炭部品の非浸炭部が取り代を大きくして余剰浸炭層を切除する工程計画を採用する場合、浸炭後焼入れ前に余剰浸炭層を切除する工程を設ける必要がある。
l 窒化処理は、金属表面に窒素原子を浸透させ、窒素含有化合物の層を得る処理方法です。窒化層により、部品表面の硬度、耐摩耗性、疲労強度、耐食性が向上します。窒化処理温度が低く、変形が小さく、窒化層が薄い（通常 0.6 ～ 0.7 mm を超えない）ため、窒化プロセスはできるだけ遅く配置する必要があります。窒化処理時の変形を低減するには、通常、切断後に応力を除去するための高温焼戻しが必要です。
投稿日時: 2024 年 10 月 24 日
