はじめに石油や鉄鉱石といった資源をほとんど持たない日本は、これまで優れた技術力を生かして優れた製品を製造し、輸出することで、我が国の経済を支えてきました。しかし最近では、中国、インド、ブラジルといった国々は低価格を武器に経済成長は目覚ましく、日本もこのグローバル化の波の影響を受けており、今後ますます国際競争が激化すると思われます。日本は、この優れた技術力に一層磨きをかける以外に生き抜く術はありません。
熱処理は、鍛造、鋳造、金型、金属プレス等と並んで重要な素形材分野の一つとして位置付けられており、日本の代表的製品である自動車、建設機械、工作機械、航空機、電気製品などの「ものづくり」は、こうした素形材分野の技術力を抜きには成立しないものであります。こうした製品の多くの部品は、熱処理加工が施されており、言い換えれば、熱処理なしでは日本の「ものづくり」は成立しないことになります。
素形材産業の一つである熱処理業界も、いうまでもなく国際競争にさらされておりますが、大きな課題を抱えております。それは、団塊世代の大量退職が現実に始まっており、熟練技能の伝承が困難になっていることですが、熱処理企業の自助努力だけでは、解消することが難しい課題となっております。
国も、このような事態を憂慮して、人材養成について積極的に支援を行ってきています。
平成 19 年度、厚生労働省は、「実践型人材養成システム」を創設しました。このシステムの狙いは、企業に採用された新人をいち早く職場の戦力に育て上げようとするものです。
そしてその仕組みは、企業内で行う OJT（現場指導）と教育機関（熱処理の場合は東部金属熱処理工業組合）で行う OFF-JT（座学）の組み合わせとなっています。
当組合もこの趣旨に賛同し、多くの熱処理企業で実施されるよう推進しております。
今般、厚生労働省から当組合への委託事業の中で、OFF-JT（座学）用としての当教材を作成しました。当組合が長年に亘り積み重ねてきた経験をもとに作成したものです。はじめて熱処理を学ぶ方々を念頭にして、熱処理技術及び関連技術についての入門書に仕上げています。OFF-JT（座学）の期間中はもとより OJT の期間中も手元に置いて活用され、熱処理業界の発展にご尽力頂けますよう期待しております。
最後になりましたが、当教材の作成にあたり、多大のご支援をいただいた厚生労働省をはじめ、テキスト作成にあたられた当組合の人材養成委員会の委員の努力に深謝いたします。
平成２１年３月
東部金属熱処理工業組合
理事長 田村捷也

目次
第 1 編 鉄鋼とものづくり............................................................................................................... 1
第 1 章 鉄の歴史...................................................................................................................................................... 1
第 1 節 私達の生活と鉄..................................................................................................................................... 1
第 2 節 鉄の歴史................................................................................................................................................. 1
第 2 章 熱処理を学ぶ前に...................................................................................................................................... 4
第 1 節 熱処理とは............................................................................................................................................. 4
第 3 章 熱処理加工業の位置付け.......................................................................................................................... 8
第 1 節 ものづくりは連携................................................................................................................................. 8
第 4 章 熱処理技術の歴史...................................................................................................................................... 9
第 1 節 熱処理技術の分類とその変遷............................................................................................................. 9

第 2 編 鉄鋼の特性 ........................................................................................................................ 11
第 1 章 鉄鋼の性質................................................................................................................................................ 11
第 1 節 機械的性質........................................................................................................................................... 11
第 2 節 熱的性質...............................................................................................................................................12
第 3 節 電気的性質...........................................................................................................................................12
第 2 章 鉄鋼の変態および平衡状態図................................................................................................................13
第 1 節 金属の結晶構造...................................................................................................................................13
第 2 節 溶解度、固溶体および金属間化合物 ...............................................................................................14
第 3 節 金属の変態と変態点の測定...............................................................................................................15
第 4 節 基本的な二元合金の平衡状態図 .......................................................................................................16
第 5 節 鉄－炭素系状態図...............................................................................................................................19
第 6 節 鉄鋼材料の組織と特徴.......................................................................................................................23
第 7 節 加熱・冷却に伴う鋼の変態...............................................................................................................28
第 3 章 基本的熱処理法........................................................................................................................................33
第 1 節 焼なまし...............................................................................................................................................33
第 2 節 焼ならし...............................................................................................................................................36
第 3 節 被削性と組織について.......................................................................................................................39
第 4 節 焼入れ...................................................................................................................................................40
第 5 節 焼戻し...................................................................................................................................................45
第 4 章 鋼の焼入性と質量効果............................................................................................................................51
第 1 節 焼入性...................................................................................................................................................51
第 2 節 質量効果...............................................................................................................................................55

