熱処理とは ~「焼ならし」について~

 熱処理のうち、「焼き入れ」と「焼き戻し」は、素材に熱を加える熱処理方法でした。一方で、「焼なまし」と「焼ならし」は、素材を冷やして素材に軟らかさを粘りさを加える方法です。焼なましと焼ならしは、どちらも素材を冷やす熱処理方法ですが、その冷やし方が異なります。今回は「焼ならし」についてご説明いたします。
 
 「焼ならし」は「焼準(しょうじゅん)」とも呼ばれます。「鋼材を標準状態に戻す」処理です。焼なましは鋼材を炉の中でゆっくりと冷やしましたが、焼ならしは空気に触れて放っておくことで冷やします。炉の中よりも空冷(空気中で冷やす)のほうが鋼材は速く冷えます。速く冷えることで、鋼材の中の結晶の粒が焼なましの状態よりも小さくなります。結晶粒が大きい方が、鋼材は柔らかくなります。つまり、結晶粒の小さな焼ならしは、焼なましに比べると鋼材が硬くなります。焼ならしを行うことで、「柔らかすぎず硬すぎず」の性質を作り上げることができるのです。
 
 焼きなましが鋼材を柔らかくする処理であるのに対し、焼ならしは鋼材にある程度の柔らかさと粘り気の両方を与える処理といえます。鋼材の持つ材質を改善し、切削の加工性を向上させます。また、焼ならしにより鋼材の内部応力を除去することもできます。
 
 「焼ならし」は、炭素の含有量が約1%以下の鋼に対して行われます。鋼材の原子は室温ではフェライト結晶と呼ばれる構造(体心立方格子)で存在しています。それを、オーステナイト結晶と呼ばれる構造(面心立方格子)に変化する温度+50度程度で加熱し、十分にその温度を保ってオーステナイト化させた後、空気中で十分に冷やします。冷やし方により、いくつかの種類に分けることができます。
 
<普通焼ならし>
加熱した温度から常温に冷えるまで、何も手を加えず、空気中に放置します。

<等温焼ならし>
オーステナイトが分解して、フェライト結晶とセメンタイトFe3Cが同時に現れる温度付近まで強制的に冷却します。等温変態の完了までこの温度で鋼材を保ち、その後空冷します。

<二段焼ならし>
加熱した温度から約550度(鋼材に火色がなくなる温度)まで空冷し、その後、炉内でゆっくりと常温になるまで冷やします。

 焼ならしに向いている鋼材は、炭素鋼や低合金鋼(炭素鋼に5[mass%]以下の合金元素を混ぜ合わせた合金鋼)です。高合金鋼(10[mass%]以上)、特にニッケルを含んだ鋼材は自硬性(鋼材がマルテンサイト結晶化して硬くなってしまうこと)が強く、柔らかくなりにくい性質があります。その場合には焼戻しの処理が適しています。

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