主な違い – 硬化処理と表面硬化処理
熱処理とは、特に冶金学において、熱を利用して材料の特性を変更することです。
金属や合金の化学的・物理的性質を変化させる工業プロセスの一種である。
熱処理には大きく分けて、焼きなまし、焼き戻し、焼き入れ、焼きならしの4種類があります。
焼入れは、金属の硬度を高める処理です。
焼入れには大きく分けて、肌焼きと表面焼きの2種類があります。
ケース焼入れと表面焼入れの大きな違いは、ケース焼入れは材料の表面に元素を注入して硬い合金の薄い層を作り、表面の硬度を上げるのに対し、表面焼入れは芯は比較的柔らかいまま、表面の硬度を上げることである。
ケースハードニングとは
金属の表面に元素を注入し、より硬い合金の薄層を形成することで、金属の表面を硬化させることを言います。
この薄い層を「ケース」と呼ぶことから、ケース焼入れと呼ばれるようになりました。
ここでは、軟鋼の焼入れを例に、合金の焼入れについて考えてみよう。
軟鋼のような炭素含有量の少ない金属合金では、一般的にケース焼入が行われる。
表面に注入される元素は炭素です。
炭素は約0.03mmの深さまで塗布される。
このため、鋼の芯の部分は触れないので、性質は変わらない。
ケースハードニングプロセス
焼入れには3つの工程があります。
- 1.鋼材を赤熱するまで加熱する。
- 2.鋼を炉から取り出し、表面に注入する元素（例：炭素）のサンプルに突っ込み、少し冷やす。
- 3.再び鋼を赤熱するまで加熱し、冷水で冷却する。
これらの工程を経て、鋼の表面は硬く、芯は柔らかくなる。
この工程を何度か繰り返すことで、”格 “の深さを増していく。
煎じるための炭素源として最も一般的なもののひとつが炭粉です。
表面硬化とは
表面硬化とは、芯は柔らかいまま、外面の硬度を上げることです。
表面硬化処理
表面硬化の方法には2種類ある。
- 差動表面硬化
- 差動金属組織
差動表面硬化
差動熱処理とは、合金の表面だけをオーステナイト化温度まで上昇させ、中心部はその温度以下に保つ熱処理のことである。
表面温度がその温度に達した後、直ちに焼入れを行う。
表面硬化には大きく分けて、火炎焼入れと高周波焼入れの2つがあります。
炎色硬化
O2ガストーチを使用して、表面を素早くオーステナイト化温度まで上昇させ、その後焼入れを行います。
誘導焼入
このプロセスは、火炎焼入れと似ていますが、火炎の代わりに電気的に誘導されたコイルを使用します。
このコイルはコイルの周りに磁場を作り、電流を誘導する。
鋼の電気抵抗により、鋼は加熱される。
目的の温度まで加熱されたら、すぐに焼き入れを行う。
：図2 火炎放射型スプロケット
差動金属構造
差動金属組織表面硬化処理は、金属の内部よりも表面をより硬くする処理です。
浸炭
浸炭は、金属合金を炭素質の環境下で高温に数時間置くことである。
温度は金属の上部変態温度（臨界温度）より高いことが必要である。
炭素質環境から炭素が鋼に吸収され、ゆっくりと表層に拡散していく。
窒化処理
窒化処理とは、窒素と熱を利用した処理です。
通常、燃料噴射ポンプに使用される。
この方法では、炭素の代わりに窒素を鋼の表面に拡散させる。
窒化処理は、浸炭処理よりも低温で行うことができる。
ケースハードニングと表面硬化の違い
定義
ケースハードニング。
金属の表面に元素を注入し、より硬い合金の薄い層を形成することによって、金属の表面を硬化させる処理。
表面硬化。
表面硬化とは、芯は柔らかいまま、外面の硬度を上げること。
方法
ケースハードニング。
鋼材を赤熱し、表面に炭素を浸透させ、急冷することで硬化させる。
表面硬化。
鋼材をオーステナイト化温度まで加熱し、芯をその温度以下にした後、直ちに表面を焼入れする方法。
主な用途
ケースハードニング。
軟鋼などの低炭素合金の焼入れに用いられる。
表面硬化。
鉄鋼を素材とする多くの機器に表面硬化が施される。
クエンチング
ケース焼入れ。
時効硬化はすぐに焼入れする必要はない。
表面硬化。
表面硬化は直ちに焼入れを必要とする。
結論
焼入れは冶金における熱処理の一種である。
焼入れには、ケース焼入れと表面焼入れの2種類があります。
ケース焼入れと表面焼入れの大きな違いは、ケース焼入れは材料の表面に元素を注入して硬い合金の薄い層を作り、表面の硬度を上げるのに対し、表面焼入れは芯は比較的柔らかいまま、表面の硬度を上げることである。
