γ(ガンマ)鉄       [k22]

純鉄は温度が変化すると、結晶構造や磁性が変化します。

純鉄は完全にFeだけの状態にならないために、99.9%以上のFe合金は、慣習的に「純鉄」とされています。

それをギリシャ文字によって次のような呼び方をつけて分類されています。
α(アルファ)鉄:キュリー点までの磁性を持つ体心立方状態
β(ベータ)鉄:アルファ鉄の磁性がなくなった状態
γ(ガンマ)鉄:非磁性で面心立方
δ(デルタ)鉄:常磁性で体心立方(α鉄と同じ)

このγ鉄は、純鉄の温度をあげていった時に、それまで結晶構造が体心立方晶であったものが、910-1400℃程度の温度では面心立方晶に変わる(これを熱処理では「変態」といいます)のですが、この純鉄の安定した状態をγ鉄と呼びます。

工業製品などに用いられるために製造されている鉄合金のうちで、最も多く製造されているのは「鋼(はがね)」ですが、鋼の性質は「炭素量」によって大きく変わるために、一般的には、鋼は「鉄と炭素の合金」という見方で捉えるのが一般的で、およそ2%程度までの鉄-炭素合金を鋼といいます。(およそ2%以上の炭素を含むものは「鋳物」に分類されます)

このことから、鋼の温度をあげて面心立方晶に変化した状態を「オーステナイト」と呼び、この状態に温度を上げてから冷却速度を変えることで、非常に広範囲に鋼の機械的性質(硬さなど)を変化させることができます。

下図は、炭素と鉄の合金の各温度における状態を示す「状態図」ですが、この図によって、焼入れや焼なましといった鉄鋼の熱処理温度などの説明をされます。、

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鉄-炭素2元系平衡状態図の例

上の図は鉄-炭素の2元平衡状態図の例ですが、純鉄はほぼ炭素量がゼロ%のもので、A3点からA4点の温度までの状態がγ鉄です。

また、この図にあるように、炭素などの固溶体(固体の状態で化合している状態)をオーステナイトと言い、この言葉は、「オーステナイトになった状態から焼入れする」・・・などのように、オーステナイトからその他に相変化させるのが熱処理なので、これは、しばしば熱処理で取り上げられる重要な言葉です。

熱処理ではしばしばでてくる「オーステナイト」という用語やその状態を表すために、「ガンマ(γ)」と表示される場合も多いようです。

その他、焼入れしてもマルテンサイトなどに変態(相変化)しないオーステナイトを残留オーステナイト(Retained Austenite)と言い、γR(この「R」は小さく書き、これを「がんまあーる」という人もいます)と表示されることもあります。

常温での残留オーステナイトは、他の焼入れ組織などの急冷組織よりも柔らかく、もちろん非磁性ですし、比較的不安定な状態のものが多いために、その対策として、焼戻しをして安定化させたり消失させるようにします。

オーステナイト系ステンレス鋼は低C鋼で、変態点(Mf点)を下げる合金元素(Cr、Niなど)を多く含む、常温でもオーステナイト状態の鋼で、非磁性で耐食性や低温特性に優れた鋼です。



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