機械構造用鋼の焼戻しに関する研究 : 焼戻時間の影響

全文

(1)Title. 機械構造用鋼の焼戻しに関する研究 : 焼戻時間の影響. Author(s). 長澤, 徹. Citation. 北海道教育大学紀要. 第二部. A, 数学・物理学・化学・工学編, 43(2) : 127-137. Issue Date. 1993-03. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/6209. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 北海道教育大学紀要（第２部Ａ）第４３巻第２号ｉけｏｆＥｄｕｃＳｅｃｄｏｎｌｊｏ回顧ｏｆＨｏ園出頭ｄｏＵがｖｅｒＩＡ）ＶＯＬ４３ｓａｄｏｎ（．２，Ｎｏ. 平成５年３月ＭＺ立ｃｈ，１９９３. 機械構造用鋼の焼戻しに関する研究－－焼戻時間の影響－－長. 淫. 徹. 北海道教育大学釧路分校機械工学研究室. ＡＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＴｅｍｐｅｒｉｎｇｏｆＳｔｅｅｌｆｏｒ. ＭａｃｈｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒａＩＵｓｅ. 一一一Ｅ鈷ｅｃｔ１ゴロｇＴｉｎｌｅ－－－ｓｏｆＴｅｍｐｅｌＴｏｈギロＮＡＧＡＳＡＷＡし… ｂｏ窟ｔｆＭｅｒ隙祇園Ｅｎ柳＝ｏｌｙｏｃｅｅ血）ＯＣＯ＝ｅｇｅｇ，Ｋｕｓｍ〔，．ＫＨｏｋｋ園ｄｏＵｈｉｉけｏｆＥｄｕｃ恒韻ｒ０８５ｖｅｒｓａｏｎ，ｕｓｏ．. Ｓｔｅｅｌｈ面ｅｓｔｍｃｓあｒｍａｔ回顧ｕｓｅａｒｅｇｅｎｅｒ紙ｙｈｅａｔｃ－せｅａｔｅｄｂｙｑｕｅｎｃｈ面ｇａｎｄｔｅｍｐｅ血］ｇ ‐. Ｑｕｅｎ‐. ｈｄｂｏｇａｌｄｔｌ面ｇａｒｅｉｎｌｐｏ嘘ａｎｔｔｈ唖園ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｓ鵡ａｃｌｅｌｍｐｅｄｅｑｕａｅｃｔｔｎｃａｕｓｅｕ１ｔＷｉｅｈｅａ ‐せ鋭加Ｄｅｎ１ｅｘ－ｔｅｄｄｅｓｔｉｏｎｒｕｃｔｐｅｃ ‐. ＷｒＤｅｎｔｅｃｉｚ瞳亘ｅｄｏｕｔｔｅｍｐｅ血］ｇｅｉ副ｓｔｌｓｕｓｎｇｃｏｍｍｅｒｃｄヒロｅ）ｑ）ｅ山〔ｅｅｓおｒｍａｃｈ. ｌｕｓｅ（Ｓ３５Ｃ，ＳＮＣ６３１ａｎｄｓＣＭ４３５ｓｂｍ前ｕｒａ）ｔｔｆｔｔｌｍｇ症ロｅｏｎ位ｅｔｏｄｅｅ叩血ｅｄｌｅｅ佳ｅｃｓｏｅｍｐｅｅｍｐｅｌ ‐ ｉＨｄｉｔｔｔｔａｒｎｇｔｉｂｎｅｓｓｅｓｓｄｍａ［ｎｕをｃｅｓｓｍｔ班ｅｏｓｅｒｖａｏｎｓ，ａｎｄａｃｔｏ蓉ａｐｈｙｗｅｒｅｐｅｒ‐ まＰｙｐはｏｓｃ ‐ ，ｃ臨，. わｍＱｅｄａｆｔａＰｄｏｕｓｔｅｍｐｅ血］ｇｔｅｍｐｅｒａｔｔｉｒｅｓａｅｒ▽ ｌｌｄ位中ｅｓ ‐ Ｔｂｅｏｂ協ｉ１ｔｓａｒｅａｓおｎｏｗｓ：ｎｅｄｒｅｓｕｌｂ１（）１ｌｅｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｉｎｌｐａｃｔｅｎｅｒき. ｌｖ副ｕｅｓｏｆｓｔｅｅｓ免ｒｍａｃｈ山Ｐｅｓｔｎｕｃｔ町祖ｕｓｅｖａけｍｕｃｈ柄故ｔｅｍｐｅｒ－. ｉｔ伍ｅｙａｒｅｃｏｎｓｔａｎｔ証ｔｅｒｍｏｒｅ故ａｎｏｎｅｈｏｔｎｇ山中ｅｉ７ｈｉｒｔｅｍｐｅ血］ｇｆｏｎｅｈｏｔａｔｅｎｅｓｓｏｅａｐｐｒｏｐｌ１ｒ，ｂｕ．１ｔｅｍｐｅ血］ｇｂａｓｅｄｏｎｅｏｍ危ｍｅｄ）ｑ）ｅｄｅｎｃｅｗａｓｃ．. ２（）ｍｔｈｅｔｅｍｐｅｌｍｇｒ組ｇｅａｂｏｖｅ３５００Ｃ，ｉｎｌｐａｃｔｅｎｅｒを評. 鴻ｄｕｅｓａｒｅａｐｐｒｏぬｌｎａｔｅｄｂｙａ鐙ｓｔｄｅ鱒ｅｅｅｑｕをｄｏｎ瀬菌ｔｌｍｇｈａｒｄｉｄｂｍｅｍｐｅｌｅｓｓｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｆｔｅｍｐｅ血］ｇｔｅｍｐｅｒａローｒｅａＳ〕ｌｍｉ１１ｅｏｅｎｐａｃｔｅｎｅｒきけ．ｌｃｏｕｌｄｂｅＰｏｆｔｅｍｐｅｒｅｄｓｔｅｅｉｔｌｄｒｅｄｌｃｅｄ立ｏｍｍｅｔｅｍｐｅ血〕ｌｅｓｓｇｈａ. ‐. １ｌｂｅｓｅｅＤｅｎｔｆｃｏｎセｏｌｏｆｔｅ血〔ｓｓｈｏｗｅｄ菌ｅｉｎｌｐｏ比ａｎｃｅｏ１ｑ）ｄｔｅｍｐｅ血］ｒｍｇｌｅｍｐｅｇｔｅｍｐｅｒａむせｅｓａｌ. 山中ｅｓ ‐. （６５）.

