鋼部品を焼入れ焼戻しする理由：強度・靭性・耐久性を引き出す熱処理

焼入れ焼戻し処理：焼入れ後の高温焼戻しを焼入れ焼戻し処理と呼びます。高温焼戻しとは500～650℃での焼戻しを指します。焼入れ焼戻しにより、鋼の性能と材質を大幅に調整でき、強度、塑性、靭性が良好で、優れた総合機械的特性が得られます。

焼入れ焼戻し後、焼戻しソルバイトが得られます。焼戻しソルバイトはマルテンサイトの焼戻し時に形成されます。光学金属顕微鏡で500～600倍に拡大して初めて区別できます。フェライト基地上に炭化物（セメンタイトを含む）の球状粒子が分散した複合組織です。また、マルテンサイトの焼戻し組織であり、フェライトと粒状炭化物の混合物です。このときフェライトには基本的に炭素過飽和がなく、炭化物も安定炭化物です。常温での平衡組織です。

焼入れ焼戻し鋼には、炭素焼入れ焼戻し鋼と合金焼入れ焼戻し鋼の2種類があります。炭素鋼であれ合金鋼であれ、その炭素含有量は厳密に管理されます。炭素含有量が高すぎると、焼入れ焼戻し後のワーク強度は高いが靭性が不足します。炭素含有量が低すぎると靭性は向上しますが強度が不足します。焼入れ焼戻し部品の優れた総合性能を得るため、炭素含有量は一般的に0.30～0.50％で管理されます。

焼入れ焼戻し時、ワーク全断面が焼入れされることが要求され、微細な針状焼入れマルテンサイトを主体とする組織が得られます。高温焼戻しにより、均一な焼戻しソルバイトを主体とする組織が得られます。小規模工場では各炉ごとの金相分析は不可能で、一般的に硬度試験のみを行います。これは、焼入れ後の硬度が材料の焼入れ硬度に達し、焼戻し後の硬度が図面要求に従ってチェックされることを意味します。

45鋼の焼入れ焼戻し

45鋼は中炭素構造用鋼で、冷間・熱間加工性が良く、機械的特性が良好、価格が安く供給源が広いため広く使用されています。最大の弱点は焼入れ性が低いことで、大断面寸法と高要求ワークには不向きです。

45鋼の焼入れ温度はA3＋（30～50）℃です。実際の操作では一般的に上限を取ります。より高い焼入れ温度はワーク加熱を高速化し、表面酸化を減らし、作業効率を向上させます。ワークのオーステナイトを均質化するため、十分な保持時間が必要です。実際の炉入れ量が多い場合、保持時間を適切に延長する必要があります。そうでないと加熱不均一による硬度不足が生じる可能性があります。しかし、保持時間が長すぎると粗大結晶と深刻な酸化脱炭が発生し、焼入れ品質に影響します。プロセス文書の規定より炉入れ量が多い場合、加熱保持時間を1/5延長する必要があると考えます。

45鋼は焼入れ性が低いため、冷却速度の高い10％食塩水を使用すべきです。ワークが水に入ったら焼入れしますが、完全に冷やしません。ワークを食塩水で冷やすとワークが割れる可能性があります。これはワークが約180℃に冷却されたとき、オーステナイトがマルテンサイトに急速に変態し、過大な組織応力が生じるためです。したがって、焼入れワークがこの温度領域で急速冷却されるとき、緩やかな冷却法を採用すべきです。出水温度の制御は難しいため、経験による操作が必要です。ワークの水中での振動が止まったら、空冷（オイル冷却の方が良い）で出水できます。また、ワークは水に入るとき静止せず動かし、ワーク形状に応じて規則正しく動かすべきです。静止冷却媒質と静止ワークは硬度不均一、応力不均一、大変形、さらにはワーク割れを引き起こします。

45鋼焼入れ焼戻し部品の焼入れ後硬度はHRC56～59に達するべきです。大断面の場合は低くなる可能性がありますが、HRC48未満であってはなりません。それ未満の場合、ワークが完全に焼入れされておらず、ソルバイトやフェライト組織が組織に現れる可能性があります。この種の組織は焼戻しを通じてマトリックスに残存し、焼入れ焼戻しの目的を達成できません。

45鋼の焼入れ後高温焼戻しでは、加熱温度は通常560～600℃、硬度要求はHRC22～34です。焼入れ焼戻しの目的が総合機械的特性の取得であるため、硬度範囲は比較的広いです。しかし、図面に硬度要求がある場合、図面に従って焼戻し温度を調整し硬度を確保しなければなりません。例えば、一部の軸部品は高強度が要求されるため硬度要求が高く、キーミゾ付きギアや軸部品は焼入れ焼戻し後にフライス加工やキーミゾ加工が必要なため硬度要求が低くなります。焼戻し保持時間については、硬度要求とワークサイズによります。焼戻し後の硬度は焼戻し温度に依存し、焼戻し時間とはあまり関係ないと考えますが、必ず貫通させる必要があります。一般的にワークの焼戻し保持時間は常に1時間以上です。