SKD11の変寸とは？その原因を解説！

たびたび申し訳ありません。

>(1)変寸をしっかりと避けるには不平衡相を除く、すなわち400℃以上での高温度での焼鈍をすることになります。

「焼鈍（焼きなまし）」と「焼き戻し」を混同されているように思います。1000℃以上から焼き入れした後、400℃付近に加熱するのは「焼き戻し(tempering)」と呼ばれています。「焼きなまし」は、annealingです。完全焼きなまし（高温焼きなまし）は、焼き入れ温度より少し低い温度（例えば、860℃くらい）から、ゆっくり冷却（例えば、炉冷）することを言います。

また、ＳＫＤ１１を400℃で「焼き戻し」したとしても、オーステナイトは無くなりません。オーステナイトを無くすには600℃以上が必要で、400℃では残留オーステナイト量は焼き入れの状態とほとんど変化しません。

さらに、ＳＫＤ１１に関して言えば、経年変寸を避けるためには、残留オーステナイト量をゼロにすることを目指すより、より安定化する熱処理を選択することが有効です。その意味で、もともと低温でしか使用しないのなら低温焼き戻しで十分ですし、使用温度が高い場合は高温焼き戻しの後、安定化処理を施すことが最近は推奨されています。

回答(5)です。焼き入れた後の材料には熱平衡相のほかに不平衡相のオーステナイトとマルテンサイトとが存在し、時間経過と共に平衡状態に近づきます。前者は平衡相になると体積増加し、後者は体積減少し、いずれも変寸や置き割れの原因となります。
(1)変寸をしっかりと避けるには不平衡相を除く、すなわち400℃以上での高温度での焼鈍をすることになります。
(2)変寸をいくらか許容し、硬さを維持するためには不平衡相のマルテンサイトを残す(低温焼鈍)ことになります。このときサブゼロ処理をも行うことがあります。その理由とは、不平衡相(いずれも)の不平衡の度合いを高める(強い低温度にして)ことで変態を少しでも促進させ、以後の変態を少なくしようというものです。
　いずれを選ぶかは使用条件で異なるでしょう。なお、工具鋼は平衡相の状態で販売されておりますが、焼き入れ・高温焼き戻し状態よりも柔らかです。

　たびたびの補足で申し訳ありません。
　回答（5）では、「高温焼きなまし」と仰っているので、それは間違いではありません。しかし、高温焼きなまししてしまうと硬さが下がって工具鋼としては使い物にならない硬さとなってしまうでしょう。
　しかも、通常は、工具鋼は高温焼きなましの状態で販売されているのだから、わざわざ熱処理しなくても、そのまま使えば寸法の径時変化も気にする必要はありません。ただ、治工具としては軟らかすぎるというだけです。
工具、金型として使った場合、金属を加工する場合は、それなりに温度が上がるので、高温焼き戻し（約500℃）をしておくことをお薦めしますが、用途がプラスチック金型だとすると、低温焼き戻し（約180℃）でもＯＫでしょう。

>寸法の径時変化を嫌うならば、平衡相割合の高い範囲で硬さを保つ(高温焼きなまし)を考えることになる。部材の表面と内部の違いも考えることになろう。

残念ながら、SKD11に関してはそうとも言えません。
冷間ダイス鋼SKD11の高温焼き「戻し」は、「高温」とは言え、熱間ダイス鋼SKD61などよりかなり低い温度であり、かなりの量の残留オーステナイトが残ります。従って、経年変化を抑えることはできません。むしろ逆に残留オーステナイトが安定な低温焼き戻しよりも経年変化には不利となります。もちろん、高温焼き「なまし」してしまうと、冷間ダイス鋼としての実用的な硬さより下がってしまいます。
また、「部材の表面と内部の違い」に関して言えば、SKD11は構造用鋼などより焼き入れ性が良く、実用上は部材の表面と内部の違いを気にする必要はありません。この辺は、原理的な観点より実務的問題です。まあ、実用上の硬さが得られなくても、原理的にはそうだというご意見でしょうけど。

お礼

2011/11/07 08:47

補足ありがとうございます
変寸の原因が焼きにあるようであったので、色々焼き屋さんに話を聞いてみました

その時に、高温焼き戻しではなく低温焼き戻しを使ったほうが良い、ということを言われており、回答５のご意見と少し相違を感じましたが、SKD11に関してはこちらでおっしゃってることが正しいのではないかと思います
(実際に高温、低温での比較はしてませんが)

質問者

技術的な観点は皆さんがお詳しいので、やや原理的な観点(熱処理･変態･熱不平衡･寸法変化)から、温度条件と材料内部での相変化を述べます。
１、鋼を高温に保ってオーステナイト相(fcc鉄)にしておく。
２、これを徐冷すると平衡相(bcc鉄と化合物Fe3C)に分解するのだが、急冷することで、部分的に高温相･平衡相が生じるほかに不平衡相(マルテンサイト相）が生じる。マルテンサイトの硬さが期待されている。熱的に不平衡なオーステナイトとマルテンサイトが残存する。マルテンサイト化は低温度域の短時間で生じ鋼の体積が３％程度は増加する(これも難点)。
３、不平衡相(オーステナイトとマルテンサイト)は常温あるいはそれ以上の温度で平衡相に近づく。比較的低温度で保持(焼き戻し）することで主にオーステナイトがマルテンサイト化する。体積増加と硬さ上昇。比較的高温度での焼き戻しでは、オーステナイトは消滅し、マルテンサイトも平衡相にそれなりに近づく(体積減少)。近づきの程度(不平衡の度合い)で以後の径時変化が異なる。当然不平衡相を大きく減らせば径時変化はなく、同時に硬さも失われる。

　寸法の径時変化を嫌うならば、平衡相割合の高い範囲で硬さを保つ(高温焼きなまし)を考えることになる。部材の表面と内部の違いも考えることになろう。

お礼

2011/11/07 08:51

回答ありがとうございます
オーステナイトやマルテンサイトが頭に入ってなく、腰を落ち着けてゆっくり読ませていただきます

ただ、取引のある焼き屋さんの話ではSKD11に関しては、変寸を押えるには
低温焼き戻しが有効であるということを言われましたが、高温焼き戻しと高温焼きなましは別物ですよね？

焼きいれ→低温焼き戻し→サブゼロ→高温焼き戻し

とかになるのでしょうか？？？

質問者