第 3 編 金属材料 ............................................................................................................................56
第 1 章 金属材料の製造法....................................................................................................................................56
第 1 節 金属について.......................................................................................................................................56
第 2 節 鉄鋼材料の製造方法...........................................................................................................................56
第 2 章 金属材料の分類........................................................................................................................................57
第 1 節 製造方法による分類...........................................................................................................................57
第 2 節 炭素含有量による分類.......................................................................................................................58
第 3 章 鉄鋼材料の種類とその熱処理................................................................................................................59
第 1 節 機械構造用炭素鋼鋼材.......................................................................................................................59
第 2 節 機械構造用合金鋼鋼...........................................................................................................................60
第 3 節 ステンレス鋼.......................................................................................................................................63
第 4 節 工具鋼...................................................................................................................................................67
第 5 節 ばね鋼...................................................................................................................................................69
第 6 節 軸受鋼...................................................................................................................................................70

第 7 節 鋳鉄....................................................................................................................................................... 71

第 4 編 表面硬化技術 .................................................................................................................... 74
第 1 章 浸炭処理技術............................................................................................................................................ 74
第 1 節 雰囲気ガスの種類............................................................................................................................... 74
第 2 節 浸炭の原理と種類............................................................................................................................... 76
第 3 節 固体浸炭............................................................................................................................................... 78
第 4 節 液体浸炭............................................................................................................................................... 78
第 5 節 ガス浸炭............................................................................................................................................... 78
第 6 節 プラズマ浸炭処理技術....................................................................................................................... 93
第 7 節 真空浸炭............................................................................................................................................... 94
第 8 節 浸炭窒化処理技術............................................................................................................................... 98
第 9 節 高濃度浸炭処理技術........................................................................................................................... 99
第 2 章 窒化技術 .................................................................................................................................................101
第 1 節 窒化.....................................................................................................................................................101
第 3 章 高周波焼入.............................................................................................................................................. 113
第 1 節 誘導加熱の原理と特徴..................................................................................................................... 113
第 2 節 高周波焼入の特徴............................................................................................................................. 113
第 3 節 高周波焼入設備................................................................................................................................. 116
第 4 節 高周波焼入れの方法......................................................................................................................... 118
第 5 節 焼戻し.................................................................................................................................................121
第 6 節 高周波焼入れにおける欠陥と対策.................................................................................................121
第 4 章 表面改質技術..........................................................................................................................................123
第 1 節 分類.....................................................................................................................................................123
第 2 節 PVD....................................................................................................................................................125
第 3 節 CVD....................................................................................................................................................126

第 5 編 熱処理における不具合とその対策...............................................................................129
第 1 章 発生現象 .................................................................................................................................................129
第 1 節 現象の分類と特徴.............................................................................................................................129
第 2 節 熱処理におけるトラブルとその原因・対策 .................................................................................130
第 3 節 主な不具合の詳説.............................................................................................................................134

第 6 編 熱処理設備 ......................................................................................................................143
第 1 章 加熱装置及び冷却装置..........................................................................................................................143
第 1 節 金属熱処理用加熱装置（熱処理炉） .............................................................................................143
第 2 節 金属熱処理用冷却装置.....................................................................................................................150
第 3 節 各種熱処理装置.................................................................................................................................153
第 2 章 温度測定法および温度自動制御法......................................................................................................155
第 1 節 温度測定の方法.................................................................................................................................155
第 2 節 温度測定の計器.................................................................................................................................155
第 3 節 温度制御の方法.................................................................................................................................158
第 4 節 熱電対温度計の基本構成.................................................................................................................159
第 5 節 熱電対補償導線.................................................................................................................................160
第 6 節 熱電対温度計の校正方法.................................................................................................................161
第 7 節 温度測定の現場における留意点.....................................................................................................164
第 3 章 前処理・後処理......................................................................................................................................165
第 1 節 前処理後処理の種類と目的.............................................................................................................165
第 2 節 脱脂.....................................................................................................................................................165
第 3 節 酸洗い.................................................................................................................................................166

第 4 節 ショットブラスト、サンドブラスト .............................................................................................167
第 5 節 浸炭焼入れにおける浸炭防止.........................................................................................................168
第 6 節 高周波焼入れにおける局部加熱防止 .............................................................................................168
第 7 節 変形矯正.............................................................................................................................................169
第 8 節 防錆処理.............................................................................................................................................169

第 7 編 検査技術 ..........................................................................................................................170
第 1 章 材料の試験と検査..................................................................................................................................170
第 1 節 金属材料の機械的性質試験.............................................................................................................170
第 2 節 金属組織試験.....................................................................................................................................176
第 3 節 肉眼的検査方法.................................................................................................................................177
第 4 節 焼入性試験.........................................................................................................................................178
第 5 節 冷却剤の冷却能試験.........................................................................................................................178
第 6 節 非破壊試験.........................................................................................................................................179

