熱処理とは?種類と用途をチェック

金属材料の性質をより高める熱処理とは?種類と用途をチェック

熱処理加工とは、金属材料の性質を向上させる目的があります。加熱と冷却で施される熱処理加工で、どのように性質を向上させるかご存知でしょうか?今回は、熱処理加工で期待できる効果と、加工方法について詳しく説明します。

目次
  1. 加熱と冷却を施し性質の向上をはかる!熱処理とは
  2. 2 種類からなる熱処理の種類とは
  3. 相変化が起こる変態温度について
  4. 用途に合わせた熱処理の選択
  5. 様々な熱処理加工で金属の性質を高める!

これだけは知っておきたい熱処理のポイント!

  • 加熱を冷却を施した加工方法
  • 金属材料の性質を高める効果が期待できる
  • 加工方法によって期待できる効果が異なる

加熱と冷却を施し性質の向上をはかる!熱処理とは

熱処理とは、金属の材料を「加熱」と「冷却」を加えながら、形が変形しないように性質の向上を行う加工のことです。熱処理は、切断や塑性加工と同様に金属を加工する種類のひとつとして分けられます。

◼️ 熱処理によって向上させる金属材料の性質

向上させる性質の種類 強さ 金属材料を強固なものにします
硬さ 金属材料を硬化します
粘り 金属加工が壊れにくくなります
耐衝撃性 衝撃に強くなります
耐摩耗性 摩擦に強くなります
耐腐食性 腐りにくくなります
耐食性 錆びにくくなります
被削性 削れにくくなります
冷間加工性 硬度や引っ張り強さが増す

金属材料の硬化が期待できる加熱と冷却加工

熱処理は、加熱と冷却の 2 つの工程によって進められます。
金属材料に熱を加えた後に、急激に冷却をすることで、金属材料の性質を硬くすることができるのです。
また、金属材料の性質を向上させる目的によって、熱の加え方や熱の冷まし方が異なってきます。
この加熱と冷却の方法の違いについて、その種類を次の章で詳しくみていきましょう。

2種類からなる熱処理の種類とは

先ほど説明したように、熱処理で肝となる加熱や冷却の方法により、加工の仕方が異なってきます。この加工の方法は、大きく分類すると「全体熱処理」と「表面熱処理」の振り分けることができます。また、金属材料全体を変形させる熱処理は、「一般熱処理」と「特殊熱処理」に分けられます。

◼️ 一般熱処理と特殊熱処理の種類

一般熱処理の種類 特殊熱処理の種類
・焼入れ ・焼もどし ・焼なまし ・焼ならし ・固溶化処理 ・サブゼロ処理

特殊熱処理は、一般熱処理された金属材料をさらに向上される目的で加工されます。

母材を硬くする目的の「焼入れ」

焼入れの目的は、母材を硬くすることです。焼入れの加工方法は、金属材料を組織が変化するまで温度を上昇させた後、一定の時間放置し、その後急激に冷却させます。金属材料の硬化程度は、炭素の量で決定されます。また、炭素だけではなく他の合金元素も影響し、硬さや硬化の深さが変化します。

強靭な性質にする「焼もどし」

焼もどしの目的は、金属材料を強靭にすることです。焼入れによって硬くなった金属材料は、脆くなりやすい特徴があります。そのため、焼もどしでさらに熱を加え硬さを整えることで、粘りがあり強靭な加工を可能にします。よって、焼入れと焼もどしは一緒に加工されるケースが多く、丈夫で頑丈な製品を作り出します。

◼️ 焼もどしの種類

低温焼もどし 高温焼もどし
低温焼もどしは、150℃〜200℃の温度を1時間程度維持します。 低温焼もどしは、金属材料に対してストレスが少ないため、耐摩耗性やひび割れなどを防止するメリットがあります。 高温焼もどしは、550℃〜650℃の温度で1時間程度熱を加えた加工方法です。歯車や工具類などによく使用される方法です。

柔軟な加工にする「焼なまし」

焼まなしは、金属材料を柔軟にし加工がしやすい状態にする目的があります。焼まなしされた金属材料は、切断したり削ったりするための工具や機械部品を製造する際に重宝される金属材料です。

焼まなしは、金属材料の組織を均一にする目的もあります。この処理が上手にされていないと、組織の硬さは均等ではなくなり、機械加工に不向きになったりムラの原因になるケースもあります。焼まなしは、「拡散焼なまし」「完全焼なまし」「球状焼なまし」「等温変態焼なまし」「応力除去焼なまし」などに分類され、目的によって使い分けられます。

金属材料を均一化にする「焼ならし」

焼ならしは、歪みが生まれやすい鉄鋼製の部品に均一化を図るために用いられます。例えば、金属を加熱し液状にし型どる鋳造や、金属を熱し圧力を加えながら形を変更する鍛造、金属をローラーで板状や棒状にしていく圧延などの方法が用いられる金属材料です。焼ならしは、変態点より高温で加熱し、空冷をすることで結晶粒が微細化され、金属材料が強靭化され外部から加わる力や熱が内部に残る現象を取り去ることができます。

相変化が起こる変態温度について

変態温度とは、熱を加えることで相変化が起こる温度のことを言います。また、この変態温度が金属に性質が安定に維持され続ける温度範囲で起こる場合には、変態が開始されて終了する温度のことを変態温度と呼ばれます。

様々な加工方法がある熱処理の流れについて

では、熱処理が行われる流れについて詳しくみていきましょう。熱処理の加工方法には、先にも説明した通り、「焼入れ」「焼もどし」「焼なまし」「焼ならし」があり、それぞれに性質向上の目的が異なります。

金属材料は、約 700℃の熱が加わると赤くなります。
赤く色づいたタイミングで、金属材料の結晶構造や性質が変化を開始します。
この変化が、先で説明した「変態温度」です。
金属材料が赤くなるまで熱を加え、水で急激に冷やすことで金属材料は硬くなります(焼入れ)。
焼入れした金属材料は、脆い状態のため再び熱を加え(焼もどし)、強く丈夫な素材に仕上げていきます。

用途に合わせた熱処理の選択

熱処理には、加工方法が「焼入れ」「焼もどし」「焼なまし」「焼ならし」とあり、それぞれ加工を加える目的が異なります。

◼️ 用途別熱処理

熱処理種類 用途
焼入れ 硬さを必要とする金属材料として使用する場合に適しています
焼もどし 硬さと丈夫さを必要とする金属材料として使用する場合に適しています。
焼なまし 切断したり削る工程のある金属材料として使用する場合に適しています。
焼ならし 均一で歪みがない金属材料が必要な場合に適しています。

参考:https://www.keyence.co.jp/ss/products/recorder/heat/basics/about.jsp

様々な熱処理加工で金属の性質を高める!

熱処理は、金属の性質を高める目的で施される加工方法です。熱処理の方法は 4 種類あり、主に強靭で硬化させ、金属材料の性質を加工を行う前と比較すると、強いものになります。

キャディ株式会社では、熱処理加工も対応できます。

ホームページで熱処理加工の事例を紹介しております。

ぜひ参考ください。

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