焼きもどしとは？焼き入れとの違いや方法を解説

焼きもどしとは？

熱処理には「焼き入れ」「焼きもどし」「焼きなまし」「焼きならし」という4つの種類がありますが、今回は「焼きもどし」に関することを紹介します。

焼き入れの工程は、鋼を変態点（組織の構造が変化するポイント）以上の温度まで加熱し、一定時間置いてから急激に冷却することをいいます。

そうした焼入れは、鋼を硬くすることが目的なのですが、焼き入れだけでは鋼の組織がマルテンサイト化して硬くなるだけで、そのままでは割れなどが生じやすい状態です。

そのため、焼き入れの後に「焼もどし」という作業をしなければなりません。「焼きもどし」の作業では、焼き入れからさらに加熱することで、硬さを調整し、粘りや強靭性を高めることができます。

焼きもどしは、英語で「テンパリング」と呼ばれ、JISの加工記号では「HIT」と記載されます。

焼きもどしの特徴

一般的には、焼き入れと焼きもどしはセットで行われ、硬くて靭性のある丈夫な製品にするために必要なものです。もし、その製品が焼き入れだけで作られた工具や部品であれば、すぐに破損したり、傷が付いたりして製品として使い物になりません。

焼きもどしを行うことで、焼き入れで硬化した鋼を、靭性のある安定した組織の鋼にすることができるという特徴があります。

焼きもどしの用途

焼き入れは、炭素を含んだ鋼材を加熱し、急冷することで鋼を硬くする工程ですが、そのままでは脆い状態ですから、焼きもどしの工程を行います。

焼きもどしを行なって熱処理する製品には、自動車関連のクラッチプレート、ブレーキディスク、ベアリング、ナット、ボルトといったものがあります。

また、農業用のチップソーなどの機械工具類、産業機械部品、家具の部品、バネ類、刃物類などに対して焼き入れと焼きもどしを行います。

金属を高速度で切削加工する工具がありますが、こうした工具の材料となる合金工具鋼のことを、高速度鋼と呼びます。

この高速度鋼は、タングステンやコバルト、クロム、バナジウム、モリブデンなどが含まれていますが、そんな高速度鋼を焼入れしたあとは、550～600℃で焼きもどしを行うと再度硬化します。

このことを焼きもどし硬化といいますが、その場合の冷却には空気を利用して除々に冷やすことが必要です。もし、急激に冷やしたときは、焼きもどし割れという現象が発生します。

焼きもどしの方法

焼きもどしの方法には、低温焼きもどしと高温焼きもどしの2種類があります。低温焼きもどしは、低温域で焼きもどしすることをいい、残留応力の安定化のために行います。

また、高温焼きもどしでは、低温焼きもどしよりも高温で焼きもどしを行い、加熱装置には、塩浴や燃焼炉、電気炉などが使われます。

焼きもどしのメリット

焼入れすることで、鋼は硬くなるのですが、それだけでは脆くて破損しやすくなり、傷もつきやすくなります。

焼きもどしは、そうしたことを防ぐために、粘り気のあるしなやかな鋼にします。鋼は硬くて脆いものよりも、強くてしなやかなほうが扱いやすいからです。

焼きもどしの注意点

焼きもどしは、加工品の靭性を高める処理ですが、焼きもどしをした場合、逆に脆化する場合がありますから、温度による脆弱性に注意する必要があります。

その脆弱性には、低温焼きもどしの脆弱と高温焼きもどしの脆弱の2種類があり、それぞれを以下に紹介します。

低温焼きもどしの脆弱

300～400℃で焼きもどしを行なったときに、鋼材特有の性質によって軟化しやすくなります。

高温焼きもどしの脆弱

オーステナイト粒界にそって、不純物が偏析して粒界結合力が弱まり、粒界破壊を起こします。粒界破壊の防止のためには、加熱温度から急激に冷却することが重要になってきます。

