臨界直径(りんかいちょっけい)    [r03]

いろいろな冷却液を用いて丸棒を焼き入れたとき、その中心まで焼きが入った時の直径を臨界直径(Dc)といい、焼が入ったかどうかの基準を、焼入れした丸棒の中心部が50%マルテンサイトになるときの直径(D0:ディーゼロ)で表して、それを臨界直径といいます。

焼入れ冷却速度が無限大の場合(すなわち、焼入れした瞬間に水溶液の温度まで下がる状態)は、理想臨界直径Dで表現します。


以上が言葉の意味です。本来は焼入れ性を評価するためのものでしたが、近年は、熱処理用語として残っているだけで、熱処理業に携わっていても、社内で聞くこともほとんどありません。



ここからあとは、興味あれば読んでみてください。

炭素鋼と焼入れ硬さの図
U曲線の例

焼入れ性の低い材料では、この上図のように、理想冷却における炭素量と硬さの関係があリます。

さらに、(ここには示しませんが)冷却液の冷却能(急冷度H)が決まると、質量効果の程度がわかるという説明がされてきました。

質量効果については、臨界直径、ジョミニ試験などの焼入れ性試験、CCT曲線などから求める方法などからそれを推定できるとされてきましたが、実際的には、結果のばらつきが多いことやそういう数値自体が使われることがなくなったのか、実用されていることはありませんでした。

上図の100%マルテンサイトの硬さについては、実用的ですが、この図にある50%マルテンサイトの硬さの数字が具体的な成分などの値が示されていないし、信憑性も低い感じで、非常に使いにくい数字です。
そのことから、もしも臨界直径を測りたいなら、いろいろな直径の丸棒を焼き入れして、その中心硬さを測れば臨界直径がある程度わかるのですが、そんなことより、中心硬さが必要なら、焼入れ性の高い鋼種がわかっていますので、それを使えばいいということですので、臨界直径の数値を考えなくてもいいように思います。

中心硬さの推定には、Uカーブの結果が利用できるのですが、残念ながら、各鋼種についてデータあるというものでもなく、実用的ではありません。
また、ジョミニ焼入れ性試験による方法についても、これを丸棒の品物に適用するとなると簡単ではありません。
ジョミニ試験は水冷のみしかできませんので、油冷鋼種になると、急冷度の補正がいるし、ジョミニ試験片の外周からの放熱があるので、その検討は難しいでしょう。・・・・。

60年以上前のデータで、北海道大学のHPデータがありました。
これは、CCT曲線でのパーライトノーズを切ればマルテンサイト以外の組織になるまでの時間的余裕があるので、「半冷時間(焼入れ温度と室温の中間温度まで冷却するまでの時間)」と硬さの関係がジョミニ試験と対応できる・・・というもので、つまり、「同じ冷却速度で焼入れすると同一硬さになる」ということを前提にして、ジョミニ試験の水冷端からの距離と半冷時間、丸棒の半径などとの関係がわかる・・・というものです。

ジョミニ試験で対応する丸棒直径換算表

これも、何の実用で使えるのかよくわからないものですが、昔の人はすごい研究をしていたと感心させられますし、それとともに、当時は、こういう内容が求められていた時代だったのかもしれませんね。 しかし、現在はこのような内容や数値が必要だとは思えません。

私が記憶している昭和年代末期に、「机上熱処理」という考え方がありました。様々な実験値を数式化して、熱処理結果を計算によって予測する方法でしたが、現在のコンピュータシミュレーションと同様に、比較や検討には使えますが、実用的には、いろいろ難しい面があります。

この臨界直径も、鋼材製造の設計には大切だったのかもしれませんが、多分、熱処理では使われなくなっていく言葉で、このように、熱処理用語集にはあっても、現状では使われないか、よくわからないものもあるという例として紹介させていただきました。



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