硬化鋼

焼入れ鋼という用語は、熱処理、焼入れ、焼戻しを施された中炭素鋼または高炭素 鋼を指すことが多い。焼入れにより準安定マルテンサイトが形成され、焼戻し中にその割合が所望の量まで減少する。これは、工具や機械部品などの完成品で最も一般的な状態である。対照的に、同じ鋼組成でも焼鈍状態では柔らかくなり、成形や機械加工に必要となる。

鋼の温度と組成に応じて、鋼は硬化または軟化します。鋼をより硬くするには、非常に高い温度に加熱する必要があります。鋼がどの程度硬くなるかは、金属に含まれる炭素の量によって決まります。炭素を多く含む鋼だけが硬化および焼き戻しが可能です。金属に必要な量の炭素が含まれていない場合、その結晶構造は破壊されず、したがって鋼の物理的構成は変更できません。

多くの場合、「硬化」という用語は、焼き入れ鋼に関連しています。鋼を硬化させる際には、両方のプロセスが連携して使用されます。2 つのプロセスは、鋼を硬化させることから始まります。これにより、鋼は硬くなり、時間の経過とともに摩耗しなくなります。ただし、多くの場合、このプロセスにより、鋼は非常に脆くなり、使用中に破損しやすくなります。焼き入れにより、鍛造鋼の硬度はわずかに低下しますが、結果として鋼の脆さが大幅に軽減されるため、製品全体が改善されます。

硬化と焼き戻しという 2 つの主要なプロセスは、4 つの主要なステップに分けることができます。まず、炭素鋼片を徐々に加熱して、合金の臨界温度を超える温度にします。次に、通常は水または油で鋼を焼き入れします (ただし、特定の結果を得るために、塩水や水酸化ナトリウム溶液などの他の焼き入れ剤が使用されることもあります)。鋼は、その合金の最大硬度に達しますが、前述のように脆くなっています。この時点で、通常、硬度と靭性のより有用なバランスを実現するために焼き入れが行われます。鋼は、通常、合金の臨界温度よりも大幅に低い温度で、望ましい焼き入れ色になるまで徐々に加熱されます。焼き入れスペクトルの異なる色は、硬度と靭性のバランスが異なることを反映しているため、異なる用途には異なる焼き入れレベルが適しています。次に、鋼を再度焼き入れして、望ましいレベルに焼き入れを「固定」します。有能な鍛冶屋や金属加工業者は、焼き入れ色を注意深く観察するだけで、鋼のツールやアイテムの性能を、必要な性能に正確に微調整できます。このプロセスを視覚的に表現すると、概念を理解しやすくなります。

鋼が焼き入れと焼き戻しのプロセスを経ているかどうかを、見ただけでは判断するのは簡単ではありませんが、信頼性が高く簡単なテストがあります。^[1]鋼片を調べるには、手やすりを用意し、選択した金属の端をやすりで削ります。鋼片が焼き入れプロセスを経ていない場合は、金属やすりがサンプルに簡単に「食い込む」はずです。金属が焼き入れされている場合は、やすりがサンプルに食い込むことなく、ほとんど目に見える効果もなくはじけてしまいます。

低炭素鋼 (炭素含有量 0.5 - 1.5%) から始まる表面硬化品も、硬化鋼として分類できます。