(3) . １２８. １．緒. 長. 徹. 揮. 言. 最近における機械構造物の進歩と高度化により，部材の形状とこれに作用する応力が複雑になるに従い，供用時の破壊に対する安全は次第に高次元の問題として取り扱われる傾向にある．機械の安全は設計段階で，期待した強度と特性を発揮する材料がその通り選択され使用されることによりはじめて確保される．機械構造用鋼は一般に焼入れ，焼戻しにより調質されるが，熱処理の条件によって強度が顕著に３）熱処理が予期せぬ破壊事故の原因になる場合が少なくない‐ 従って機械構造１）－（変化するから｛，｛４）部材の製作において，適正な熱処理の実施は品質管理上きわめて重要な技術問題である．特に，複雑な形状の部品あるいは大型構造部材の焼入れでは質量効果などによる制約を受けるので，部材の設計において期待した強度を付与するにはまず適正な材料の選択と，完全な焼入硬化と適正な条９）はき｛５ト｛件による焼戻しが必要である．すでに焼入れおよび焼戻脆性などに関する金属学的研究わめて多く行われているが，これらを検討すると焼戻しに関する熱処理技術が軽んぜられる傾向にあり，実際作業に関しても暖昧な点が多い‐ 本研究は，機械構造部材の強度に直接影響する焼戻操作に指針を与えることを目的とし，その条件に再検討を加えるものである．ここではその重点を焼戻しにおける加熱時間の影響を明確にする１）として進行する焼戻しにおける適正加熱時間の検討を目指ことにおいた‐ すなわち，析出過程（すものであり，熱処理における省エネルギー的な効果をも期待するものである‐ ５０℃ ０℃，２３５を用い，焼戻温度を２０３１およびＳＣＭ４５Ｃ，ＳＮＣ６実験は，市販の機械構造用鋼Ｓ３８０分の間で設定した．焼戻し後，硬さ試験，０℃きざみで設定し，焼戻時間を５分から１００℃と５ ……６シャルピー衝撃試験，組織観察およびフラクトグラフィ観察を行った‐. ２．供試材料および実験方法５Ｃ）試験片実験で用いた材料は，市販の機械構造用炭素鋼（Ｓ３，ニッケル‐クロム鋼５）である．供試材料は直径１６脚の３１）およびクロム‐モリブデン鋼３種（ＳＣＭ４３２種（ＳＮＣ６ＩＳ規格のだした後同一ロットの圧延棒鋼材である．供試材料を長手方向で切り，機械加工を施しｊ. ２ー１. Ｖノッチ４号シャルピー衝撃試験片を製作した‐ ４号シャルピー衝撃試験片の形状寸法を図１に示し，各機械構造用鋼の化学成分分析値を表１に示す‐. ５５± ０６．. ４０ＣｓｉＭｎＰＳＣＵＮｉＣｒｈ一２２５０５３３０２４０７３０１８：３Ｑ０Ｑ０１００Ｓ３５ＣＯ－． ‐ １２０１８２５８０６８一ム８ＱＯＯｓＮＣ６３１Ｑ３０Ｑ２２０・・・２０４０７７ＱＩ１５０１９ＯＯＱ０８１２Ｏ５ＣＭ４３５Ｑ３３０．． ‐ ．. Ｉ図ＩＪＳ４号シャルピー試験片の形状寸法. 表１. （６６）. 機械構造用鋼の化学成分分析値（重量. ％）.

