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平衡状態図 (へいこうじょうたいず)  [h34]

ある組成の合金の温度における、組織や相などを示した図を「状態図」といいます。

さらに、ある温度で合金の状態が安定した状態で作られたものを「平衡状態図」といいます。

通常の鋼の熱処理に関する説明では、下図のような、鉄-炭素の2元系(2元素)の平衡状態図が用いられことが多いようです。


鉄炭素2元系平衡状態図の例
このような図は、いろいろ作成されており、微妙に表示されている数値が異なっていますが、それは、鉄と炭素以外の元素の影響と考えられ、熱処理説明に関しては、その違いを気にする必要はありません。

この図は 鉄-炭素2元系平衡状態図ですので、例えば、この図から、0.5%Cの鋼の1000℃の状態では、オーステナイトというものになっているということがわかります。(逆に言うと、それ以外のことは示されていません)

この図はしばしば、熱処理説明で、①約0.8%炭素鋼(共析鋼:上の図では0.77%Cとなっています)の説明  ②熱処理のための熱処理加熱温度の考え方  ③オーステナイト化温度と結晶粒度の関係 ・・・などを説明するために利用されています。

鉄鋼の熱処理では、炭素量が2%以下のものしか扱いませんし、重要なところは、「オーステナイト」部分とA1・A3と書かれた変態線に関係するところだけが重要です。

つまり、この図では「G~S~K」の温度の線での組織変態について説明されます。

ただ、この図は平衡状態図ですので、これに温度変化などを加えて説明することは変なのですが、しかし便宜上、この図を用いて、熱処理操作(温度の上げ下げ)を加えて説明されていることも多く、たとえば、「ある成分(たとえな0.45%C)の炭素鋼を焼入れするときなどは、850℃の温度に加熱して、オーステナイト状態にした後に、水冷することで・・・」というような熱処理の説明に用いられます。

また、この図で、炭素量が2%程度(この図では、2.14%のE点)を越えると、鋼ではなく、鋳物の領域になりますので、鋼の部分だけを部分的に示して熱処理の説明に用いられる場合も多いようです。

少し詳しい状態図の見方考え方はこちらの記事にもあります。



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