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合金鋼の急冷時の残留オーステナイト量増加について
2023/09/07 04:17
- 合金元素の添加により、焼き入れ時のMs点が低くなり、残留オーステナイト量が増加するメカニズムについて詳しく教えてください。
- 合金鋼を用いると焼き入れ性が良くなる一方で、残留オーステナイト量の増加も懸念されます。その増加の理由はMs点の低下によるものだそうです。具体的には、合金元素の添加によりMs点が低くなり、残留オーステナイト量が増えるという関係性があるようです。
- 合金元素の前の係数がマイナスになる理由、およびCoとAlが逆のプラスの符号になる理由について教えてください。また、質問者が考えた合金元素の前の係数がマイナスになる意見についてもお願いします。
合金鋼の急冷時の残留オーステナイト量増加について
2021/10/12 21:51
◯質問
合金元素添加により、焼き入れ時のMs点が低くなる。
その結果、残留オーステナイト量は増加する。
このメカニズムを詳しく教えていただきたいです。
講義で、合金鋼を用いると焼き入れ性が良くなると学びました。
しかしその反面、その合金元素の影響で残留オーステナイト量が増加する懸念もあるとも学びました。
その残留オーステナイト量が増加する理由は、
以下の式が成り立つからだそうです。
Ms(℃)＝530-361C-39Mn-35V-20Cr-17Ni-10Cu-5Mo-5W+15Co+30Al-(250N)
Co, Alのような例外的な元素を除いて、合金元素の添加によりMs点が低くなることで残留オーステナイト量が増加するとのことです。
以上を踏まえて２点質問させていただきます。
①合金元素の前の係数は置いておいて、符号がマイナスになるのは何が起こっているのでしょうか？
②Co, Alが逆のプラスの符号になるのは何が起こっているのでしょうか？
自分が考えた①の意見は
合金元素がCと結びついて炭化物を形成することで、その際にCを奪われたオーステナイトはC%が小さくなり、逆にMs点は高くなる。その結果、残留オーステナイト量は減少すると考えます。
②の理由はわかりません。
以上よろしくお願いします。
質問者が選んだベストアンサー
相変態が起こる理由は、自由エネルギーが最も低い状態を選ぶためです。
例えば、固体の純鉄が910～1392℃ではFCC相に、その上下ではBCC相になっている理由は、910～1392℃ではBCC相よりもFCC相の方が安定(自由エネルギーが低い)からで、それ以上の説明はありません。
鉄合金の変態点が変化するのも、同様に、合金元素により相の自由エネルギーが変化し、その温度における安定相が変化するためで、それ以上の説明はありません。
炭素量が増加するとA3点が低下するなど、A3変態(オーステナイト→フェライト)点に及ぼす合金元素の影響も同様です。
マルテンサイト変態でも同様です。まずA3変態点が低下すると、ほぼそれに連動してMs点も低下します。
ただマルテンサイト変態は非平衡組織であり、自由エネルギーの変化だけではなく、歪を起こすための駆動力が必要となるため(要約だけですが下記参照)、A3変態点に及ぼす合金元素の影響とは異なります。
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0925838894060029
「自分が考えた①の意見」
間違っています。
Ms点の計算式にある合金元素量は、オーステナイトに固溶している元素量です。焼入直前の組織が「オーステナイト＋炭化物」になっている場合、炭化物中の金属元素や炭素の量は計算には入りません。
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お礼
2021/10/26 21:01
丁寧なご回答ありがとうございました。