ローラーチェーンの一般的な熱処理プロセスの紹介

ローラーチェーンの一般的な熱処理プロセスの紹介
ローラーチェーンの製造工程において、熱処理工程は性能向上の重要な要素です。熱処理により、ローラーチェーンの強度、硬度、耐摩耗性、靭性が大幅に向上し、耐用年数が延長され、様々な複雑な作業条件下での使用要件を満たすことができます。以下では、ローラーチェーンの一般的な熱処理工程について詳しくご紹介します。

I. 焼入れ焼戻し工程
（I）焼入れ
焼入れとは、ローラーチェーンを一定の温度（通常はAc3またはAc1以上）まで加熱し、一定時間保温した後、急速に冷却するプロセスです。その目的は、ローラーチェーンに高硬度・高強度のマルテンサイト組織を得ることです。一般的に使用される焼入れ媒体には、水、油、塩水などがあります。水は冷却速度が速く、形状が単純で小型のローラーチェーンに適しています。油は冷却速度が比較的遅く、形状が複雑で大型のローラーチェーンに適しています。
（II）焼き戻し
焼戻しは、焼入れされたローラーチェーンを一定の温度（通常はAc1未満）まで再加熱し、保温した後、冷却するプロセスです。その目的は、焼入れ中に発生した内部応力を除去し、硬度を調整し、靭性を向上させることです。焼戻し温度に応じて、低温焼戻し（150℃〜250℃）、中温焼戻し（350℃〜500℃）、高温焼戻し（500℃〜650℃）に分けられます。低温焼戻しでは、高硬度で靭性に優れた焼戻しマルテンサイト組織が得られます。中温焼戻しでは、高降伏強度で塑性と靭性に優れた焼戻しトルースタイト組織が得られます。高温焼戻しでは、総合的な機械的特性に優れた焼戻しトルースタイト組織が得られます。

2. 浸炭処理
浸炭処理は、ローラーチェーンの表面に炭素原子を浸透させて高炭素浸炭層を形成することで、表面硬度と耐摩耗性を向上させながら、中心部は低炭素鋼の靭性を維持します。浸炭処理には、固体浸炭、ガス浸炭、液体浸炭があり、その中で最も広く使用されているのはガス浸炭です。ローラーチェーンを浸炭雰囲気に置くことで、一定の温度と時間で炭素原子が表面に浸透します。浸炭処理後、通常、表面硬度と耐摩耗性をさらに向上させるために、焼入れと低温焼戻しが必要です。

3. 窒化処理
窒化処理は、ローラーチェーンの表面に窒素原子を浸透させて窒化物を形成し、表面硬度、耐摩耗性、疲労強度を向上させる処理です。窒化処理には、ガス窒化、イオン窒化、液体窒化があります。ガス窒化は、ローラーチェーンを窒素含有雰囲気に置き、一定の温度と時間で窒素原子を表面に浸透させる処理です。窒化処理後のローラーチェーンは、表面硬度が高く、耐摩耗性に優れ、変形が小さいため、複雑な形状のローラーチェーンに適しています。

4. 浸炭窒化処理
浸炭窒化処理は、ローラーチェーンの表面に炭素と窒素を同時に浸透させて炭窒化物を形成し、表面硬度、耐摩耗性、疲労強度を向上させる処理です。浸炭窒化処理には、ガス浸炭窒化処理と液体浸炭窒化処理があります。ガス浸炭窒化処理は、ローラーチェーンを炭素と窒素を含む雰囲気に置き、一定の温度と時間で炭素と窒素を同時に表面に浸透させる処理です。浸炭窒化処理後のローラーチェーンは、表面硬度が高く、耐摩耗性と耐噛み性能に優れています。

5. アニーリング工程
焼鈍処理とは、ローラーチェーンを一定温度（通常、Ac3より30～50℃高い温度）に加熱し、一定時間保温した後、炉内で500℃以下まで徐冷し、その後空気中で冷却する処理です。その目的は、硬度を低下させ、可塑性と靭性を向上させ、加工およびその後の熱処理を容易にすることです。焼鈍処理後のローラーチェーンは均一な組織と適度な硬度を有し、切削性能を向上させることができます。

6. 正規化プロセス
焼準処理とは、ローラーチェーンを一定温度（通常はAc3またはAcm以上）に加熱し、保温した後、炉から取り出して空気中で冷却する処理です。その目的は、結晶粒を微細化し、組織を均一にし、硬度と強度を向上させ、切削性能を向上させることです。焼準処理後のローラーチェーンは均一な組織と適度な硬度を有し、最終熱処理または予備熱処理として使用することができます。

