金属熱処理の2つのプロセス

金属の熱処理工程は、一般的に加熱、断熱、冷却の3つの工程から構成されます。場合によっては、加熱と冷却の2つの工程のみで構成されることもあります。これらの工程は相互に関連しており、中断することはできません。

1. 加熱

加熱は熱処理における重要な工程の一つです。金属の熱処理には様々な加熱方法があります。当初は木炭や石炭を熱源として用いていましたが、その後、液体燃料や気体燃料を用いるようになりました。電気を用いることで加熱の制御が容易になり、環境汚染も発生しません。これらの熱源は、直接加熱、溶融塩や溶融金属を介した間接加熱、あるいは浮遊粒子を用いた加熱など、様々な方法で利用できます。

金属を加熱すると、加工対象物が空気にさらされ、酸化や脱炭（すなわち、鋼材表面の炭素含有量の減少）が頻繁に発生し、熱処理後の部品の表面特性に非常に悪影響を及ぼします。そのため、金属は通常、制御雰囲気または保護雰囲気、溶融塩中、あるいは真空中で加熱する必要があります。保護加熱は、コーティングや包装方法によっても行うことができます。

加熱温度は、熱処理工程における重要なプロセスパラメータの一つです。加熱温度の選択と制御は、熱処理の品質を確保するための主要な課題です。加熱温度は、処理する金属材料や熱処理の目的に応じて異なりますが、一般的には、高温組織を得るために、ある特性変態温度以上に加熱されます。また、変態には一定の時間が必要です。そのため、金属ワークピースの表面が所定の加熱温度に達したら、内部と外部の温度を均一にし、微細構造の変態を完了させるために、一定時間その温度を維持する必要があります。この時間を保持時間と呼びます。高エネルギー密度加熱や表面熱処理を用いる場合、加熱速度は非常に速く、一般的に保持時間は必​​要ありませんが、化学熱処理では保持時間が長くなることがよくあります。

2.冷却

冷却も熱処理工程において不可欠なステップです。冷却方法は工程によって異なり、主に冷却速度の制御が重要となります。一般的に、焼鈍は最も冷却速度が遅く、焼ならしはそれより速く、焼入れはさらに速い冷却速度となります。ただし、鋼種によって要求される冷却速度は異なります。例えば、空冷硬化鋼は焼ならしと同じ冷却速度で硬化させることができます。