真空浸炭焼入れ

表面硬さが上がらない鋼材(低炭素鋼、ss等)は真空浸炭が有効です。

真空浸炭の目的

やわらかい素材表面を浸炭することにより、やわらかい表面が硬くなり、耐摩耗性・摺動性・耐食性などの機体的特性の向上が見込まれ、素材の中央部はやわらかいままのため靭性に富む素材となります。
安価な素材の表面を、高級鋼と近い性質に変えることができます。

熱処理技術における真空浸炭

やコスト的には従来の浸炭処理よりも上がってしまいますが、品質面は大変優れた仕上がりになり、再現性も高い処理となります。

なぜ真空で行うのか？

鉄鋼材料を常温大気中に放置しておくと、素地の鉄と酸素が結びつき表面酸化が起こります。
その状態で熱を入れて、温度を上げていくと表面酸化が促進されてしまいますが、酸素の無い真空状態で昇温させると表面酸化が起こらず、光沢を帯びた表面に仕上げることができます。

炭素が鋼材に浸透していく仕組み

鋼材表面に接触している炭素はだんだんと鋼材の中央に向かって浸透していきます。炭素は濃度高いところから低いところへ向かって浸透し、これを「拡散現象」と言います。
この現象は温度と時間により左右されやすいです。
浸炭では表面に炭素を侵入させ、拡散現象で深さを生み、焼き入れで硬さを付与します。

ステップ1：洗浄・脱脂

お客様から預かった製品には切削油などが付着していることが多く、この油は防錆などの役割を果たしています。
ただし、このまま浸炭処理を行ってしまうと製品に油の焼き付きが起こり、品質に影響が出ます。
また、油の蒸発により炉内も汚れてしまうので、丁寧に脱脂・洗浄を行う必要があります。

ステップ2：炉内への装入と真空引き

製品を真空炉へ挿入。
炉内を真空状態にし大気（酸素）を排出することにより酸化を防ぎ優れた浸炭層にします。

ステップ3：昇温・温度均一

浸炭温度まで昇温し、製品内部と外部の温度が浸炭温度に達するように保持します。

ステップ4：浸炭工程（アセチレンガスなどの導入）

浸炭性ガスであるアセチレンガスを炉内に導入することにより、ガス中の炭素を鋼の表面に浸透させます。

ステップ5：拡散工程

鋼の表面に浸透させた炭素を、鋼中へ拡散させます。

ステップ6：焼き入れ（ガス冷却または油冷却）

通常の焼き入れ方法は冷却スピードが必要になるため、なるべく早く冷却する必要があります。
そのため、油冷却が必要になりますが、SUS浸炭のように冷却スピードをひつようとしない製品はガス冷却でもよい場合があります。

ステップ7：焼き戻し

焼き入れされた製品は硬くてもろいため、焼き戻しを行います。
これにより硬さは多少犠牲になりますが、靭性のある硬化層が得られます。