誘導加熱を用いたねじの焼きなましに関するFEAモデリング

鋼製部品の焼入れ後の重要な加工工程には、焼戻し、応力除去、および亜臨界焼鈍などがあります。焼入れによるマルテンサイトへの相変態は、延性が低い非常に硬い組織を形成します。焼戻しを行っていないマルテンサイトは高い残留応力を保持しており、主に耐摩耗性が求められる部品を除き、多くの商用用途では通常、脆すぎて使用できません。 焼入れ直後の鋼や鋳鉄を焼戻しのために再加熱すると、焼戻しマルテンサイト組織が形成される。焼戻し温度は下転移温度A1より低く（通常120～650°C、または250～1200°Fの範囲）、4つの重なり合う焼戻し段階から構成される。
誘導加熱によるねじ部の局所的な焼き戻しでは、より高い延性が求められる領域に熱エネルギーを集中させることができます。このようなプロセスの開発には、いくつかの課題があります：
• シャフトのねじ部を適切に軟化させるためには、A1臨界温度のすぐ下で加熱する必要がありますが、その際、隣接する領域（肩部や径変化部を含む）の温度が再オーステナイト化しないように注意しなければなりません。
• 焼戻しマルテンサイト脆化や焼戻し脆化といった望ましくない金属学的現象の発生を回避または低減できるよう、熱条件とプロセスレシピを選択する必要がある。
• 「焼戻し済み－未焼戻し」の遷移領域の特定の長さを超えてはならない。
• プロセスは信頼性が高く、再現性があるものでなければならない。
数値シミュレーションは、最適なコイル設計やプロセスレシピを決定するだけでなく、寸法公差、治具の完全性、部品とインダクタの位置関係といった実際のプロセス偏差の影響を推定することで、特定の焼戻しプロセスの堅牢性を評価するのにも役立ちます。
具体例として、以下の図は、最適化された2巻線インダクタインサート（電磁的に結合された二次巻線を備えたインダクタ）を用いてねじ部の誘導焼戻しを行う際の、電磁界分布の動態（上図）および温度変化を示しています。このタイプのインダクタが選ばれたのは、顧客が使用しているインバータの負荷調整の特性によるものです。

参考文献
• V. Rudnev、D. Loveless ほか、『Handbook of Induction Heating』、Marcel Dekker、ニューヨーク、2003年。