第 12 章処理
熱処理と表面硬化
これらの工程が変えるのは、完成した金属部品が何をできるかであって、形ではありません。制御された加熱と冷却、表面に染み込ませた原子、無数の微小な衝撃によって、部品はより硬く、より丈夫に、繰り返し荷重に対してより長持ちするようになります。通常は工程の終盤、部品を成形または機械加工したあとに行います。
基本の考え方
金属の強さは、内部で原子がどう並んでいるかによって決まり、その並びは、外側の形を動かさずに変えられます。パンを想像してください。同じ生地でも、焼き方次第でやわらかくも、カリッともなります。熱処理は部品全体を変え、表面硬化は 0.数ミリメートルから数ミリメートルの深さの表層だけを変え、ショットピーニングは表面を締め付けて、疲労き裂が成長しにくくします。3 つの特性が繰り返し出てきます：硬さ（引っかきや摩耗への抵抗）、靭性（衝撃でひび割れないための抵抗）、疲労寿命（部品が耐えられる荷重の繰り返し回数）です。
並べて比較
| プロセス | ひとことで | 向いている用途 | ロットサイズ | 精度 |
|---|---|---|---|---|
| 12.1熱処理(焼入れ、焼戻し、焼なまし) | 部品全体を、加熱し、焼入れして、焼戻す(または徐冷する) | 鋼を硬く丈夫に、または機械加工しやすくやわらかく | 1 個から連続ラインまで | 形は保たれる。わずかな歪みがあり、あとで研削することが多い |
| 12.2肌焼きと窒化 | 炭素または窒素を表面に拡散させる | 歯車とシャフト：丈夫な芯の上に硬い表層 | 炉でのロットは数百から数千個 | 窒化：数百分の 1 mm 以内。浸炭：わずかな歪み |
| 12.3ショットピーニング | 表面を小さな球で叩き、圧縮された状態を残す | ばね、歯車、繰り返し荷重を受けるタービン部品 | 1 個から、数百万本のばねまで | 形はほぼ変わらない |
このファミリー内での選び方
- 部品全体が、内部まで硬く、または強くなければならない： 熱処理（焼入れと焼戻し）。
- 機械加工や曲げ加工のために、まず部品がやわらかくなければならない： 焼なまし。必要ならあとで硬化させます。
- 表面は摩耗に、芯は衝撃に強くなければならない： 表面硬化。
- 歪みを最小限に抑えなければならない： 浸炭ではなく窒化。
- 部品が疲労（多数回の繰り返しのあとでのき裂）で壊れる： ショットピーニングを追加します。硬化のあとに行うことが多い。
キーワード
- 硬さ
- 引っかき、へこみ、摩耗への抵抗。
- 靭性
- ひび割れずに衝撃を吸収する能力。
- 焼入れ
- 水、油、ポリマー液での急冷で、硬さを固定します。
- 焼戻し
- 焼入れ後のやさしい再加熱で、少しの硬さと引き換えに靭性を得ます。
- 焼なまし
- 加熱してから非常にゆっくり冷やし、金属をやわらかく仕上げること。
- 硬化層
- 表面硬化した部品の、硬くなった外側の表層。
- 圧縮残留応力
- 表面の内部に残る締め付けで、き裂を閉じたままにします。
- 疲労
- 小さな荷重でも、何度も繰り返されることで起きる、ゆっくりしたき裂。