金型製造工程 - 部品の熱処理

（１）熱処理とは何ですか？

熱処理とは、金属の熱処理技術の一つで、固体状態で加熱、保温、冷却を行うことにより、材料の表面または内部の化学組成や構造を変化させ、所望の特性を得るものです。熱処理は一般的に、加熱、保温、冷却の3つの工程から構成されますが、場合によっては加熱と冷却の2つの工程のみで行われることもあります。

（２）熱処理の種類は何ですか？

• 急冷

これは、鉄を800℃～850℃の赤熱状態まで加熱し、しばらく放置した後、水または油に入れて急速冷却する熱処理方法です。JIS記号表ではHQと表記されます。この処理を施すと鋼は非常に硬くなりますが、脆くなるという問題もあります。そのため、焼入れ後に「焼き戻し」が必要です。また、焼入れ中の冷却時には、組織構造の膨張と収縮により、部品に亀裂や変形が生じる可能性があるため、注意が必要です。さらに、焼入れ中は部品が非常に硬くなるため、焼入れは通常、切断などの加工が完了した後、最終工程に近い段階で行われます。

• 焼き戻し

これは、焼入れした部品を再び加熱して冷却する工程です。JIS記号ではHTで表されます。焼き戻しを行うと、部品の硬度はわずかに低下しますが、脆性は解消され、硬度と靭性を同時に得ることができます。また、焼き戻しは、急速冷却中に発生する内部応力（不均一な収縮などによる部品内部の応力）を除去するためにも使用できます。焼き戻しは、低温焼き戻しと高温焼き戻しに分けられます。低温焼き戻しは、150℃～200℃で1時間保持した後、空冷します。一方、高温焼き戻しは、550℃～650℃まで加熱し、約1時間保持した後、急速冷却します。

• アニーリング

焼きなましは焼入れの逆で、鋼を軟化させて加工しやすくしたり、加工によって硬化した組織を軟化させたりするために用いられます。加熱によって部品内部の組織を均質化し、鋭利な組織を球状化することを目的としています。焼きなましにはいくつかの種類があります。焼きなましの種類や鋼の組織によって、必要な温度範囲は約550℃から約950℃です。いずれの場合も、加熱と保温を1時間行い、その後、炉内で鋼をゆっくりと冷却します。

• 正規化

焼きならしは、主に鋼材の製造工程で生じる不均一な鉄組織を均一化し、後続の機械加工やプレス加工に適した状態に調整する工程です。JIS規格ではHNRと表記されます。鉄を約800℃～900℃まで加熱した後、空冷します。

（３）部品はいつ熱処理が必要ですか？

• 処理の難易度を下げる
• 部品の総合的な性能（特に機械的特性）を向上させる
• 部品の耐衝撃性（耐摩耗性および硬度）を向上させる
• 重要な部品に多数の溶接を施す