金属の熱処理について

質問

鋼材ですが、炉冷をすると
軟らかくなるとききますが
硬いともろくなるのに
鋼は軟らかくしても粘くはならない
のはなぜなのでしょうか？

回答No.4

kobe-kun · ベストアンサー

＞　鋼材ですが、炉冷をすると軟らかくなるとききますが

炭素量の多いものは、「焼入れ」と言う水などで急冷する処理で、硬く出来ます。
炉冷（徐冷）をすれば、焼きが入りませんので、一般的には柔らかくなります。

＞　硬いともろくなるのに鋼は軟らかくしても粘くはならないのはなぜなのでしょうか？

少し、質問用語が混乱しているようなので、今回は下のように理解しましょう。
《　焼入れすればもろくなるのに、炭素量が多い鋼は、徐冷しても柔らかくならないのはなぜ　》

第４章　鉄鋼中の元素の役割　「　（１）Ｃの役割（鉄鋼の主役）　」
http://www.tobu.or.jp/yasashii/book/gj04.htm
http://www.tobu.or.jp/yasashii/yasashii.htm
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　　純鉄にＣを添加した場合、その量によって鉄、鋼、鋳鉄の３つに分類されることは既に述べました。
　　なぜ最高でも２．１％と少ない量でもＣのみの添加で区別するのか、これは硬くなったり軟らかくなったりする性質が一番強いからです。
　　Ｃそのものは硬くはありませんが、鋼中に入るとＦｅ３Ｃの炭化物となり、硬くかつ引張り強さも大きくなります。
　　つまり、１％のＣはＦｅ３Ｃに換算すると硬さを１５％も増加させ、強さも９８０Ｍｐａ以上向上させる働きがあのです。

　　　　　引張り強さ（Ｍｐａ）＝１００×Ｃ％＋２０
　　　　　硬さ（ショアー）＝２０×Ｃ％＋２０（焼なまし）
　　　　　焼入硬さ（ＨＲＣ）＝３０＋５０×Ｃ％

　　のような関係式があります。また、物理的性質もＣ含有量の相違によって異なります。

　　　　　溶融温度　：Ｆｅ中のＣ％が増えるほど→低くなる
　　　　　熱膨張係数：　　　　　　〃　　　　　→小さくなる
　　　　　比　重　　：　　　　　　〃　　　　　→小さくなる
　　　　　熱伝導度　：　　　　　　〃　　　　　→小さくなる
　　　　　電気抵抗　：　　　　　　〃　　　　　→大きくなる

　　ＪＩＳでは鋼をＣ含有量で普通炭素鋼と炭素工具鋼に区別しています。一般には次のように区別しています。

　　　　　Ｃ０．２％以下　　　→　極軟鋼
　　　　　Ｃ０．２～０．３％　→　軟鋼
　　　　　Ｃ０．３～０．５％　→　半硬鋼
　　　　　Ｃ０．５～０．８％　→　硬鋼
　　　　　Ｃ０．８～１．５％　→　最硬鋼

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上の引用ページからも、「炭素」の割合が増えるほど、その硬度の硬くなることがわかりますよね。

例えば、『 鉄 』と呼ばれるものには、上で書かれたもの以外に「純鉄」や「銑鉄」なども有ります。
１．「純鉄」　２．「鋼」　３．「銑鉄（鋳鉄）」の順番に、「炭素量」が増えますから、
焼きが入っていない徐冷（焼き鈍し）の状態でも、「硬さや脆さ」は、右側の種類になるほど、
やはり同様に増えて行きます。

「鋼材」とは、《　鉄と炭素の合金である　》と理解しておけば、よろしいかと思われます。

補足

詳細な説明ありがとうございます。
そうしますと、よくつかう
Ｓ454Ｃを空冷した場合と炉冷した場合ですが
粘りや脆性はどちらの方が大きくなります
でしょうか？

回答No.5

kobe-kun

no．４補足　＞　空冷した場合と炉冷した場合ですが粘りや脆性はどちらの方が大きく

「　機械構造用炭素鋼鋼材　」
http://www.forming.co.jp/database/material/csmsu2.html
http://www.forming.co.jp/database/material/index.html

上のページによりますと、「焼ならし＝空冷」「焼なまし＝炉冷」となっていますよね。

その用語の意味は、
------------------------
　　焼なまし　＝　鋼の結晶粒度を調整し、軟らかくする操作。
　　焼ならし　＝　結晶粒を微細にし機械的性質の改善を目的とする操作。
------------------------
と言うことですから、

「粘り」を向上させる、機械的性質の改善目的には、一応、「焼ならし＝空冷」の方が、
適していると言うことになりそうです。

しかし、材料本来の性能を最高に引き出し、「粘り強さ」などを向上させる方法として、
「調質　＝　焼き入れ＆高温焼き戻し」と言うような、熱処理の方法も有りますので、
強度を必要とするところには、これらの熱処理の方が、適していると言えるのでしょう。

「焼なまし・焼ならし・調質」など、用語に付いての詳しい解説は、私の引用ページや、
＃１さんの参考ページにも、詳しく書かれていますので、ご自分で調べて見てください。

回答No.3

noname#113407

下記を参照してください。

　　　↓

参考URL：

http://mori.nc-net.or.jp/fMain.php?cid=149&OK_Session=5fc44097b541876c707dfc7b4abf1c0c

回答No.2

Tatsu616

焼きいれなどの、急冷においては、硬度が上がりますので、
脆性が高くなるので、焼き戻しなどの後処理をします。

急冷ではなく、炉冷など、ゆっくりと冷却させる場合は、
硬度は、下がります。また、調質という作用から、
靭性はあがります。

逆に、ステンレスですと、急冷の場合、硬度は
下がります。

回答No.1

Tatsu616

一概に熱処理といっても、目的に応じて、
様々な組み合わせをする事により、硬度を得たり、
同時に靭性を高めたりという事を行っています。

参考までに、下記URLをご覧下さい。

参考URL：

http://www.netushori.co.jp/gjtit.htm

補足

経験がないので良く分からないのですが鋼材の
炉冷は軟化を目的とすると書かれていますが、
硬度は上がるのでしょうかそれとも
下がるのでしょうか？
（また、靭性は高くなるのでしょうか低くなるのでしょうか？）
お分かりでしたら教えてください。