FAQ｜ 焼入れ材で寸法変化が出る理由と防止策は？

焼入れ後に寸法が合わなくなる。加工前は問題なかったのに、仕上げ寸法がずれる、反りやねじれが出る──焼入れ材の寸法変化は、品質トラブルとして頻発しやすい現象です。単なる熱処理誤差ではなく、材料の特性と工程全体の影響が重なって起こります。

焼入れ後の寸法変化は「想定外の事故」ではなく「金属組織が変わる以上、必ず起こる前提」で考える必要があります。この変化量を事前に予測し、加工工程に織り込めているかどうかで、後工程の安定性が劇的に変わります。

• Q

  焼入れをすると、なぜ「必ず」寸法が変わるのですか？

  A

  金属の組織が変化し、「体積が膨張する」ためです。
  焼入れによって鋼の組織がマルテンサイトに変化すると、原子の並び方が変わり、組織全体の体積が増加します（相変態膨張）。この膨張率は炭素量によっても異なりますが、基本的には「焼入れをすれば大きく（太く・長く）なる」のが一般的です。

• Q

  「反り」や「ねじれ」などの歪みを最小限に抑えるための形状設計は？

  A

  「肉厚の均一化」と「対称性」を意識した設計が重要です。
  厚い部分と薄い部分が混在していると、冷却時に温度差が生じ、冷えるタイミングのズレ（熱応力）によってワークが引っ張られて変形します。

  形状リスク	具体的な対策
  大きな肉厚差	肉抜き穴を設けるなどして、全体の冷え方を均一にする。
  鋭角なコーナー	R（アール）を付け、応力集中を緩和して「焼き割れ」や歪みを防ぐ。
  非対称な形状	可能な限り対称形状にする。難しい場合は、焼入れ後に加工する余裕（仕上げ代）を多めに取る。

• Q

  焼入れ前の「前加工」が原因で歪むことはありますか？

  A

  はい、非常に多い原因の一つです。
  重切削や塑性加工を行うと、材料内部に応力（残留応力）が溜まります。これが焼入れ時の加熱で一気に解放されるため、熱処理そのものが適切でもワークが動いてしまいます。

  項目	内容
  鉄則	精密なワークの場合、焼入れの直前に「応力除去焼なまし」を行い、あらかじめ歪みを出させてから仕上げ前加工を行うのが最も効果的です。

• Q

  現場で寸法変化を予測するための「運用術」はありますか？

  A

  「テストピースによるデータ蓄積」と「仕上げ代の動的管理」です。

  項目	内容
  傾向の把握	同じ形状・材質のワークであれば、焼入れ後の膨張量は一定の傾向を示します。過去のデータを記録し、「この形状なら0.05mm膨らむ」といったノウハウを設計・加工にフィードバックします。
  仕上げ代の設定	歪みによって削り残し（黒皮残り）が出ないよう、反りやすい長尺物は仕上げ代を多めに設定し、焼入れ後に研削加工等で追い込む工程設計を徹底します。
  焼戻しの徹底	焼入れ直後の不安定な組織を「焼戻し」で安定させないと、加工中や加工後にも寸法が動き続けるため、熱処理条件の遵守を確認してください。

焼入れ変形は「工程設計」で克服する

焼入れによる寸法変化は、金属の相変態と内部応力によって必然的に起こる現象です。無理に「変化をゼロにする」ことを目指すのではなく、変化する量と方向を予測し、適切な「応力除去」と「仕上げ代の確保」を行うことが重要です。材料・設計・熱処理・加工の各部門が連携し、変化を前提とした工程を組むことが、安定した高精度な製品作りに繋がります。