(4) . 機械構造用鋼の焼戻しに関する研究. １２９. ２ー２焼入れ焼入れには，ＳＣＲ温度制御方式の大型電気炉（西村工業製：容量２０馴）を使用し，各鋼材の焼入温度をＪＳ規格の規定温度をＩ参考にして設定した‐ 焼入条件を表２に示す‐ 焼割れを防ぐために，Ｓ３５Ｃの場合は水温２０℃ の水に１～２％のｓｌｂｌｕｏｅ添加剤を加えた焼入液を用い，ＳＮＣ６３１およびＳＣＭ４３５の場合は，６０℃に加熱したなたね油を冷却材とした．焼入操作は試験片，を焼入温度に昇温後，２０分あるいは３０分間保持した後，水およびなたね油で擬粋，冷却を行った．焼入れ後，試験片の硬さ測定および組織観察から焼入れの効果を判断し焼入硬さが極端に低いも，のは除外し，焼入硬さのばらつきを］田≧Ｃ＝１以下におさえて実験を行った‐ 各試験片の焼入硬さの平均値は，Ｓ３５Ｃにおいては斑≧Ｃ＝５１ＳＮＣ６３１は１丑ミＣ＝４６ＳＣＭ４３５は瓢≧Ｃ＝５０であった，， ‐ ＳＮＣ６３１の焼入硬さが他に較べて若干低いのは表１で見られるように炭素量が低いことに起因す. ，. る．２ー３. 焼戻し. １）（４）を用いたｓ副ｔＢｍ法には試験片の焼戻しには，塩浴炉（ｓ司ｔＢａ故法）（ ▼ ａ．. （１）酸化が防げる，（２）均一加勲が容易である，（鉄外気条件に左右されない等多くの利点がある‐ 自作の小型電気炉内にＳ紙を満たしたタンマン管をおき，均一加熱を得るためにタンマン管の中心部に試験片を挿入した．各焼戻温度におけるＳ紙の種類と重量比を表３に示す．低温中温および，ｌｏ）焼戻しは２００℃ ２５０℃ ３００℃ 高温焼戻しのｓ紙成分比が報告されている（ … … と５０℃ きざみ．，，，. で６００℃まで９種類の設定温度で行い，焼戻時間は，５分から１８０分の間で設定した‐ 焼戻しの加熱保持時間は，試験片をＳ流内に入れてから取り出すまでの時間とした‐ それぞれの時間に加熱保持後，ただちに５０±１℃ に加熱されたなたね油で援辞冷却を行った‐ オースチナイト湿度. 袋町剤袷１醍度嗣瞳鯖時間袷（０Ｃ）（ｍｉ（０Ｃ）ｎ）５３５Ｃ８６０２０ｗｑｔｅ『２０ＳＮＣ６３１８５０３０ｏ日６０ＳＣＭ４３５８５０３０６００１且. 混合比. ２ＯＯ５きき三菱漁夢響きｗ誹. ：３２７６７３．４５０. 雄冬『＝. １６. 純ＣＬ：ＫＮ. ７．６：９２. 表３Ｓ縦の種類とのとその成分重量比のふ冊（重量. 表２機械構造用鋼の焼入条件. ％）. ２ー４硬さ試験およびシャルピー衝撃試験焼戻し後２０℃で，シャ，４時間放置したのち環境温度２ルピー衝撃試験（能力：３０ｋ）を測定したｇ‐ｍ）を行い，破壊に要する衝撃エネルギー値（ｋｇ‐ｍ．また各試験片についてノッチ部上下面の８箇所の硬さをロックウエル硬度Ｃスケール（融ごＣ）で測定し，その平均値を焼戻硬さとした‐ ２ー５組織観察及び走査型電子顕微鏡観察焼入れおよびそれぞれの温度時間で焼戻しを行っ，た後の試験片の組織観察を光学顕微鏡（ユニオン光学）を用いて行ったさらに走査型電子顕微 ‐ ，鏡（明石製作所）を用いてシャルピー衝撃試験後の破面観察を行った ‐. ３．実験結果および考察３ー１. 焼戻時間と衝撃エネルギー値との関係Ｓ３５ＣＳＮＣ６３１ＳＣＭ４３５の種々の焼戻温度，，における焼戻時間と衝撃エネルギー値との関係を図２の（ａ）ｂ）ｃ）に示す‐ ，（，（Ｓ３５Ｃの焼入れた状態の衝撃エネルギー値は０７ｋ．ｍである２００℃ ２５０℃ の焼戻しでは衝， ‐ ｇ ‐ ，，撃エネルギー値は時間と共に上昇し６０分で１６ｋ， ‐ ｇ．ｍまで上昇したのちにほぼ一定値となる‐３５０℃ （６７）.

