硬化層 （こうかそう） ［ｋ48］
焼入れなどで硬化した部分を硬化層といいます。
たとえば、焼入れによる硬化層は「焼入れ硬化層」、浸炭によるものは「浸炭層」、窒化によるものは「窒化層」などといいます。
浸炭後は焼入焼戻しをしますが、その硬化層は「浸炭硬化層」といわれることもあります。
これらは「硬化した部分」ということですが、かなり曖昧な言い方です。
そのために問題を起こしやすいのですが、その例として、表面熱処理の高周波焼入れの硬化深さや硬さについて取り上げます。
JIS G 0559には、表面焼入れに関する硬化層の測定方法などが示されています。しかし、JIS規格を読むだけではわかりにくく、たとえば、高周波焼入れをしたものを、最終段階で仕上げ研磨をしたところが、その表面の硬さが出ていない・・・ということが問題になることがあります。
これは、高周波焼入れの「硬さ」について、熱処理を依頼する側と加工する側で、硬さに対する受け取り方が食い違っているために起こるもので、例えば、熱処理の要求が硬化深さ1.5mmで60HRC以上の硬さだったのが、0.5mm研磨したところが、58HRCの硬さになっている・・・というような問題です。
これは、加工者から言えば、後で触れる「有効硬化層の限界硬さ」の規定から言って、問題になることではありません。そうすると、依頼者側に問題ということになりますが、JISに規定されていることを理解していないために発生した問題ということです。
しかし、これを依頼者の無知とするにも問題があります。依頼者加工者が事前に仕様についての確認をしておけば、このような問題は起きることは少ないのです。 このことについて少し説明します。
熱処理の硬さ検査は、通常は「測定できる部分の表面硬さ」の検査をするだけで、表面硬さ以外の内部硬さなどは、測定も簡単でないので、検査をすることはありません。また、検査を要求すると、費用を負担しなければならないかもしれません。
それらもあって、一般熱処理でも表面熱処理でも同様ですが、通常は、熱処理検査では、測定可能な部位の表面硬さしか測定しません。・・・ということをまず知っておいてください。
そしてもちろん、一般の品物は、熱処理後に表面を研磨などで仕上げの加工をして製品になります。
このときは、空気焼入れ鋼などの非常に焼入れ性のいい鋼種を除いて、特に構造用鋼などの多くの鋼種では、内部に行くほど硬さが低下しています。
そのために、高周波焼入れや浸炭焼入れなどの表面熱処理のJISの考え方では、「有効硬化深さ」「全硬化層深さ」「最小表面硬さ」「有効硬化層の限界硬さ」が規定して、硬さについて事前に理解するように定めてあるのですが、これらは、理解しにくく、一回見聞きした程度わかりにくいのですが、これを理解していないと問題が発生します。
特に、最後の「有効硬化層の限界硬さ」は「表面硬さｘ0.8」ということになっている・・・となっていますが、決められた硬化層の範囲でも、すでに、要求する硬さにはなっていないというのですが、このことで問題が起きやすいのです。
例えば、焼入焼戻し後に、60HRCの硬さがほしい・・・といっても、JISの定義では60ｘ0.8＝48HRC の有効硬化層の硬さとなります。
表面が60HRC以上あって、指定した硬化層深さがある・・・と言っても、その深さでの硬さは48HRC以上であることしか保証されていないということなのです。
言い換えると、材質的な問題や、熱処理上の問題で、内部において60HRC以上を保証することができないので、このような暫定的な考えをしておいてください・・・ということです。
このことは、依頼者と加工者（熱処理会社）の硬さについての思惑自体が違っていますので、これによって問題になる可能性が高いのです。
PR一般に高周波焼入れ（熱処理）を依頼する場合は「有効深さ」「硬さ」を指定する場合がほとんどです。そして、この場合は、「有効硬化深さ」「最小の表面硬さ」を要求するということになりますが、しかし、いくらそれを要求しても、高周波焼入れにおいては、指定した硬さが有効硬化深さの位置で保証されているのでもないということになっているのです。
つまり、JISの規定では、「表面硬さは60HRC以上、硬化深さは2ｍｍほしい」と要求しても、2mmの位置では60HRCは保証されていない・・・ということですから、これらのJISの文言はよく理解しないといけない部分とは言うものの、納得しにくいかもしれませんが、加工する側にとっても、「1.5ｍｍ深さ位置では60HRCを得るのが難しい」という技術的問題と、内部の硬さを簡単に測定できないという問題が勘案された規格になっているのです。
ここでは用語の説明が主体なので、これ以上の詳しい説明はしませんが、熱処理的にも（装置の特性からも）S45CやSCM435などの構造用鋼の高周波焼入れで、2ｍｍの深さ位置で60HRC硬さを保証することは非常に難しいことなので、その位置での硬さがどうなっているのかを知りたい場合は、JISでは、「硬さ推移曲線によって測定する」・・・ということになっています。
実際には、それを確認しようとすると手間や費用がかかるので、そのような言い方で逃げてしまっていて、この規定は、いい加減な感じがしますが、JIS認定工場では、各鋼種における技術データなどが整備されているので、事前に打ち合わせすれば、内部硬さの推定などはできるようになっています。
熱処理後の仕上げをしたときの表面硬さが曖昧というのは困った問題ですが、高周波焼入れにおける、焼入れ周波数や鋼種の硬さについては、熱処理工場では過去の実績などもあって把握していますので、事前に打ち合わせすれば問題は起きません。
打ち合わせに基づいて、仕上げシロを少なくしたり、焼入れ方法を工夫（例えば、周波数を変えたり、冷却液を変える）して、熱処理後に表面を加工したあとの表面硬さを確保するようにします。
事前の打ち合わせをしておけば、ほとんど仕上げ後の表面硬さの問題が起きることはないのですが、表面硬さ60RC以上と規定して、表面硬さがそれに合格していても、内部の硬さが60HRC以上ではなく、「ｘ0.8の48RC」しか保証されていないということに変わりはありませんから、特に表面焼入れ（浸炭焼入れ、高周波焼入れ）を初めて適用しようという場合には、このことを知っておいてほしいと思います。
これは、熱処理業者から言うと、「安い価格で熱処理をしているのだし、お客さんの要求に沿うのは本質的に『無理』なのに、勝手なことを要求してくる・・・」という無理な要求を避けるためですし、反対に、注文する側からみれば、「そんないい加減なことしかわからないのか・・・」ということになりますが、これは、鋼材の成分などもあって、双方が納得できない点が残るのはある程度は避けることはできませんが、機械などの設計者は、このあたりの固さについての考え方をしっかり理解しておかないといけません。
硬化深さ（→こちら）の記事も参考にしてください。
（来歴）R1.8 見直し R2.4 CSS変更 最終確認R6.1月