あるいは、粒界破壊を起こさないために、モリブデンやタングステンを添加することで、破壊防止につながります。

焼きもどしの種類

焼きもどしには、低温の焼きもどしと、高温の焼きもどしの2種類があります。それぞれ焼きもどし方法について以下に解説します。

低温焼きもどし

低温焼きもどしは、比較的低温度で焼きもどしすることで、150～200℃の温度で１時間の保持時間を要します。このプロセスによって硬くて脆い焼き入れマルテンサイトから、粘りのある焼きもどしマルテンサイトへと変化します。

低温焼きもどしでの冷却方法は、空気で除々に冷やしていきます。焼き入れのときに発生した残留応力を除去したり、耐摩耗性を向上させ、経年劣化による寸法の狂いを抑え、研削割れを軽減することができます。

また、焼き入れによるストレスが低温焼きもどしによって取り除かれ、耐摩耗性や割れの防止ができ、経年劣化にも強い鋼となります。

硬さや耐摩耗性を必要とする材料に、低温焼きもどしが適応され、鋼の種類として炭素含有量0.77％を超えるものが主になります。工具の例では、二次硬化特性を持たない炭素工具鋼や、冷間加工用の合金工具などに適応されます。

製品としては、ナイフや包丁などの切削工具、ゲージやノギスなどの計測器具、自動車車体のプレス金型、軸受などに適応されます。

低温焼きもどしでは、ひずみや割れを防止するために、空冷などでゆっくりと冷却することが望まれます。

高温焼きもどし

高温焼きもどしとは、低温焼きもどしと比較して、比較的高温で焼きもどしすることで、靭性を高める方法です。

高温焼きもどしは、強靭性が重要なシャフト、歯車、工具類を対象として行われています。処理方法は、550～650℃の高温で1時間ほど加熱し、空気によって急冷します。

この高温状態で除々に冷却すると、かえって焼きもどしによる脆性が発生しますから、急激に冷却する必要があります。

空冷することで、同時に焼き入れで残っていたオーステナイトがマルテンサイトに変化しますが、そこからさらにもう一度焼きもどしします。

実際の製品として、高級刃物やバネ類、軸、高強度ボルト、軽中荷重用歯車といったものに適応されます。

焼きもどしと焼き入れの違い

焼き入れは、鋼を硬化させるために鋼を加熱し、急冷させる作業をいいますが、焼きもどしは、焼き入れとセットになっている工程のひとつです。

焼き入れすることで、鋼が硬化しますが、それだけでは硬化するだけで脆くなっています。ですから、そこから硬さを調節しながら焼きもどしすることで、しなやかで強靭な鋼にする必要があります。

焼き入れと焼きもどしの違いは、焼き入れが鋼を硬化させることであり、オーステナイト（鋼を911℃以上に加熱して生成されるもの）からマルテンサイト（オーステナイトから急冷することで得られる組織）に変化させます。

一方焼きもどしは、焼き入れで得られた鋼の硬さを、さらに靭性のある強い素材にすることができます。

鋼への熱処理は、焼き入れだけでは完全とはいえず、焼き入れと焼きもどしがワンセットになっているのが一般的です。

まとめ

今回は、熱処理の中の焼きもどしについて、どんな特徴があるのか、その効果や焼き入れと焼きもどしの違いなどを紹介しました。
 

• 「焼きもどし」とは、焼き入れからさらに加熱することで、硬さを調整し、粘りや強靭性を高める工程のことです。
• 一般的に、焼き入れと焼きもどしはセットで行われ、硬くて丈夫な製品にするために必要なものです。
• 焼きもどしを行なって熱処理する製品には、自動車関連のクラッチプレート、ブレーキディスク、ベアリング、ナット、ボルトといったものがあります。
• 焼きもどしの方法には、低温焼きもどしと高温焼きもどしの2種類があります。
• 焼きもどしは、加工品の靭性を高める処理ですが、焼きもどしをした場合、逆に脆化する場合があり、脆弱性に注意する必要があります。
• 焼き入れと焼きもどしの違いは、焼き入れが鋼を硬化させることであり、焼きもどしは、焼き入れで得られた鋼の硬さを、さらに靭性のある強い素材にします。