(5) . . 徹. 長揮. １３０. では，２００℃ での衝撃エネルギー値より高くなり一定値になる．４５０℃，５００℃，５５０℃ での焼戻しで. ０分までは衝撃エネルギー値が下がった．その後，０分近傍でピーク値を示し，その後６は，共通に２し挙動は興味をひくこの温度領域における初期の焼戻一定値にあるいは上昇した焼戻時間と共に．０℃では，焼戻時間と共に衝撃エネルギー値が徐々に増加し続けた．点である．一方，４００℃，６０ＳＮＣ６３１の焼入衝撃エネルギー値は３ｇ．ｍで，２００℃ の焼戻しではＳ３５Ｃと同様に時間と共に．３５ｋ. ００℃の焼戻しでは，数分の加熱で焼入れ衝撃エネ０℃，３５上昇して，約４ｋｇ．ｍの一定値になる．３５Ｃのこの温度領域の焼戻しでは，こルギー値から急激に低下し，その後ほぼ一定値をとる．Ｓ３の現象は現れていない．次に，４５０℃，５００℃ および５５０℃ における焼戻しでは，Ｓ３５Ｃと同様，衝. 撃エネルギー値は時間とともに上昇するが，２０分あるいは５０分近傍でピーク値を示した．このピー０℃の焼戻しでは，ピーク値を示しクを過ぎると衝撃エネルギー値は安定な傾向を示す．とくに５０た後時間と共に衝撃エネルギー値が減少する‐ ＳＣＭ４３５の焼入衝撃エネルギー値は，１ｇ‐ｍである‐ ２００℃ および４００℃ の焼戻しでは，時間．７５ｋ. とともにエネルギー値は上昇し一定値になるが，焼入れ時のエネルギーよりわずかに高いだけに過ぎない‐ ３００℃，３５０℃ での挙動は，ＳＮＣ６３１のそれと同じであるが，ＳＮＣ６３１にくらべ焼入れ時からの衝撃エネルギー値の低下は少ない‐４５０℃ から５５０℃ での焼戻しでは，Ｓ３５Ｃ，ＳＮＣ６３１と同様，. ０℃近傍で現れる低温焼戻脆性の現象は，炭０分近傍でピークが見られる‐ 一般に３５焼戻時間２０～３が３５Ｃでは認められなかった．本実験で用いたＳ合金鋼を問わず現れると言われている素鋼，，３１３５ではそれが認められ，短時間における低温焼戻脆性の挙動が低合金鋼であるＳＮＣ６，ＳＣＭ４明らかになった．また図に現れているピーク時の衝撃エネルギー値のぱらつきは，一般に言われて０℃の焼戻しで現れる高温焼戻脆性域に対応しているものと思われる．さら５０℃から５０いるように４にＳＮＣ６３１の５００℃での焼戻しで見られた現象は，炭素鋼の焼戻しで現れる焼戻時効脆性と類似し. た現象である．６３１－－－ｓＮＣ. ６００℃. －－ｓｃＭム３５－‘. ℃ ÷. －. ′ ２ｏ ℃ ｏ陰〆. ‘ル. －. 〆. 縦、. α. ５５０℃. ０ ▲. ＾. ２００℃. ー ▲ｖＳｉ′ゞ－：. ヱ琵琶デー. １２０６０ｉｉｉＴｎ）ｍｅ（ｍｅｍｐｅｒｎ９Ｔ. ａ（）. モｇ８ｓ３００℃. １８０. １２０６０ｉｉｉｎ）Ｔｍｅ（ｍｅｒｎ９Ｔｅｍｐ. 「１８０. （）ｂ図２焼戻時間と衝撃エネルギー値との関係５）ＳＣＭ４３３１（ｃｂ５Ｃ（）ＳＮＣ６（ａ）Ｓ３. （６８）. ６ｏｏ℃. 岳＊撫；ｆｒ. ０８６俊１Ｅａ工）ネｏ」 ①にｍーＵＯＱＥ. ４５０℃. ０８２６１１醗ＸＹ＾Ｅ．. ドメ烹ヂニキ. ０８口１ . . 〆. ▲ ｏ ▼. 謎. ４１. ４１. ニメ；ニＥ. ６１. ６１. ６１. ‐５３５ｃ－１. の；％ ① 〆. ５０ヤき， ≧ ００Ｃ１２６００Ｔｉｉｅｒｍｅ（ｍｉｎ）ｅｍｐｎ９Ｔ｛Ｃ）. １８０.

(6) . . . 機械構造用鋼の焼戻しに関する研究. １３１. ３一２焼戻時間と焼戻硬さとの関係図３の（ａｂ））ｃ）に各焼戻温度における焼戻時間と焼戻硬，（，（さとの関係を示す．各図より，焼戻硬さは焼戻時間とともに軟化するが，とくに３分から３０分の短時間の焼戻しで急激に軟化が進み，６０分経過後硬さは安定し一定の値に近ずく傾向にある‐ さらに焼戻温度の上昇にともない軟化度が増大し，焼戻硬さが低下する‐ 硬さから判断すると，各焼戻温度領域での焼戻しは約６０分までに進行が大部分終わるものと思われる．. き一ト。二‐ｓ３ｓｃ－ｚｏｏ℃. 書臨に；. ５０. ム５. 叱ＳＯ℃. 濠：. 如℃. －. ドニー；ｌ」ｉ一ｌ３００℃. ▲. －. ３５０℃. ◎. 