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1「硬くしたい」だけでは熱処理は選べない

部品を「硬くしたい」ときに何でも焼入れを指定するのは危険だ。焼入れは硬さを上げる一方で、脆くなる・寸法が変化する・材料によっては割れるというリスクを伴う。

熱処理は「何を目的に・どの深さまで・どの程度の硬さにするか」で使い分ける必要がある。

2主要な熱処理の目的と特徴

熱処理	目的	硬さの変化	硬化深さ
焼入れ（全体）	全体を硬くする	大（HRC50〜65）	全断面
焼き戻し（焼入れ後必須）	靭性回復・脆さ低減	やや低下	—
浸炭焼入れ	表面だけ硬く・芯部は粘い	表面HRC60〜65	0.5〜2mm
窒化処理	表面硬化・変寸が少ない	HV800〜1100	0.1〜0.5mm
高周波焼入れ	局所的な表面硬化	HRC55〜65	1〜5mm
焼なまし	軟化・加工性向上	低下	全断面
焼ならし	組織均一化・応力除去	標準化	全断面

3各熱処理の詳細

焼入れ＋焼き戻し

鋼を高温（800〜900℃）に加熱後、水・油・空気で急冷して硬化させる。焼入れ単体では脆くて使えないため、必ず焼き戻し（150〜700℃に再加熱後に冷却）とセットで使う。

焼き戻し温度が低い（低温焼き戻し）→ 高硬度・まだ脆い（刃物・ゲージ類）
焼き戻し温度が高い（高温焼き戻し）→ 硬度低下・靭性大（ギヤ・シャフト類）

使える鋼材： 炭素鋼（S45C以上）・合金鋼（SCM・SKD・SKH等） 使えない鋼材： SS400（炭素量が少なすぎて硬化しない）

浸炭焼入れ

低炭素鋼（S15C・SCM415など）の表面に炭素を浸み込ませてから焼入れする。表面は硬く・芯部は粘い「二層構造」になる。

使いどころ： ギヤ・スプロケット・カム・ピン——衝撃荷重を受けながら表面が摩耗する部品
変寸が大きい： 浸炭層の膨張・収縮で寸法が変化する。精度部品は浸炭後に研削仕上げを前提に設計する

窒化処理

500〜520℃で窒素を表面に浸透させる。低温処理のため寸法変化が極めて小さい（0.01mm以下）。

使いどころ： 精密スピンドル・ゲージ・型部品——寸法変化が許されない高精度部品
硬化深さが浅い（0.1〜0.5mm）： 研削代を取りすぎると硬化層がなくなる。設計時に硬化層の残りしろを確保する
使える鋼材： クロム・アルミ・モリブデン含有鋼（SACM・SKD61等）に効果が高い

高周波焼入れ

高周波誘導加熱で表面だけを急速加熱・急冷する。必要な部分だけを局所的に硬化できる。

使いどころ： シャフトのジャーナル部・歯車の歯面・ピストンロッド
変寸： 浸炭より少ないが窒化よりは大きい。重要部位は高周波後に研削仕上げを入れる

4熱処理の選定フロー

目的は何か？
│
├─ 全体を強くしたい（衝撃+摩耗）
│　　→ 浸炭焼入れ（低炭素鋼）
│　　→ 焼入れ焼き戻し（中炭素鋼）
│
├─ 表面だけ硬くしたい（寸法変化許容）
│　　→ 高周波焼入れ（局所）
│　　→ 浸炭焼入れ（全面）
│
├─ 表面を硬くしたい（寸法変化NG）
│　　→ 窒化処理
│
├─ 加工のために軟らかくしたい
│　　→ 焼なまし
│
└─ 残留応力を取りたい
　　　→ 応力除去焼なまし

5設計への組み込み方

図面への記載

【焼入れ焼き戻しの場合】
熱処理：焼入れ焼き戻し
硬さ：HRC 40〜45（全面）

【浸炭焼入れの場合】
熱処理：浸炭焼入れ焼き戻し
有効硬化層深さ：0.8〜1.2mm
表面硬さ：HRC 58〜63
芯部硬さ：HRC 30〜40
（注）熱処理後 歯面・軸受け座 研削仕上げ

【窒化の場合】
熱処理：ガス窒化処理
窒化層深さ：0.3〜0.5mm
表面硬さ：HV 700以上
（注）窒化前に仕上げ加工。窒化後研削不可

寸法変化の対応

熱処理後の寸法変化を見越して加工する必要がある。

熱処理	寸法変化の目安	設計対応
全体焼入れ	0.1〜0.5%	精度部位は熱処理後研削
浸炭焼入れ	0.1〜0.3%	必ず研削代を確保
窒化処理	<0.01%	研削不要（ただし研削代をゼロにしない）
高周波焼入れ	0.05〜0.2%	重要部は研削代確保

6よくある失敗

失敗1：SS400を焼入れ指定する

SS400は炭素量が低く（0.25%以下）、焼入れしても硬化しない。「硬くなりませんでした」と外注先から連絡が来る。

対策： 焼入れが必要なら最低でもS45C以上を使う。

失敗2：焼入れ後に旋削加工する

焼入れ後の鋼はHRC40〜60と硬く、一般の旋削工具では加工できない。設計変更で焼入れ後に追加加工が必要になると大問題になる。

対策： 熱処理の前後の加工工程を設計段階で整理する。「熱処理前に加工→熱処理→研削のみ」が原則。

失敗3：薄肉部品を焼入れする

薄肉・急激な断面変化のある部品を焼入れすると、急冷時の温度差で割れが発生する。

対策： 薄肉部品には窒化・浸炭（低ひずみ処理）を選ぶ。全体焼入れが必要なら焼割れ防止のための形状見直しを行う。

7社内で説明するときの言い方

上司・設計者に対して： 「この部品は高精度で窒化後に研削できないので、寸法変化の少ない窒化処理を選びます。ただし窒化層が薄いので設計硬化深さを図面に明記します。」

外注先・熱処理業者に対して： 「浸炭焼入れ後に軸受け座をΦ30h6に仕上げる研削加工があります。研削代として片側0.15mm残してください。」

8まとめ

全体強化 → 焼入れ焼き戻し（S45C以上）
表面硬化・衝撃あり → 浸炭焼入れ（低炭素鋼）
精密・寸法変化NG → 窒化処理
局所硬化 → 高周波焼入れ
熱処理後の寸法変化を設計に織り込む

次のステップ：

材料選定の基礎 — 熱処理に適した材料の選定へ
表面処理の選び方 — 熱処理と表面処理の組み合わせへ
切削加工の設計ルール — 熱処理前後の加工工程設計へ

熱処理の基礎｜焼入れ・焼き戻し・浸炭窒化の使い分けと設計への組み込み方