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鉄鋼 の 熱化 変換
鋼の焼き戻し変態
1. 鋼の焼き戻しの定義
焼き戻しは、鋼にとって重要な焼入れ後の熱処理プロセスです。これは、焼入れしたマルテンサイト鋼を共析臨界点 A₁ 未満の温度まで再加熱し、その温度を一定時間保持した後、制御された速度で室温まで冷却することを指します。
焼き入れ後、鋼は準安定マルテンサイトと残留残留オーステナイトを形成し、超高硬度であるが、深刻な脆性と巨大な内部残留応力を特徴とします。焼き入れしたワークピースを直接使用すると、変形、亀裂、寸法不安定が発生しやすいため、焼き入れはすべての焼き入れ鋼部品にとって不可欠な手順です。
2. 工業生産におけるテンパリングの主な目的
- 総合的な機械的特性を調整する
焼き入れ鋼の過度の硬度と脆性を軽減し、機械部品、工具、金型のさまざまなサービス要件に合わせて硬度、強度、可塑性、靱性のバランスをとります。
- 焼入れ残留応力の除去
急冷により、大きな熱応力と組織変態応力が発生します。タイムリーな焼き戻しにより内部応力が解放され、加工中やサービス中にワークピースの変形や亀裂の破損が回避されます。
- 微細構造と寸法精度の安定化
マルテンサイトと残留オーステナイトは不安定な準安定相であり、長期使用中に自然に分解してサイズ変化を引き起こします。焼き戻しにより安定したフェライト/カーバイド複合構造に変化し、精密部品（ベアリング、測定ツール、金型）の寸法精度を長期にわたって保証します。
3. 4段階の焼戻し変態（組織進化）
焼き戻し変態プロセス全体は、明確な温度閾値と冶金学的変化を持つ 4 つの連続的に重なる段階に分割されます。
ステージ 1: 炭素偏析と初期マルテンサイト分解 (200 ℃未満)
- 原子の拡散には限界があります。炭素原子は短距離のみ移動し、転位、双晶境界、マルテンサイト格子面で分離して炭素が豊富なゾーンを形成します。
- 80℃を超えると、過飽和マルテンサイトが分解し始め、超微細なε遷移炭化物がマルテンサイトラス内部に析出します。
- 硬度がわずかに低下し、部分的な格子歪み応力が緩和されます。主に切削工具、軸受部品などの低温焼戻し（150～200℃）に適用されます。
ステージ 2: 残留オーステナイトの分解 (200 ～ 300 ℃)
焼入れ時に発生する残留残留オーステナイトはベイニティックフェライト＋微細炭化物に分解します。この変態は、硬度のわずかなリバウンドと局所的な脆化のリスクを引き起こす可能性があり、熱処理工場は高靭性部品の場合、これを回避する必要があります。
ステージ 3: 安定したセメンタイト Fe₃C の形成 (250 ～ 500 ℃)
不安定なε炭化物は溶解し、安定な層状セメンタイトに変わります。マルテンサイト マトリックスは余分な炭素をほとんど失い、低炭素フェライトに変化します。複合微細構造はトルースタイトと呼ばれます。
硬度は明らかに低下しますが、靭性と延性は急激に増加します。この範囲の中温焼戻し（350～500℃）は、ばね、弾性部品、熱間鍛造金型などに広く用いられ、高い弾性限界と耐疲労性が得られます。
ステージ 4: 炭化物の粗大化とフェライトの再結晶 (500 ℃以上)
セメンタイト粒子は凝集、球状化、成長します。フェライトマトリックスは完全に回復し、再結晶化して等軸粒子になります。最終的な微細構造はソルバイト（ソフトフェライト中に分布した球状化セメンタイト）です。
焼入れに加えて高温焼戻し（500～650℃）を施すことにより、総合強度と靱性に優れた焼入れ焼戻し鋼となり、機械や自動車産業のシャフト、歯車、構造用重量物部品などに使用されます。
4. 一般的な工業用焼き戻しの 3 つの分類
(1) 低温焼戻し（150～200℃）
微細構造: 小さなε炭化物を含む焼き戻しマルテンサイト
特性: 高硬度 (58 ～ 64 HRC)、靱性のわずかな向上、低応力
代表的な製品：切削工具、測定ゲージ、軌道輪、浸炭歯車表面
(2)中温焼戻し（350～500℃）
微細構造: 強化トルースタイト
特性: 中程度の硬度 (40 ～ 50 HRC)、優れた弾性と耐疲労性
代表的な製品：各種スプリング、クラッチディスク、軽荷重金型
(3) 高温焼戻し（500～650℃）
微細構造: 焼き戻しソルバイト
特性: 中程度の硬度 (22 ～ 35 HRC)、優れた強度と靭性のマッチング
代表的な製品：エンジンクランクシャフト、トランスミッションギヤ、高耐久コンロッド、油圧バルブ部品
5. 焼き戻し変態に影響を与える主な要因
- 焼き戻し温度
最も決定的な要因: 高温により炭化物の析出、粗大化、フェライトの再結晶化が促進され、硬度が低下し、靭性が大幅に向上します。合金鋼は、合金元素のピン止め効果により、すべての変態段階を高温に移行させます。PMC。
- 開催時間
十分な保持により、組織の完全な変形と完全なストレスの軽減が保証されます。保持時間が短すぎると、焼き戻しが不完全になり、寸法が不安定になります。
- 鋼の化学組成
炭素含有量: 炭素が多いほど焼き戻し後により多くの炭化物が形成され、より高い硬度が維持されます。合金元素（Cr、Mo、V、W）：マルテンサイト分解と炭化物の粗大化を遅らせ、合金炭化物を生成し、耐焼戻し性（熱間ダイス鋼の二次硬化現象）を高めます。
- 焼戻し後の冷却速度
通常の炭素鋼は空冷を採用しています。焼き戻し脆性に敏感な高合金鋼は、粒界の不純物の偏析や靭性の低下を避けるために、急速な油冷却を必要とします。
6. 焼き戻し変態に関連する一般的な工業上の欠陥
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