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機械構造用炭素鋼 S45Cの硬さと金属組織

１．はじめに

　炭素を約0.45％含む機械構造用炭素鋼S45Cは、歯車や軸といった機械部品によく使用されています。ここでは、種々の温度で焼入れしたS45Cの試験片について、硬さと金属組織を調べた結果を紹介します。トラブル調査や品質管理に役立てていただければと思います。なお、この試験は平成29年6月に実施したものです。

２．実験

・試験片　：S45C（直径20mm、厚さ20mm）
・実験装置：（株）東洋製作所製 電気マッフル炉 KM-420
　　　　　　PRESI社 試料研磨装置 メカテック334／ディストリテック5
　　　　　　（株）明石製作所製 マイクロビッカース硬度計 MVK-G1
　　　　　　（株）ニコンインステック 倒立型金属顕微鏡 TME3000U-NR型
・熱処理　：焼入れ…800～950℃の各温度に15分保持後に水冷
　　　　　　焼戻し…600℃に1時間保持後水冷
・硬さ試験：試験片断面を鏡面研磨後、マイクロビッカース硬度計で試験した（HV0.5）
・金属組織：試験片断面を鏡面研磨および腐食後、金属顕微鏡で金属組織を観察した
・腐食液　：硝酸-アルコール溶液（HNO₃ 3ml、エチルアルコール97ml）

３．実験結果

（１）熱処理前の試験片の硬さと金属組織
　金属組織の観察結果を図1に示します。白色のフェライトと層状のパーライトが見られます。硬さは約240HVです。


図1　熱処理前の試験片の金属組織

（２）種々の焼入温度に対する硬さ
　800～950℃の種々の温度で焼入後に600℃で焼戻した試験片のビッカース硬さの試験結果を図2に示します。焼入れ温度によらず硬さはほぼ一定値となりました。


図2　熱処理後の試験片のビッカース硬さ

（３）種々の焼入温度に対する金属組織
　800～950℃の種々の温度で焼入後に600℃で焼戻した試験片の金属組織の観察結果を図3～図9に示します。
　図3は、S45Cの推奨焼入温度820～870℃に比べて低い温度で焼入後に600℃で焼戻した金属組織です。基地組織は焼戻しマルテンサイトですが、ところどころに白色のフェライトが見られます。
　図4と図5は、S45Cの推奨焼入温度で焼入後に600℃で焼戻した金属組織です。基地組織は焼戻しマルテンサイトになっていますが、フェライトとみられる白色の組織もわずかに見られます。
　図6～図9は、S45Cの推奨焼入温度に比べて高い温度で焼入後に600℃で焼戻した金属組織です。いずれも焼戻しマルテンサイトになっていますが、焼入温度が高くになるに従い、組織が粗くなっていることが分かります。


図3　焼入れ：800℃に15分保持後水冷　焼戻し：600℃に1時間保持後水冷


図4　焼入れ：焼入れ：825℃に15分保持後水冷　焼戻し：600℃に1時間保持後水冷


図5　焼入れ：850℃に15分保持後水冷　焼戻し：600℃に1時間保持後水冷


図6　焼入れ：875℃に15分保持後水冷　焼戻し：600℃に1時間保持後水冷


図7　焼入れ：焼入れ：900℃に15分保持後水冷　焼戻し：600℃に1時間保持後水冷


図8　焼入れ：925℃に15分保持後水冷　焼戻し：600℃に1時間保持後水冷


図9　焼入れ：950℃に15分保持後水冷　焼戻し：600℃に1時間保持後水冷

問い合わせ：新潟県工業技術総合研究所 　　　　　　 県央技術支援センター 　　斎藤　雄治 　 　　　　　TEL：0256-32-5271　　FAX：0256-35-7228