【実務で使える熱処理の基本】温度・時間・冷却法の手順とは？金属を強くする3つの要素を解説！

金属部品の性能を引き出すうえで欠かせないのが「熱処理」。

熱処理は、ただ加熱して冷やすだけではなく、温度・保持時間・冷却方法をしっかり管理してはじめて、狙った強度や硬度、靭性が得られます。

この記事では、熱処理における「温度」「時間」「冷却法」の手順と意味をわかりやすく解説します。

熱処理の3要素とは？

熱処理では以下の3つが結果を左右する基本条件です。

要素	内容	加工への影響
温度	加熱する温度（処理温度）	結晶構造が変化するかどうかを決める
時間	その温度に保つ時間（保持時間）	組織変化の「完了度」を決定
冷却法	冷やす速度・方法	得られる結晶構造＝性能を決定

【手順1】温度設定：目的の組織変化に応じた加熱

● 例：鉄鋼材料の場合

• 焼入れ → 約800～900℃（オーステナイト化温度）
• 焼なまし → 約600～750℃（再結晶・応力除去）
• 焼戻し → 約200～600℃（硬さと靭性の調整）

ポイント：

• 温度が足りないと組織が変化せず「処理失敗」になる
• 過熱しすぎると結晶が粗大化し、逆に性能低下

【手順2】時間管理：十分な保持で組織を安定させる

加熱したら、すぐに冷やしてはいけません。**その温度に一定時間保持（ホールド）**する必要があります。

● 例：中小部品の場合

• 保持時間：断面厚1cmあたり10～30分が目安
• 均熱処理（全体が均一に加熱される時間）を含める

ポイント：

• 時間が短いと中心部まで温度が届かず、処理ムラが出る
• 長すぎても酸化や粒成長の原因に

【手順3】冷却法の選択：性能を決める“最終工程”

冷却スピードによって、金属内部にできる結晶組織＝性質そのものが決まるため、非常に重要です。

冷却法	方法	得られる組織・特徴
急冷	水・油・塩浴など	マルテンサイト（非常に硬い）
空冷	自然放冷	パーライト・フェライト（適度な硬さ）
炉冷	炉の中で徐冷	柔らかく、加工しやすい組織

ポイント：

• 急冷は硬さ重視（焼入れ）、ただし脆さが増す
• 徐冷は応力除去・加工性重視（焼なまし）

【実際の処理例】焼入れ＋焼戻しの基本手順（工具鋼の場合）

1. 加熱（オーステナイト化）：850〜880℃に加熱
2. 保持時間：30分（ワーク厚みに応じて調整）
3. 急冷：油冷または水冷で硬化
4. 焼戻し：200〜550℃に再加熱し、1時間保持
5. 空冷：常温まで冷却して完成

→ 硬さと粘り強さのバランスを両立！

まとめ：熱処理は「温度×時間×冷却法」の3拍子が命！

熱処理は「焼く→冷ます」だけではなく、

• 温度設定で組織を“変える”
• 時間管理で組織を“安定させる”
• 冷却方法で性質を“決定づける”

という、3つの工程の組み合わせによって最終性能が決まるのです。

このプロセスを正しく理解し、狙った性能に応じて調整できることが、材料設計・品質管理・生産効率の向上につながります。