憲一. …℃. －樗精. ２５. ー. の４５０℃. ６０２０１Ｔｉｅｍｐｅｉｍｅ（ｍｉｒｎ９Ｔｎ）. ａ（）. ‐. １８０. ｂ）（. 図３. ３一３. き霊. ３. ２. １８０. 跨ぎ警Ｉき. ‐ 二韓０℃. ６０１２０Ｔｉｅｍｐｅｉｒｎ９Ｔｍｅ（ｍｉｎ）. 一ＳＣＭム３５一. ５０. 堅｝ののき瞬きェきこ怨ＥＥ＾０. ０ “ ３Ｑ切の＠仁▽ 」 ○工か亡て○ Ｆ－＠ト. ｝‘０. 最Ｌのも＾緯ェ｝の塁窃三野Ｅ↑. . 棚３－１. －－０Ｑー. ５００℃ －. ５５０℃ ｏ. ｏｏｏ. ６００℃. ６０１２０Ｔｉｉｍｅ（ｍｉｅｍｐｅｒｎ９Ｔｎ）. ｃ｛）. 焼戻時間と焼戻硬さとの関係ａｂ（）Ｓ３５Ｃ（）ＳＮＣ６３１（ｃ）ＳＣＭ４３５. 焼戻温度と衝撃エネルギー値および焼戻硬さとの関係. 一例として，焼戻時間を６０分，１８０分とした時の焼戻温度と衝撃エネルギー値および焼戻温度と焼戻硬さの関係を図４の（ａｂ））に，（示す‐，図内で ⑳ 印は，Ｓ３５Ｃで，０印はＳＮＣ６３１で， ◎印はＳＣＭ４３５である‐ 焼戻硬さに着目すると，各材料とも焼戻温度の上昇にともない硬さが単調に減少する．焼戻抵抗が大きい合金鋼（ＳＮＣ６３１３５）は硬さの軟化の度合がほぼ同じであるが，焼戻抵抗が小さいＳ３５Ｃは軟化の度合，ＳＣＭ４. が大きい‐ Ｓ３５Ｃの低温焼戻しでは，ＳＣＭ４３５の硬さに近ずき，高温焼戻しではＳＮＣ６３１のそれに近ずく．焼戻硬さの軟化の度合いに相違いが見られる事から，焼戻硬さが同一でも焼戻温度が違うことが分かる．. 衝撃エネルギー値は，Ｓ３５Ｃの場合３５０℃までは焼戻温度に拘らずほぼ一定であり４００℃以降は焼戻温度とともに上昇する．本実験で用いたＳ３５Ｃに低温焼戻脆性が現れていないことは，この図からも明らかである．一方ＳＮＣ６３１およびＳＣＭ４３５の衝撃エネルギー値は２００℃ までは上昇し，. ，. さらに焼戻温度が上昇すると硬さが軟化しているにも拘らず３００℃ ３，５０℃近傍で，衝撃エネルギー値が低下する低温焼戻脆性が認められる．その後４００℃以上の焼戻しでは，温度の上昇とともに衝撃エネルギー値が増加する．図において焼入れおよび２００℃の衝撃エネルギー値に差が認められるが，低温焼戻脆性域における衝撃エネルギー値は鋼材の種類に拘らずほぼ同一の値を示した， ‐ （６９）. －－. ”. １８０.

(7) . . 徹. 長揮. １３２. ５０基. 一１８０ｍｉｎ一. ４５壱. ５０屋. ム５玉の４０嬰 . . の審. を３５ｇ. ３５旨３０ ◎ ・こ２５. ェ. ３０ぎ . こ２５ｉＱ誓. －＾Ａ. ・６. . ，. ５３５ＣＳＮＣ６３１ＳＣＭ４３５. . ２ｏ屋. 墓８６. ０Ｔ. ０服一００糊ｇｔ講０智ＴＴｍ（. ０鱒＆認０智服一０Ｔ（。。. （ｂ）. ａ（）. 図４. 各鋼材において焼戻温度と衝撃エネルギー値および焼戻硬さとの関係ｂａ０分（）１８０分））６（焼戻時間（. ・００次に，焼戻時間を１０，３，６０，９０分と変化させた場合の焼戻温度と衝撃エネルギー値の関係，２ ‐ ｂＣ６３ｃ５である．各図において，焼戻５Ｃであり，（１で，（）はＳＣＭ４３を示す‐ 図５の（ａ）はＳＮ）はＳ３温度に対する衝撃エネルギー値の変化がよく現れている．焼戻時間に着目すると，高温側の焼戻し１６. ”. １６. ÷○÷ １ｏｍｉｎ. －－ｏ÷ ２０－＾. ，. . . ｖ，ｏ. こ. 薙. . . ２. ′ 、１２Ｅ. 磐. ′ 一チニゴ虻，. ′‘. . . 一ｓ３５ｃ一. ０５００６０００２００３００４０Ｈｉｉｅ（０Ｃ）Ｔｅｎｒｎ９ＴｅｍｐｅｒＱｔｕｐｅｒ（ａ）. ＝±. ムメーミや、・２. . . . . ‐ＳＮＣ６３１‐. ０６００・０４００５００２００３０ｔｕｒｅ（０Ｃ）Ｔｅｍｐｅｉｒｎ９ＴｅｍｐｅｒＱｂ（）. 図５焼戻温度と衝撃エネルギー値との関係ｂ（ａ５Ｃ（）Ｓ３１（ｃ５）ＳＮＣ６３）ＳＣＭ４３. （７０）. 三ｇ. . . 一. ′. ％. ／. 一一手 ÷ ÷ ６０ｈ９０. ｝ｌｏ. ÷０→ １ｏｍｉｎ. 名. . . ヂ. ３０. １６ ÷・十１ｏｍｉｎ. ２. －. ０. . ′Ｅ５ーＳＣＭ４３５－. ０２００３００４００５００６００Ｔｅｍｐｅｒｔｕｉｒｅ（ｏＣ）ｎ９ＴｅｍｐｅｒＱ（）ｃ.