7. エイジング処理工程
時効処理とは、ローラーチェーンを一定温度に加熱し、一定時間保温した後、冷却する処理です。残留応力を除去し、寸法を安定させ、強度と硬度を向上させることを目的としています。時効処理は、自然時効と人工時効に分けられます。自然時効は、ローラーチェーンを室温または自然状態に長時間放置することで、残留応力を徐々に除去する方法です。人工時効は、ローラーチェーンを高温に加熱し、短時間で時効処理を行う方法です。

8.表面焼入れ工程
表面焼入れは、ローラーチェーンの表面を一定の温度まで加熱し、その後急速に冷却するプロセスです。その目的は、コア部分の靭性を維持しながら、表面硬度と耐摩耗性を向上させることです。表面焼入れプロセスには、誘導加熱表面焼入れ、火炎加熱表面焼入れ、電気接触加熱表面焼入れなどがあります。誘導加熱表面焼入れは、誘導電流によって発生する熱を利用してローラーチェーンの表面を加熱するため、加熱速度が速く、焼入れ品質が良好で、変形が小さいという利点があります。

9.表面強化工程
表面強化処理とは、物理的または化学的方法を用いてローラーチェーンの表面に特殊な特性を持つ強化層を形成し、表面硬度、耐摩耗性、疲労強度を向上させる処理です。一般的な表面強化処理には、ショットピーニング、転造強化、金属浸透強化などがあります。ショットピーニングは、高速ショットを用いてローラーチェーンの表面に衝撃を与え、表面に残留圧縮応力を発生させることで疲労強度を向上させる処理です。転造強化は、転造工具を用いてローラーチェーンの表面を転造することで、表面に塑性変形を生じさせ、表面硬度と耐摩耗性を向上させる処理です。

10. ホウ化処理
ホウ化処理とは、ローラーチェーンの表面にホウ素原子を浸透させてホウ化物を形成し、表面硬度と耐摩耗性を向上させる処理です。ホウ化処理には、ガスホウ化処理と液体ホウ化処理があります。ガスホウ化処理は、ローラーチェーンをホウ素含有雰囲気に置き、一定の温度と時間でホウ素原子を表面に浸透させる処理です。ホウ化処理後のローラーチェーンは、高い表面硬度、優れた耐摩耗性、優れた耐噛み性能を備えています。

11.複合二次焼入れ熱処理工程
複合二次焼入れ熱処理は、2回の焼入れと焼戻しの工程を経てローラーチェーンの性能を大幅に向上させる高度な熱処理プロセスです。このプロセスは通常、以下のステップで構成されます。
（I）第一焼入れ
ローラーチェーンは、内部組織を完全にオーステナイト化するために、通常、従来の焼入れ温度よりも高い温度に加熱され、その後、急冷されてマルテンサイト組織が形成されます。この工程の目的は、ローラーチェーンの硬度と強度を向上させることです。
（II）最初の焼き戻し
一次焼入れ後のローラーチェーンは、中温（通常300℃～500℃）に加熱され、一定時間保温された後、冷却されます。この工程の目的は、焼入れ工程で発生した内部応力を除去し、硬度を調整し、靭性を向上させることです。
（III）第2の焼入れ
一次焼戻し後のローラーチェーンは、一次焼入れ温度よりわずかに低い温度まで再度加熱され、その後急冷されます。この工程の目的は、マルテンサイト組織をさらに微細化し、ローラーチェーンの硬度と耐摩耗性を向上させることです。
（IV）2回目の焼き戻し
二次焼入れ後のローラーチェーンは、より低温（通常150℃～250℃）に加熱され、一定時間保温された後、冷却されます。この工程の目的は、内部応力をさらに除去し、寸法を安定させ、高い硬度と耐摩耗性を維持することです。

12. 液体浸炭プロセス
液体浸炭は、ローラーチェーンを液体浸炭媒体に浸漬することで、炭素原子を表面に浸透させる特殊な浸炭処理です。この処理は、浸炭速度が速く、浸炭層が均一で、制御性が良いという利点があります。複雑な形状で高い寸法精度が求められるローラーチェーンに適しています。液体浸炭処理後、表面硬度と耐摩耗性をさらに向上させるため、通常は焼入れと低温焼戻しが必要です。

