焼き戻し（焼戻し）処理が可能な金属は？鋼の焼き入れと焼き戻しに関するガイド

基本的に、焼き戻しは特定の鉄系合金に主に適用される熱処理プロセスです。焼き戻しが可能な金属とは、まず焼き入れが可能な金属であり、これには鋼の大部分と特定の種類の鋳鉄が含まれます。この能力は、金属が加熱後に急冷されたときに重要な構造変化を起こすのに十分な炭素含有量を持っているかどうかに依存します。

金属が焼き戻し可能であるという能力は独立した特性ではなく、焼き入れ可能であることの直接的な結果です。したがって、焼き戻しは、焼入れ時に硬く脆いマルテンサイトと呼ばれる構造を形成するのに十分な炭素を含む鉄系金属（鋼や鋳鉄など）にほぼ排他的に適用されます。

基本的な要件：焼き入れ能力

焼き戻しは単独のプロセスではありません。これは、機械的特性の正確なバランスを達成するために設計された2部構成の熱処理の2番目のステップです。

炭素と鉄の重要な役割

プロセス全体は、鋼中の鉄原子と炭素原子の特有の関係にかかっています。鋼を高温に加熱すると、その結晶構造が変化し、炭素原子が鉄に溶解するようになります。

マルテンサイトの生成：焼き入れステップ

その後、熱い鋼を非常に速く冷却する（焼入れと呼ばれるプロセス）と、炭素原子が鉄の結晶構造内に閉じ込められます。これにより、マルテンサイトとして知られる、非常に歪んだ非常に硬い新しい微細構造が形成されます。この硬化状態が、焼き戻しのための必要な前提条件となります。

ほとんどの非鉄金属が焼き戻しできない理由

アルミニウム、銅、真鍮、チタンなどの金属には、この特定の鉄-炭素関係がありません。それらの結晶構造は、焼入れによってマルテンサイトを形成しません。これらは「時効硬化」や「加工硬化」などの他の方法で強化することはできますが、伝統的な意味で焼き戻しすることはできません。

焼き戻しが可能な鋼と鋳鉄は？

焼き入れが可能な実質的にすべての鋼または鉄合金は、その後焼き戻しすることができます。特定の合金は、望ましい最終特性に基づいて選択されます。

炭素鋼および合金鋼

これは最大かつ最も一般的なカテゴリです。これには、やすりや刃に使用される単純な高炭素鋼から、クロム、モリブデン、バナジウムなどの元素を含む複雑な合金鋼まで、すべてが含まれます。これらの合金元素は、鋼が深く均一に硬化する能力を向上させます。

工具鋼

その名の通り、これらは工具、ダイス、刃先用に設計された特殊な合金です。これらは、正確な焼き入れと焼き戻しのサイクルによって達成される、優れた硬度と耐摩耗性のために配合されています。例としては、熱間加工工具鋼や冷間加工工具鋼があります。

ばね鋼および軸受鋼

これらの合金は、硬度と靭性および疲労耐性のバランスをとるように設計されています。ばね鋼は、必要な柔軟性を得るために高温で焼き戻され、転がり軸受鋼は、極度の硬度と寸法安定性のために焼き戻されます。

マルテンサイト系ステンレス鋼

ほとんどの一般的なステンレス鋼（台所の流し台に使用されるものなど）はオーステナイト系であり、熱処理による硬化はできません。しかし、マルテンサイト系ステンレス鋼は異なる組成を持ち、硬化および焼き戻しが可能であるため、カトラリー、外科用器具、高強度部品に適しています。

トレードオフの理解：硬度対靭性

焼き戻しプロセスの目的全体は、靭性を大幅に向上させるために、硬度を戦略的に犠牲にすることです。

完全焼き入れ鋼の脆さ

100%マルテンサイトを形成するように焼入れされた鋼は、最大の硬度にあります。しかし、ガラスのように非常に脆くもあります。鋭い衝撃で粉砕され、ほとんどの用途では使用できなくなります。

焼き戻しがいかに硬度を犠牲にして靭性を得るか

焼き戻しには、硬化させた鋼を正確な温度（当初の焼き入れ温度よりはるかに低い）まで再加熱し、その温度に保持することが含まれます。この制御された加熱により、閉じ込められていた炭素原子の一部が移動し、マルテンサイト構造内の激しい内部応力が緩和されます。

焼き戻しスペクトル

最終的な特性は焼き戻し温度によって決まります。低温（例：200°C / 400°F）では、硬度の大部分を維持しながら、脆性を軽減するのに十分な応力が緩和されます。高温（例：600°C / 1100°F）では、硬度の損失ははるかに大きくなりますが、靭性と延性は大幅に向上します。

目標に合わせた適切な選択

焼き戻し可能な金属とその対応する熱処理を選択することは、最終用途にとって最も重要な特性を定義することです。

主な焦点が最大の硬度と耐摩耗性である場合： 高炭素工具鋼または軸受鋼を使用し、非常に低い焼き戻し温度で作業します。
主な焦点が靭性と耐衝撃性である場合： 中炭素合金鋼を選択し、より高い焼き戻し温度を使用して、車軸、構造用ボルト、ばねなどの部品を作成します。
主な焦点が耐食性と強度の両方である場合： マルテンサイト系ステンレス鋼を指定する必要があります。これは、この硬化および焼き戻しプロセスを経ることができる唯一のステンレス鋼のクラスです。

結局のところ、焼き戻し可能な金属を選択することは、硬度と靭性という基本的なトレードオフを乗り切るために、その特性を正確に設計できる材料を選択することなのです。

要約表：

金属の種類	主な特徴	一般的な用途
炭素鋼および合金鋼	焼き入れと焼き戻しが可能。特性は炭素含有量によって異なる。	刃物、工具、構造部品。
工具鋼	正確な熱処理後、高い硬度と耐摩耗性を発揮する。	ダイス、切削工具、金型。
マルテンサイト系ステンレス鋼	焼き戻しによる高強度と耐食性を両立。	カトラリー、外科用器具。
鋳鉄	特定のタイプは焼き入れと焼き戻しが可能。	エンジン部品、重荷重部品。