(8) . . ◆旭の‘ 民に機械構造用鋼の焼戻しに関する研究究. １３３. において長時間焼戻しの影響が若干見られるが，曲線の形状に顕著な差は見られない‐ 焼戻時間が変化してるのにも拘らず曲線がほぼ一致していることより，衝撃エネルギー値を支配する主因は，焼戻時間よりむしろ焼戻温度であると考えられる．３ー４焼戻硬さと衝撃エネルギー値との関係図６の（ａｂｃ）））に焼戻硬さと衝撃エネルギー値，（，（との関係を示す． ◎， ×， △，” ⑦ 印などは，それぞれ焼戻時間１０２０３０・・１８０分における，，，衝撃エネルギー値と焼戻硬さを表す‐ 図６の（ａ）ｂＨＩ内では焼戻硬さｃＺＣ；４２（））内では１丑ＺＣ＝，，（. ４５近傍で変移が現れているが，この点は焼戻温度で３５０℃に該当する．Ｓ３５Ｃ，ＳＮＣ６３耳こあっては焼戻硬さ１棚≧Ｃ＝４２，ＳＣＭ４３５にあっては１遜. ＝４５以下の領域すなわち３５０℃以上の焼戻温度領. 域において，焼戻硬さの減少にともない衝撃エネルギー値は増加している‐ 図より，焼戻温度および焼戻時間に拘らず衝撃エネルギー値と焼戻硬さは一対一に対応しておりほぼ一本の直線で近似，できる．. １なき. ？６. . . ト. . . －ｓＮＣ６３← ー. . 』. Ｏ２Ｏ. （ｂ）. １６ . 紗. Ｅ. . Ｘ. Ｘ. Ｏ. 零. 葛８. ２０. . △ . ｖ１０》. ｏ６０囲圏９０ ▽ ｉ２０. の１８Ｏ. ６. 碁. ム. ３５‐ ーｓｃＭ４. ｒ２ ◎. ｏ. ｒ◎. も（ＨＲＣＦ竺日。ｄ一喜. Ｔ叩. ａ（）. に国. 斡. ２. ＼. ａｇ檎ｄ認』（ＨＲＣデＯｎ. 『. . Ｗ＼. に. . Ｔｅｍｐ. 縄８. . . －ｓ３５ｃ－. Ｏ２Ｏ. 省ミ．. き２. もミー. 誓. ｉｎ ” ８ｍ. ２ｏ. ｏ絶ｍ一三亀日町ｄ一重（日Ｒｃｒ（）ｃ. 図６焼戻硬さと衝撃エネルギー値との関係ａ（）Ｓ３５Ｃ（ｂ）ＳＮＣ６３１（ｃ）ＳＣＭ４３５（７１）.

(9) . 徹. 長濯. １３４. 各鋼材の焼戻硬さと衝撃エネルギー値の関係を最小二乗法にて最適化し，一次関数で近似すると次式が得られる．（２０≦× ≦４２）. ＳＮＣ６３１. ではｙ＝－０ ‐８．５７ｘ十２５２７４十３ではｙ＝－０ × ．９．. ＳＣＭ４３５. ではｙ＝－０．０．７１ｘ十３３. （２８≦ ｘ≦４５）である‐. それぞれＳ３５Ｃ. （２２≦ｘ ≦４２）. ここで，ｙ＝衝撃エネルギー値（ｋ参ｍ），ｘ＝焼戻硬さ（鞭ミＣ）である‐. ｂａ）ｃに実線などで示す‐ 図から明らかなように近似直線は各上式で近似した直線を図６の（），（，（実験結果の傾向を良く表している．３ー５組織観察各鋼材とも標準組織では，パーライトとフェライトが混合した亜共析鋼である‐ また焼入組織は，マルテンサイト組織であるのが確認できた‐ 各鋼材の標準組織と焼入組織写真を００倍である‐ ｂｃａ））に示す．写真の倍率は，４）写真．１の（，（，（０℃までは焼戻マルテンサイトの２０分の時の組織を観察すると，３５各焼戻温度における焼戻時間１様相を呈し，焼戻し温度の上昇につれトルスタイトおよびソルバイトの混合組織となり，焼戻温度５００℃ から６００℃ では，ソルバイト組織となる．. ３１の組織写真を００℃）において，焼戻時間を変化させたときのＳＮＣ６００２００各焼戻温度（，６，４２０分の間で変えてある．写真で見られるように，焼戻時間写真．２に示す．焼戻時間は１０分から１を変化させたとき観察される焼戻組織に顕著な差は認められない．１１４１－（）フラクトグラフ観察位置は図７に示されている）３ー６ｓＥＭフラクトグラフィ観察（ィ，９ケ所である．図において上部２ｍｍはＶノッチ部であり，ノッチ底より０．