金属の表面処理について

金属の表面処理についての質問です。
金属の硬度を変化させるには
・熱処理
・高周波表面処理
・窒化処理
等があると思いますが、これらの違いや用途はなんなのでしょうか？
高周波熱処理では表面だけ硬くすると思いますが、全体を硬くさせるとどんなデメリットが生じるのでしょうか？

No.3 ベストアンサー 回答者： kori_syou 回答日時： 2009/01/20 18:17

金属を加熱・冷却することによって好ましい性質を得ることを熱処理といいます。

必ずしも硬くするだけでなく、軟化させる場合もあります。
加熱した後に急冷することによって硬くする操作を焼入れといいます。鋼の場合炭素量によって加熱温度は異なりますが概ね850℃程度まで加熱し、その後水、油などで急冷します。鋼はA1（エーワン）変態点という特定の温度で結晶の構造が可逆的に変化しますが、冷却時にこの温度を通過する速度が速いほど硬い組織が得られます。
一般的には品物全体を加熱・冷却しますが、品物によっては表面だけが硬く内部は粘り強いほうが好ましい場合があります。このような場合に高周波焼入れを用います。金属の表面近くで高周波電流を流すと表面に誘導電流が発生し、これによって表面だけが加熱されます。周波数が高いほど加熱される層は薄くなります（表皮効果と言います）。高周波焼入れの場合でも冷却には水や油を使いますが、外部だけでなく冷たい内部へも熱が奪われるため、上記の全体焼入れよりも冷却速度が速くなり、硬さは更に上がります。歯車の表面や各種の軸類に良く使われます。
窒化処理も目的はほぼ同じです。これは熱処理時の雰囲気を調整して表面に窒素を押し込むイメージです。押し込まれた窒素が結晶格子を歪ませることにより硬くなります。コスト的には高くなりますが、鋼のように変態しない金属（焼入れできない金属）、例えばアルミ、特定のステンレス鋼などにも適用できます。また窒化処理の１種ですがタフトライド処理と言って500℃程度の低温で処理する方法もあり、この場合は熱処理に伴う品物の歪が少ないと言う利点もあります。
このほかにも浸炭焼入れと言って高温で表面に炭素を侵入させ、その後急冷する方法もあります。これも表面硬化が目的です。
高周波焼入れも窒化処理も浸炭焼入れも表面硬化による耐磨耗性の向上を図る場合がほとんどです。

No.2 回答者： qaz_qwerty_me 回答日時： 2008/12/24 02:06

　日本刀が優れていると言われている特徴が表面の歯の部分は硬いけど、刀の中心部は柔らかく折れずらいという相反する性質を兼ね備えているからです。

　極論ですが、硬い材料で作れば最高の素材ができるなら最も優れているのではダイヤモンドです。　しかし、ダイヤモンドは脆すぎるので工業材料としては限定的にしか利用されていません。

No.1 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/12/23 21:12

セラミックは金属より硬いですよね。

セラミックと金属の複合素材「サーメット」なんか作りますが、なぜでしょう。なぜセラミックで全体を作らないのでしょう。

この回答への補足

堅いと粘り気がなくなり折れやすくなるということでしょうか？

補足日時：2008/12/26 19:51