第 8 編 品質管理 ..........................................................................................................................181
第 1 章 品質管理の基礎......................................................................................................................................181
第 1 節 品質管理の概要.................................................................................................................................181
第 2 節 統計的品質管理の基礎.....................................................................................................................182
第 3 節 品質管理.............................................................................................................................................185
第 4 節 品質管理の効用.................................................................................................................................189

第 9 編 機械工作 ..........................................................................................................................190第 1 章 金属材料の加工......................................................................................................................................190
第 1 節 鋳造加工.............................................................................................................................................190
第 2 節 塑性加工.............................................................................................................................................191
第 3 節 溶接.....................................................................................................................................................192
第 2 章 工作機械..................................................................................................................................................194
第 1 節 工作機械の種類.................................................................................................................................194

第 10 編 電気................................................................................................................................201
第 1 章 直流電流..................................................................................................................................................201
第 1 節 電気回路.............................................................................................................................................201
第 2 節 オームの法則.....................................................................................................................................203
第 3 節 抵抗の性質.........................................................................................................................................206
第 4 節 電気エネルギ.....................................................................................................................................208
第 2 章 交流回路..................................................................................................................................................209
第 1 節 交流波形.............................................................................................................................................210
第 2 節 三相交流.............................................................................................................................................211
第 3 章 制御 .........................................................................................................................................................213
第 1 節 シーケンス制御.................................................................................................................................213

第 11 編 製図 ................................................................................................................................214
第 1 章 製図の図面..............................................................................................................................................214
第 1 節 製図と規格.........................................................................................................................................214
第 2 節 投影図のかき方.................................................................................................................................216
第 2 章 製作図......................................................................................................................................................217
第 1 節 製作図のあらまし.............................................................................................................................217
第 2 節 図形の表し方.....................................................................................................................................219
第 3 節 基本的な寸法記入法.........................................................................................................................222

第 4 節 面の肌.................................................................................................................................................226
第 3 章 ねじ、歯車などの図示..........................................................................................................................228
第 2 節 歯車製図.............................................................................................................................................229

第 12 編 関連法令........................................................................................................................232
第 1 章 環境の管理..............................................................................................................................................232
第 1 節 環境基本法.........................................................................................................................................232
第 2 節 大気汚染防止法.................................................................................................................................233
第 3 節 水質汚濁防止法.................................................................................................................................233
第 4 節 騒音規制法.........................................................................................................................................233
第 5 節 悪臭防止法.........................................................................................................................................234
第 6 節 振動規制法.........................................................................................................................................234
第 2 章 公害の防止..............................................................................................................................................234

第 13 編 安全衛生........................................................................................................................235
第 1 章 安全と環境の管理..................................................................................................................................235
第 1 節 安全管理.............................................................................................................................................235
第 2 章 機械・設備・手工具..............................................................................................................................236
第 1 節 作業点の安全対策.............................................................................................................................236
第 2 節 手工具.................................................................................................................................................236
第 3 章 運搬 .........................................................................................................................................................237
第 1 節 機械による運搬.................................................................................................................................237
第 4 章 原材料 .....................................................................................................................................................237
第 1 節 危険物.................................................................................................................................................237
第 2 節 有害物.................................................................................................................................................237
第 5 章 有害物抑制装置......................................................................................................................................237
第 1 節 有害物抑制装置の留意事項.............................................................................................................238
第 6 章 作業標準 .................................................................................................................................................238
第 1 節 作業手順の作成順序.........................................................................................................................238
第 7 章 安全衛生点検..........................................................................................................................................238
第 1 節 作業開始時の点検.............................................................................................................................239
第 2 節 定期点検.............................................................................................................................................239
第 8 章 業務上疾病の原因とその予防..............................................................................................................239
第 9 章 整理整頓・清潔の保持..........................................................................................................................240
第 1 節 整理整頓の目的.................................................................................................................................240
第 2 節 整理整頓の要領.................................................................................................................................240
第 3 節 清潔の保持.........................................................................................................................................240
第 10 章 事故等における応急処置および退避................................................................................................240
第 1 節 一般的な措置.....................................................................................................................................240
第 2 節 退避.....................................................................................................................................................240
第 11 章 労働安全衛生法とその関連法令........................................................................................................241
第 1 節 総則.....................................................................................................................................................241
第 2 節 労働安全衛生管理体制.....................................................................................................................241
第 3 節 労働災害を防止するための労働者の責務 .....................................................................................242

第 14 編 標準顕微鏡組織写真 ....................................................................................................244
第 15 編 参考資料........................................................................................................................252
第 1 章 ガス浸炭雰囲気制御理論とその計算式..............................................................................................252
第 1 節 キャリアーガス（搬送ガス）の生成反応式 .................................................................................252

第 2 節 ガス浸炭雰囲気制御－化学平衡式による計算 .............................................................................252