13. 硬化プロセス
焼入れとは、ローラーチェーンの内部構造を改良することで、硬度と耐摩耗性を向上させることを指します。具体的な手順は以下のとおりです。
（I）暖房
ローラーチェーンは硬化温度まで加熱され、チェーン内の炭素や窒素などの元素が溶解・拡散します。
（ii）断熱材
硬化温度に達した後、一定の保温時間を保ち、元素を均一に拡散させて固溶体を形成させます。
（iii）冷却
チェーンを急速に冷却すると、固溶体が微細な粒子構造を形成し、硬度と耐摩耗性が向上します。

14. 金属浸透プロセス
金属浸透処理とは、ローラーチェーンの表面に金属元素を浸透させて金属化合物を形成し、表面硬度と耐摩耗性を向上させる処理です。一般的な金属浸透処理には、クロマイゼーション処理とバナジウム浸透処理があります。クロマイゼーション処理は、ローラーチェーンをクロム含有雰囲気に置き、一定の温度と時間でクロム原子が表面に浸透してクロム化合物を形成する処理です。これにより、表面硬度と耐摩耗性が向上します。

15. アルミニウム処理プロセス
アルミナイズ処理は、ローラーチェーンの表面にアルミニウム原子を浸透させてアルミニウム化合物を形成し、表面の耐酸化性と耐腐食性を向上させる処理です。アルミナイズ処理には、ガスアルミナイズ処理と液体アルミナイズ処理があります。ガスアルミナイズ処理は、ローラーチェーンをアルミニウム含有雰囲気に置き、一定の温度と時間でアルミニウム原子を表面に浸透させる処理です。アルミニウム浸透後のローラーチェーン表面は優れた耐酸化性と耐腐食性を備え、高温・腐食環境での使用に適しています。

16. 銅浸透プロセス
銅浸透工程は、ローラーチェーンの表面に銅原子を浸透させて銅化合物を形成し、表面の耐摩耗性と耐噛み性能を向上させる工程です。銅浸透工程には、ガス銅浸透と液体銅浸透があります。ガス銅浸透は、ローラーチェーンを銅含有雰囲気に置き、一定の温度と時間で銅原子を表面に浸透させる方法です。銅浸透後のローラーチェーン表面は、優れた耐摩耗性と耐噛み性能を備え、高速・高負荷条件下での使用に適しています。

17. チタン浸透プロセス
チタン浸透プロセスは、ローラーチェーンの表面にチタン原子を浸透させてチタン化合物を形成し、表面硬度と耐摩耗性を向上させるプロセスです。チタン浸透プロセスには、ガスチタン浸透と液体チタン浸透があります。ガスチタン浸透は、ローラーチェーンをチタン含有雰囲気に置き、一定の温度と時間でチタン原子を表面に浸透させるプロセスです。チタン浸透後のローラーチェーン表面は良好な硬度と耐摩耗性を有し、高硬度と高耐摩耗性が求められる作業条件に適しています。

18. コバルト処理
コバルト処理は、ローラーチェーンの表面にコバルト原子を浸透させてコバルト化合物を形成し、表面の硬度と耐摩耗性を向上させる処理です。コバルト処理には、ガスコバルト処理と液体コバルト処理があります。ガスコバルト処理は、ローラーチェーンをコバルト含有雰囲気に置き、一定の温度と時間でコバルト原子を表面に浸透させる処理です。コバルト処理後のローラーチェーン表面は良好な硬度と耐摩耗性を有し、高硬度と高耐摩耗性が求められる作業条件に適しています。

19. ジルコニア処理
ジルコニウム化処理は、ローラーチェーンの表面にジルコニウム原子を浸透させてジルコニウム化合物を形成し、表面の硬度と耐摩耗性を向上させる処理です。ジルコニウム化処理には、ガスジルコニウム化と液体ジルコニウム化があります。ガスジルコニウム化は、ローラーチェーンをジルコニウム含有雰囲気に置き、一定の温度と時間でジルコニウム原子を表面に浸透させる処理です。ジルコニウム化処理後のローラーチェーン表面は良好な硬度と耐摩耗性を有し、高硬度と高耐摩耗性が求められる作業条件に適しています。

20. モリブデン浸透プロセス
モリブデン浸透工程は、ローラーチェーンの表面にモリブデン原子を浸透させてモリブデン化合物を形成し、表面の硬度と耐摩耗性を向上させる工程です。モリブデン浸透工程には、ガスモリブデン浸透と液体モリブデン浸透があります。ガスモリブデン浸透は、ローラーチェーンをモリブデン含有雰囲気に置き、一定の温度と時間でモリブデン原子を表面に浸透させる方法です。モリブデン浸透後のローラーチェーン表面は良好な硬度と耐摩耗性を有し、高硬度と高耐摩耗性が求められる作業条件に適しています。