３ｍｍの部分より２ｍｍ間隔点を次いで２３ＧのＡＦから０３ノチ部初にた最ｍｍのＢ，Ｅ，Ｈ点，で観察を行っ．ッ，．ｍｍ，，，４３ｍｍのＣ，Ｄ，１点の観察を行った‐ Ａ点は，き裂発生点でありＢおよびＣ点は，き裂伝播方. 向と一致した部分である‐ き裂伝播方向に平行なＦ，Ｅ，Ｄ点およびＧ，Ｈ，１点のフラクトグ・ｉｏｔ１０・！）ｔ：≦ Ｒ “◆Ｒｔｉｔ（９０ｅｎｎＤｉｄＩＫ箱ｔｏｓｅＰｙ（．Ｐｏ－－ＳｅｄｄＳｙｒｅｒｙＤ一箱ーＰ・Ｓｓｄｓ戸ｄｉー ” ５０γ （）：ー ◆ＳｐｎｅＱｅｒｔーｅ｛５０％）ｙＤｕｄｙ．ｏｃｏｒＦｒｕｒ！ｍｅｒｏｎｕｒ △－－ｇ ◆ＦＳ ◆Ｆｉｄｅ～Ｄｉｌｉｔ（１０％）：１）ｉｔ９０ツｃｔｎｅＳｐｕｌｅ（ｒｏｃｕｒｌｙｏｑｒＦ．ｔｒｎｕｅｎｒｘ－－９ ◆ＦｄｅｉＲ ◆Ｆｓｉｉｉ：５０％ｃｔｌｔ（５〇％｝）ｅｓｉｌｉｔｎごｔ ÷ －ＲＯ日ｔｔｐｒｙＤｕｙｅｒｎｐＵｙ（Ｏ－ｏｓｅＰ. 二０Ｓ洲. 「圏峻園ｏ. ｎｏｔごｈ【丁. Ｎ. ′軽ｒ. 日長，. ．. の. Ｌ２Ｊ一２」. . Ｚ４００Ｉも. ｏｏ. . ぎ２００. Ｉ. □. □. . き１ＯＯ . ２０. ４０. ６０. Ｔｅｍｐｅｒｉｎ９Ｔｉｍｅ. 図７. フラクトグラフィの観察点. 図８各焼戻温度において焼戻時間を変えた時の）（ノッチ底から２３皿の点）１５破壊形式（．. （７２）.

(10) . 機械構造用鋼の焼戻しに関する研究. ａ（）. 写真．１. （ｂ）. １３５. （ｃ）. ａｃ５Ｃ（ｂ１（）ＳＣＭ４３５各鋼材の標準組織と焼入組織（）Ｓ３）ＳＮＣ６３. （上段標準組織：下段焼入組織）. ‐２００ ℃－. －４ｏｏ０Ｃ－. －６００ｏＣ‐. １５ｍｉｎ. ｌｏ. １５. ３０ｍｉｎ. ３０. ２・５. １２０ｍｉｎ. １２０. １２０. 写真．２ＳＮＣ６３１の各焼戻温度において焼戻時間を変えた時の組織（焼戻温度２０００００℃，焼戻時間１０～１２０分），４０，６. （７３）.

(11) . １３６. 長. 瀞. 徹. ラフィはＡ，Ｂ，Ｃ点のそれとほとんど同じであった‐ 観察倍率は，１０００倍で行った‐ 一例として，ノッチ底から２．３ｍすなわちＢ，Ｅ，Ｈ点の破面の観察結果を図８に示す‐ 園内ｍ. ０％と介在物と思われるもにおける○印は広がった凹凸の激しい蜘妹の巣状のディンプルパターン９のを中心にディンプルパターンがとりまいているローズパターン１０％の混合破面を， △ 印は粒界破. １５）観察結果を図８壊５０％と広がった蜘妹の巣状ディンプルパターン５０％の混合破面などを表す（ ‐ に記述されている破壊様式で定量的，定性的に定義し，その結果を焼戻時間に関して着目すると，４００℃近傍を除いては，ほぼ水平な直線を引く事ができる．他の観察点（ノッチ底から０ｍ）．３．３ｍ，４においても，焼戻時間に関してほぼ同様の結果が得られた‐ 焼戻温度で破面を大別すると，２００℃まではローズバターンとディンプルパターンの混合である５０℃では粒界破壊を呈し，４００℃から５００℃までは粒界破壊を伴う延性破壊，延性破壊，３００℃から３３１で顕著に見られた高温焼戻脆５５０℃以上では２００℃と同様な延性破壊に分けられた‐ 特に，ＳＮＣ６性域での衝撃エネルギーの低下すなわち時効脆性の現象は，粒界破壊の存在によるものである事が明らかになった‐. ４．結. 論. 本論文では，機械構造用鋼の焼戻しに及ぼす焼戻時間の影響を明らかにするため，市販の機械構造用鋼Ｓ３５Ｃ，ＳＮＣ６３１およびＳＣＭ４３５を用いて焼戻実験を行った‐ 焼戻温度を２００℃，２５０℃ ００℃と５ ……６０℃きざみで設定し，焼戻時間を５分から１８０分の間で設定した．焼戻し後に硬さ試験，シャルピー衝撃試験，組織観察および破面観察を行い以下の結論を得た．