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変形はどのような場合に発生するのでしょう

【キー ワード】残留応力・熱応力・変態応力
品物が熱処理中に変形する場合について考えてみましょう。
（これ以外に、機械加工の残留応力によるも のや、不完全な焼なましによって鋼材の組織等の不均一さが熱処理中に露呈するものがありますが、これについては、ここでは示していません。）
（1）焼 入れ加熱中の変形
加熱中の品物は熱によって膨張しますので、温度ムラは変形につながります。また、オーステナイトになるときに変態によっ て体積が減少します。　これらが加熱過程での変形要因です。
高温状態では強度（硬さ）がかなり低くなっているために、応力が解放されます。　（応 力とは、品物の内部にある力で、「硬さ」と考えてもいいものです）
このときに変形することが予想されますが、これを防ぐために、熱処理方法として は、焼入れ温度まで一気に昇温しないで段階的に保持しながら加熱することでその影響を防ぎます。　非常に複雑な形状のものは、変形を拘束するように、炉な どへの装入の仕方に注意します。
焼入れ時の品物のセット方法や各部の温度差が変形に大きく影響しますので、品物をまっすぐにたてて保持したり、吊 り下げたり、または、極端に熱源に近づけないことなどで加熱中の変形を小さくします。
（2）マルテンサイト変態時の変形
オー ステナイトが焼入れによってマルテンサイトに変化するとき、体積が膨張します。これによって応力が発生します。すなわち、熱応力と変態応力の合成によって 変形が発生しますが、断面形状が対称でないものは変形しやすいといえます。
普通、マルテンサイトは温度の降下につれてその量を増しますので、Ｍｓ 点以下で各部位を均一に冷やすことで変形を少なくすることができます。
熱処理的にはＭｓ点付近以下の温度降下を調節して変形を少なくする操作をし ます。例えば、油冷などでは冷却途中で引き揚げて冷却速度を小さくしたり、Ｍｓ点付近まで温度を上げたソルトバス中に焼き入れることで変形を小さくする方 法がとられます。後者の焼入れ方法にはソルトバスなどを用いた「マルクエンチ（またはマルテン パーなど）」があります。
焼入れによって生成したマルテンサイトと変態しない残留オーステナイトの割合も変形に影響します。一般に冷却速度が遅い と残留オーステナイトが増える傾向にあり、マルクエンチなどでもそれが増加します。
また、金型（治具）で品物を拘束して焼入れすることで変形をお さえる方法もあります。これは「プレスクエンチ」「金型焼入れ」などと呼ばれます。
変形の大きさは、焼入れ時に発生するのが大きいために、曲りの 方向を予測してあらかじめ逆方向に変形させたものを焼き入れる場合もあります。
（3）焼戻し時の変形
変形することによって 応力が均一化されているといえますので、それを拘束すれば偏った応力が残ることになります。
焼戻しの際にも組織変化と熱によって応力解放が進行し ますし、これに加えて、加熱中の熱膨張の影響を受けて複雑に変形します。
500℃以上で炭化物の析出によって硬化する（２次硬化と言います）際に も変形が生じます。
（4）変形の除去
変形を除去する操作を「曲り取り」「ひずみ取り」「矯正」などと呼んでいます。
硬さの低いも のについては「プレス」「ロール」などで押し付けて曲りをとります。
硬さの高いものは機械的に外力を加えても容易に変形を除去できませんので、加 熱冷却時の応力を利用したり、焼戻しに伴う組織変化の際の応力変化を利用して矯正する方法などがあります。　
また、タガネなどで圧痕をつけること で応力を発生させて曲りをとる方法も古くからおこなわれていますが、一般的でなく、割れなどのリスクも大きいのでお勧めできるものではありません。
通 常の熱処理操作としては、焼入れによって変形した品物を焼戻しする時に治具などで品物を拘束して変形を除去する方法があり、「プレステンパー」と呼んでい ます。

時効変形（経年変化）

【キーワード】経年変化・残留オーステナイトの安定化
残留オーステナイト量を調 節することで焼入れ時の変形を少なくできますが、オーステナイトはマルテンサイトに、マルテンサイトは炭化物を析出して安定な状態になろうとする傾向があ ります。このために、時間を経過してこの変化が起こると変形の原因になります。
これを時効変化や経年変化などと呼ばれます。
これを防止す るためには残留オーステナイトを低減するように熱処理するか、安定化または消失させることが必要で、たとえばＭｆ点以下の温度にサブゼロ処理をすることで ほとんど消失でき、５５０℃以上の焼戻しで完全に分解することができますが、２５０℃以下の低温焼戻しで用いられるナイフや工具類は焼戻しによる残留オー ステナイトは分解消失しませんので、しっかりと焼戻しすることで残留オーステナイトを安定化させて経年変化に備えます。
-１００℃ までのサブゼロ処理は電気冷蔵庫で冷却するか、ドライアイス（または液化炭酸ガス）を使用して、焼入れ直後（焼戻し前）に実施され、それ以下のクライオ処 理と呼ばれるものの多くは液化窒素を使用してされているものが多いようです。

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