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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と表示します)といいます。

また、焼が入ったかどうかの基準では、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、聞くことはほとんどありませんし、私自身、これらの利用のしかたもよくわかっていません。

有効直径という言葉もあります

こちらの私の記事の中に下の表を示していますが、構造用鋼の調質品で機械的性質を確保できる丸棒の最大径として「有効直径」が示されています。

この表は過去にはJISの補足資料似合ったのですが、現在は消えてしまっており、これも何かよくわからない数字になってきています。

構造用鋼の機械的性質の例




・・・それらもあって、少し付け足しています。 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。

用語で説明される「50%マルテンサイト時の硬さ」はこれである程度推定できます。

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(焼きの入りやすさ)がわかるという説明がされてきました。

臨界直径と急冷度Hの関係

このようなグラフがあります。

また、焼き入れ硬さは結晶粒度との関係が深い・・・などもあって、私自身、これらのグラフの使い方も何に使用していいのか、理解できていません。

質量効果(焼きの入り方と考えていいかもしれません)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があり、それらから推定はできるのですが、実際的には、実体試験をやってみても、結果のばらつきが多いもので、それらもあって、臨界直径という用語や数値自体が使われることがなくなったのでしょうか。

上図の100%マルテンサイトの硬さについては炭化物のない高合金鋼などでも、炭素量で最高硬さがわかるので、このグラフは比較的実用的なものですが、この図にある50%マルテンサイトの硬さの数字をどのように使えばいいのか、私自身が理解できていませんので、ここでは説明できません。「こんなものがある・・・」という程度に見ておいてください。

さて、この「臨界直径」という言葉は、熱処理現場ではほとんど聞かれません。

現在は、中心硬さよりも、測定可能な表面硬さの評価が主体で、内部の硬さについては、断面を測定が困難なことから、特に、構造用鋼などの焼入れ性の低い鋼では、中心硬さの話題が出てくることはほとんどありません。

中心硬さの推定には、Uカーブの結果が利用できます。しかし残念ながら、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。

そしてまた、ジョミニ焼入れ性試験による方法についても、25mm径の試験ですので、これを色々なサイズの丸棒の品物に適用するとなると簡単ではありません。

このジョミニ試験は水冷の試験ですので、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、その検討はさらに難しいでしょう。・・・・。

これらとは別に、60年以上前のデータですが、北海道大学のHPに下の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、実用になるのかどうかはよくわからないものですが、日立金属さんでは、焼き入れ性の良い工具鋼の大きなサイズの中心硬さの推定にこの考えを導入されています。 ・・・・・。

ともかく、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。

しかし、このような内容や数値も、利用する方法がわからなければ無用の長物ですし、これらが検討された頃と、現在は、かなり必要な情報値は変わっているように思います。

私が記憶している昭和年代末期に、「机上熱処理」という考え方があって、現在のコンピュータシミュレーションと同様に、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が色々考えられていたのですが、これらは、とてもいい加減でしたが、比較や検討には使っていました。

精度にはいろいろ難しい面があって、「無いよりはマシ」というもので、これらによって、見ることができない鋼材内部の熱処理後の硬さを知ることができたのですが、この臨界直径という用語も、鋼材を用いる設計には大切だったのでこのような用語ができていたのでしょう。

しかし、現状の熱処理では、「焼入れした時の表面硬さがいくらになるか・・・」などが重視されますが、(これも、経験値に頼っているのですが・・・) 内部の硬さは「断面を切ってみないとわからない・・・」で双方が深追いしないで終わっている感じがします。

そのために、多分、この臨界直径という言葉は、熱処理する上では特に必要ないもので、使われなくなっていく言葉の一つと言えるものでしょう。

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、その利用法や意味する真意が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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(来歴)H30.11 全文書き直し   R2.4 CSS変更   最終R3.10に見直し  

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