熱処理後の金属のデジタルマイクロスコープでの観察・測定

熱処理とは

熱処理とは、日本金属熱処理工業会で「赤めて冷ますこと」と記載されており、金属材料に加熱と冷却を加えて形を変えることなく性質を向上させる加工技術と説明されています。また変化させる性質については、強さ、硬さ、粘り、耐衝撃性、耐摩耗性、耐腐食性、耐食性、被削性、冷間加工性などを指し、切断や塑性加工のような金属加工の一種に分類されています。

代表的な熱処理

焼き入れ

鋼を硬く強くする熱処理です。一般的な鋼は約700℃まで加熱すると素材が赤づき、結晶構造や性質の変化がはじまります。この性質変化を「変態」、その変化がはじまる温度を「変態温度」と呼びます。焼き入れとは、変態温度を超える温度で鉄の結晶を炭素が多く溶け込むオーステナイトに変化させ、炭素を鉄の結晶中に固溶し、その後水や油で一気に冷却することでマルテンサイトという非常に硬い結晶に変える熱処理です。

焼きなまし

鋼の結晶粒度を調整し軟らかくする熱処理です。変態温度+50度程度に加熱し1時間程度保持した後、炉内でゆっくりと冷却します。製品を加工する際に切削を容易にする目的で行う熱処理です。

焼きならし

不均一な鋼の組織を切削加工やプレス加工に適した状態に改善する熱処理です。変態温度+50度程度に加熱し空気で冷却することで結晶粒が微細化し強靭性が向上します。

焼き戻し

焼き入れまたは焼きならしを行った鋼の硬さを減少し粘り強さを増加させる熱処理です。500度くらいの温度で熱処理を行い、また冷やします。そうすることで、「硬くてねばりのある鋼」になります。焼き戻しとは、マルテンサイトから微細なフェライトやセメンタイトが析出した組織に戻すことで粘り強さ（靭性）を回復する熱処理です。

焼き入れ・焼き戻しの原理

常温の鉄は、立方体の各頂点と中心に原子が位置する「体心立方格子」という形を取っています。
焼き入れを行いますと、鉄は立方体の各頂点と面の中心に原子が位置する「面心立方格子」という形になり、そこに炭素が溶け込みます。
急速に冷却することで鉄は「体心立方格子」構造に戻ろうとします。しかし、すでに炭素が取り込まれているためいびつな構造になり、硬くなります。

焼き入れ

焼き戻し