熱処理「4つの火」

1. 正規化

「焼きならし」という言葉は、プロセスの性質を特徴づけるものではありません。より正確には、部品全体の組成を一定にするための均質化または結晶粒微細化プロセスです。熱の観点から見ると、焼きならしはオーステナイト化加熱セクションの後に静止または風冷するプロセスです。通常、ワークピースは、Fe-Fe3C 状態図の臨界点より約 55 °C 高い温度に加熱されます。均質なオーステナイト相を得るためには、このプロセスを加熱する必要があります。実際に使用される温度は鋼の組成によって異なりますが、通常は約 870 °C です。鋳鋼の固有の特性により、焼きならしは通常、インゴットの機械加工の前、および鋼鋳物と鍛造品の硬化の前に行われます。空気焼入れ硬化鋼は、焼きならし鋼に典型的なパーライト微細組織を獲得しないため、焼きならし鋼として分類されません。

2. アニーリング

焼鈍（アニーリング）という言葉は、適切な温度で加熱・保持した後、適切な速度で冷却する処理方法を指す用語であり、主に金属を軟化させながら、他の所望の特性や微細組織変化をもたらします。焼鈍を行う理由としては、被削性の向上、冷間加工の容易さ、機械的特性や電気的特性の向上、寸法安定性の向上などが挙げられます。鉄系合金では、焼鈍は通常、上限臨界温度以上で行われますが、時間と温度の組み合わせは、鋼の組成、状態、および望ましい結果に応じて、温度範囲と冷却速度が大きく異なります。「焼鈍」という言葉が修飾語なしで使用される場合、デフォルトは完全焼鈍です。応力緩和が唯一の目的である場合、このプロセスは応力緩和焼鈍または応力緩和焼鈍と呼ばれます。完全焼鈍では、鋼はA3（亜共析鋼）またはA1（過共析鋼）よりも90～180℃高い温度に加熱され、その後、材料を切断または曲げやすくするためにゆっくりと冷却されます。完全に焼鈍した場合、粗大なパーライトを生成するには、冷却速度を非常に遅くする必要があります。焼鈍工程では、A1以下の冷却速度であれば、同じ微細組織と硬度が得られるため、緩やかな冷却は必要ありません。

3. 焼入れ

焼入れとは、鋼部品をオーステナイト化温度または溶体化温度（通常は 815 ～ 870 ℃）から急速に冷却することです。ステンレス鋼や高合金鋼は、粒界に存在する炭化物を減らしたり、フェライトの分布を改善したりするために焼入れできますが、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼を含むほとんどの鋼の場合、焼入れは微視的組織に制御された量のマルテンサイトを得るためのものです。目的は、残留応力、変形、割れの可能性を可能な限り少なくして、目的の微細構造、硬度、強度、または靭性を得ることです。焼入れ剤が鋼を硬化させる能力は、焼入れ媒体の冷却特性に依存します。焼入れ効果は、鋼の組成、焼入れ剤の種類、および焼入れ剤の使用条件に依存します。焼入れシステムの設計とメンテナンスも、焼入れを成功させる鍵となります。

4. 焼き戻し

この処理では、予め焼入れまたは焼戻し処理された鋼を、通常、下限臨界点より低い温度まで加熱し、中程度の速度で冷却します。これは主に塑性と靭性を高めるためですが、マトリックス結晶粒径の増大も目的としています。鋼の焼戻しとは、焼入れ後に再加熱することで一定の機械的特性を得るとともに、焼入れ応力を解放して寸法安定性を確保することです。焼戻しの後には、通常、上限臨界温度からの焼入れが行われます。