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熱処理の指示は工程をどう変えるか

図面の短い熱処理指示が、加工順序や取り代、変形対策を左右します。硬さ、硬化深さ、処理方法を確認してから工程を組み立てます。

01主な熱処理方法

名称	何をするか	目的	代表的な硬さ
焼なまし	加熱後、炉冷	軟化、内部応力の除去、被削性の改善	HB 150 ～ 200
焼ならし	加熱後、空冷	結晶粒の微細化、組織の均一化	HB 170 ～ 250
焼入れ	加熱後、急冷	マルテンサイト化。最も硬くなる	HRC 55 ～ 65
焼戻し	焼入れ後に再加熱して保持	脆さを下げ、寸法を安定させる	温度による
調質	焼入れ＋高温焼戻し	強度と靭性のバランス	HRC 25 ～ 35

焼入れ後は通常、焼戻しを行います。必要な条件は材質と要求特性で決まります。

歯車、カム、軸では、表面の耐摩耗性と芯部の靱性を両立させたいことがあります。その場合は全体焼入れではなく表面硬化を指定します。硬化深さと硬さの要求が、処理方法や後加工を決めます。

方法	原理	硬化層深さ	適する材料
浸炭焼入れ	表面に炭素を拡散させてから焼入れ	0.3 ～ 2.0 mm	SCM415、SCr420 などの低炭素鋼
窒化	表面に窒素を拡散。焼入れ不要	0.1 ～ 0.6 mm	Al・Cr・Mo を含む窒化鋼
高周波焼入れ	表層を誘導加熱してから急冷	0.5 ～ 5 mm	S45C、SCM440 などの中炭素鋼
炎焼入れ	表層を炎で加熱してから急冷	1 ～ 6 mm	中炭素鋼、鋳鉄

窒化は一般的な焼入れより低温で行い、変形を抑えやすい方法です。部品に合う工程を確認します。

「浸炭焼入れ、HRC 58～62、有効硬化層深さ0.8～1.2 mm」のような指示には、処理方法、表面硬さ、硬化深さの三つが含まれます。硬さだけでは、耐摩耗層がどこまで続くか分かりません。

尺度	圧子と荷重	向く対象	換算
HRC	120° ダイヤモンド円錐、150 kgf	焼入れ鋼、HRC 20〜70	いちばん多い
HRB	1.588 mm 鋼球、100 kgf	軟鋼、銅合金	HRB 100 ≈ HRC 20
HV（ビッカース）	正四角錐ダイヤモンド	薄物、硬化層、めっき	HV 550 ≈ HRC 52
HB（ブリネル）	鋼球または超硬球	鋳物、大物、粗い結晶粒	HB 300 ≈ HRC 32

硬さ尺度の換算は近似です。可能な限り図面が指定する尺度で測ります。

熱処理の前後どちらで仕上げ加工を行うかによって、同じ図面でも工程は変わります。取り代と検査のタイミングをその順序に合わせて計画します。

熱処理後の高い硬さと厳しい形状公差が同時に求められる場合、研削などの後仕上げが必要になることがあります。焼入れ後に気づくのではなく、見積り時に工程を確認します。

焼入れでは相変態と冷却の不均一さにより、寸法や形状が変わることがあります。伸びだけでなく曲がりや真円度の変化も見込み、試作で実際の変形量を確かめます。