熱して冷ます熱処理のはなし

「熱処理」って本当に種類があって、設計者を困惑させる要因の一つですよね・・・

それぞれの熱処理に特性があって、材料によっては処理できない場合もあります。

実際の選定は加工業者の方と用途や形状を伝え、話し合って決めることが良いと思いますが、設計者として内容まで理解した方がより良いモノづくりが出来ると私は思います。

今回は熱処理について自分が学んだことを紹介します。かなり長くなるのでいくつかに分けていきますので、ご興味あれば読んで頂けると幸いです。

熱処理とは

設計業務に関係せず普通に生活していても、熱処理については耳にしたことがあると思います。

日本人に馴染みが深いのは、刀鍛冶職人が真っ赤な鉄をカンカン叩いて形状を整えた後に、液体に「ぶしゅーーーー」と突っ込むシーンがイメージ出来るのではないでしょうか？

あれこそ熱処理です。

普通の鉄では弱くて戦えない・・・もっと硬く、しかし折れない鉄に出来ないのか？という人類の底すら見えない欲望を実現させたのが「熱処理」です。

またその「熱処理」をより精度よく処理できるように改良された材料が「合金」です。

現在では多種多様な「熱処理」があり効果も様々です。

もちろん熱処理が発見された当初から全部生まれた訳ではなく、長い年月をかけて一歩ずつ前進してきました。その歴史はなんと3500年。

その先人たちの血のにじむ努力の末に我々の現在があります。

熱処理の代表的なものが「焼入れ」です。

細かい定義が決められていますが、簡単に説明すると「赤くなるまで熱し、黒くなるまで急冷させる」ことで焼き入れが出来ます。

焼入れ以外だと

等の種類があります。それぞれの方法に名前があり、得られる特性が変わるので用途に応じて方法を変える必要があります。

熱処理を行うことが出来る「鉄」は「鋼」と呼ばれているものになります。

そもそも「鉄」と「鋼」の違いは何でしょうか？

言わずと知れたFe。地球の成分の約4割といわれています。我々の生活の中で純鉄を見かけることはほとんどありません。基本的には何かと固有していたり、化合物になっていたりと何かと混ざった状態です。

「鉄」に「炭素」を含ませた物。我々が一般に「鉄」と言っているものは、実は「鋼」です。熱処理が可能な「鋼」は、「鋼」の中でも炭素含有量が多いものです。（方法によっては低炭素鋼にも熱処理は可能です）

純鉄は、そのものとしてはほぼ世に出回らず、鋼を作る材料として使わることが多いです。では鋼には種類があるのか？実はたくさんあるんです。

鋼の種類を表にして記載しますので、下部表を確認ください。

材料記号にそれぞれ色を付けて分類をしています。

機械設計で材料を選定する際は、「圧延鋼」から選定を始めます。「圧延鋼」で強度が入らなければ「炭素鋼」、それでも入らなければ「合金鋼」と順に高価な鋼に検討を進めていきます。

それぞれの紹介を別記事に記載しています。

大区分	中区分	小区分	材料例材料例	記号記号
鋼鋼	普通鋼	圧延鋼材	一般構造用圧延鋼材一般構造用圧延鋼材	SS
			溶接構造用圧延鋼材溶接構造用圧延鋼材	SM
			ボイラ及び圧力容器用炭素鋼ボイラ及び圧力容器用炭素鋼	SB
			SBのモリブテン鋼板SBのモリブテン鋼板	SB-M
	特殊鋼	機械構造用鋼材	機械構造用炭素鋼機械構造用炭素鋼	SC
			クロム鋼クロム鋼	SCr
			クロムモリブテン鋼クロムモリブテン鋼	SCM
			ニッケルクロム鋼ニッケルクロム鋼	SNC
			ニッケルクロムモリブテン鋼ニッケルクロムモリブテン鋼	SNCM
		工具鋼工具鋼	炭素工具鋼炭素工具鋼	SK
			高速度工具鋼高速度工具鋼	SKH
			合金工具鋼合金工具鋼	SKS,SKD,SKT
		特殊用途鋼	オーステナイト系ステンレスオーステナイト系ステンレス	SUS
			フェライト系ステンレスフェライト系ステンレス	SUS
			マルテンサイト系ステンレスマルテンサイト系ステンレス	SUS
			高炭素クロム軸受鋼	SUJ
			硫黄及び硫黄複合快削材	SUM
			バネ鋼	SUP
	鋳鍛鋼	鋳鋼	炭素鋼鋳鋼	SC
			溶接構造用鋳鋼	SCW
			ステンレス鋳鋼	SCS
		鍛鋼	炭素鋼鍛鋼	SF
			クロムモリブテン鍛鋼	SFCM
			ニッケルクロムモリブテン鍛鋼	SFNCM