要約すると，（１）焼戻硬さおよび衝撃エネルギー値におよぼす焼戻時間の影醤は，両者とも約６０分まで顕緒な変化が認められた‐ 衝撃エネルギー値は，焼戻時間と共に上昇し，長時間焼戻しに伴い上昇あるいは一定となる．焼戻硬さに関しては，短時間の焼戻しで急激に軟化し，次第に一定値となる‐ 特にすべての鋼材において，高温焼戻脆性域（４５０℃から５５０℃）で焼戻す際，衝撃エネルギー値が２０～３０分近傍でピーク値を示し，その後上昇あるいは一定となる傾向が認められた．（２）３５０℃以上の焼戻しにおいて，焼戻硬さと衝撃エネルギー値は，焼戻温度および焼戻時間に拘らず一対一に対応し，一次関数で表すことができた‐ すなわち，焼戻時間および焼戻温度に拘らず焼戻硬さがわかると衝撃エネルギー値が推定できる．（３）焼戻された組織は，焼戻温度の上昇と共に，焼戻マルテンサイト，トルスタイト，ソルバイトヘと変化しているが，各焼戻温度において短時間焼戻しと長時間焼戻しによる組織に顕著な差は認められなかった‐ さらに観察されたフラクトグラフィは，組織観察と同様に長時間焼戻しと短時間焼戻しに顕著な差は認められなかった．したがって組織およびフラクトグラフィの様相を決定するのは，焼戻時間よりはむしろ焼戻温度である事が明らかになった‐ （４３）ＳＮＣ６１の高温焼戻脆性域において，長時間焼戻しにより衝撃エネルギー値が低下する焼戻時効脆性が認められたが，これは粒界破壊の存在によるものである事が確かめられた．（５）衝撃エネルギー値および焼戻硬さなどから，適正な焼戻時間は６０分と判断でき，従来経験的に採用されてきた１時間の焼戻しの妥当性が確かめられた‐ 今回の３種の機械構造用鋼の焼戻実験により，焼戻温度の管理および適正な焼戻時間の設定の重要性が再認識された．. （７４）.

(12) . ▲ 造用鋼のＪ戻しに関する先機械構造用鋼の焼戻しに関する研究. １３７. なお本研究を行うにあたり，終始適切なるご指導，ご助言をいただいだ北海道大学名誉教授長岡金吾先生ならびに北海道大学教授野口徹先生に感謝の意を表する．. 参. 考. 文. 献. 長岡金吾，機械材料学，（５一４）１９７ｐ１４８一１８４．，工学図書，ｐ河上益夫，金属材料理工学上，（１９６６－６）鳳山社ｐ１４２－１９０ ‐ ，，ｐｆＨｅａＡＳ；ＭｉｌｔＭ‐ＡＧｒｔＴｒ鑓如ｑｅｏｅｎｏｓｓｍａ皿ｅｔｃ，ＰＩ釦ｃｐｐ．，，ｐ１２９‐１７５８－‐ 日本鉄鋼協会編，鋼の熱処理，丸善，ｐｐ７Ｂｄ棚頭１９６８Ｔｔ（５）ＣＭ叩臨）Ｊｒｎｎｅ住ｖｅＲｅｄｅｗ‐ ＡＳ狐虹ｅｍＱｅｅｅｓｓａｏｅ【ｐｒｐ聾 ‐ ．４０７（ ‐‐ ，，ｎｏ，ｐ１２７‐１６７ｆＴＥ皿ｐｅｒＢ１ｉｍｅｎｅｓ１９５互＆Ｓｌ１７ｌｉｎｅ３ｂ＆（６（）ｊｔｔｏ）Ｂ‐Ｃ‐ ＷｏｏｄｓｎｌＬｏｅｅｓＰｐ ‐Ｂ‐ＭｅもＳｏｍｅ餌陀ｃ ‐ ‐ ，，７Ｌ６１，ｎｏ（）沢田・徳田，鉄と鋼，ｖｏ．．３（１９７５），ｐｐ３３一４６（８）荒木・辛・佐川，鉄と鋼，ｖＬ６１，ｎｏｏ．．３（１９７５），ｐｐ６４一８２. １（）（２）３（）４）（. ９ｌ（）斉藤・内山，鉄と鋼，ｖｏ．６１，ｎｏ ‐ ‐８（１９７５），ｐｐ４０一６２. 回回Ｑ２）回. ８一２１９５７－５）４小川喜代一，鋼の化学熱処理，（ｐ１ ‐ ，養賢堂，ｐ長岡金吾，熱処理，ｖＬ１３，ｎｏｏ ‐ ．５ー６（１９７４）．３３５一３９８，ｐｐ吉田享，金属破断面の見方，日刊工業新聞社．Ｌ５６（１９６３Ｃｈ）ｅ凪Ｔばｎｓ．．ＡＳＭ遜，ｖｏ ‐Ｄ ‐Ｂ総ｃ，ｐｐ３１８÷３２６. ｌ１９６３Ｑ４）］）ｅａｕ鑓【罵ｃａｍｄ狐ｄＪ ‐ ‐ＡＳＭ澄，ｖｏ ‐５６（．Ｇｍ ‐Ｐ腺ｔ，ＰＰ４４２４５４，Ｔｎ. ＬＩ１（１９８０）回芳賀武，長野高専紀要，ｖｏ ‐ ，ｐｐ２９一４０. （７５）.

(13)