現(xiàn)代の材料は、金屬、ポリマー、セラミック、複合材料の 4 つのカテゴリに分けることができます。高分子材料の急速な発展にもかかわらず、鋼は現(xiàn)在の工學(xué)技術(shù)において依然として最も広く使用され、最も重要な材料です。鋼材の支配的地位を決定する要因は何ですか?それでは詳しく紹介していきましょう。

鉄と鋼は鉄鉱石から抽出され、資源が豊富で価格が安い。鉄と炭素の合金とも呼ばれる鉄と鋼は、鉄 (Fe) と炭素 (C)、ケイ素 (Si)、マンガン (Mn)、リン (P)、硫黃 (S) およびその他の小さな元素で構(gòu)成される合金です。 （Cr、Vなど）。鋼中の各種元素の含有量や熱処理工程（4回の焼成：焼入れ、焼鈍、焼戻し、焼きならし）を調(diào)整することで、さまざまな金屬組織が得られ、鋼はさまざまな物性を持っています。金屬顕微鏡下で観察される組織は、鋼のサンプリング、研削、研磨、および特定の腐食剤によるエッチングの後に金屬組織と呼ばれます。これらの構(gòu)造には鋼材の秘密が隠されています。

        Fe-Fe3C系では、異なる組成の鉄-炭素合金を調(diào)製することができます。それらの平衡構(gòu)造は溫度によって異なりますが、いくつかの基本的な相 (フェライト F、オーステナイト A、およびセメンタイト Fe3C) で構(gòu)成されています。これらの基本的な相は、機(jī)械的混合物の形で組み合わされ、鋼の豊かでカラフルな金屬組織を形成します。 8 つの一般的な金屬組織があります。

I. フェライト

 a-Fe 格子の格子間隙に炭素が固溶して形成される格子間固溶體はフェライトと呼ばれ、BCC 構(gòu)造に屬し、記號 F で表される等軸多角形の結(jié)晶粒分布です。その構(gòu)造と性質(zhì)は純鉄に似ています。可塑性と靭性に優(yōu)れていますが、強度と硬度は低くなります (30-100 HB)。合金鋼では、α-Fe 中の炭素および合金元素の固溶體です。 α-Fe中の炭素の溶解度は非常に低いです。 AC1 溫度では、炭素の最大溶解度は 0.0218% ですが、溫度が下がると、溶解度は 0.0084% に減少します。そのため、徐冷條件下ではフェライト粒界に第三セメンタイトが出現(xiàn)する。鋼中の炭素含有量の増加に伴い、フェライトの數(shù)が減少し、パーライトの數(shù)が増加します。このとき、フェライトはネットワークと三日月です。

Ⅱ.オーステナイト

 γ-Fe 格子の格子間空間に炭素が溶解して形成される格子間固溶體は、オーステナイトと呼ばれます。面心立方構(gòu)造を持ち、記號 A で表される高溫相です。オーステナイトは、1148 C で 2.11% C の最大固溶度を持ち、727 C で 0.77% C の固溶體を持ちます。その強度と硬さは、フェライトよりも高く、可塑性と靭性が良く、非磁性です。その特定の機(jī)械的特性は、炭素含有量と粒子サイズに関連しており、一般に 170 ～ 220 HBS = 40 ～ 50% です。 TRIP鋼は、オーステナイトの優(yōu)れた可塑性と柔軟性に基づいて開発された鋼です。殘留オーステナイトの歪誘起変態(tài)と変態(tài)誘起塑性は、鋼板の塑性と鋼板の成形性を改善するために使用されます。炭素または合金の構(gòu)造用鋼のオーステナイトは、冷卻中に他の相に変化します。高炭素鋼および浸炭鋼の浸炭および高溫?zé)喨毪灬幛摔韦?、オーステナイトがマルテンサイトギャップに殘り、その金屬組織は侵食されにくいため白色です。

Ⅲ.セメンタイト

 セメンタイトは、一定の割合の炭素と鉄によって合成される金屬化合物です。分子式 Fe3C は、その炭素含有量が 6.69% であることを示し、(Fe, M) 3C が合金內(nèi)に形成されます。セメンタイトは硬くて脆く、可塑性と衝撃靭性はほぼゼロで、脆性は非常に高く、硬度は 800HB です。鉄鋼では、分布は通常ネットワーク、セミネットワーク、フレーク、ニードルフレーク、粒狀です。

 IV.パーライト

 パーライトはフェライトとセメンタイトの機(jī)械的混合物で、記號 P で表されます。その機(jī)械的特性はフェライトとセメンタイトの中間であり、高強度、適度な硬度、およびある程度の可塑性を備えています。パーライトは、鋼の共析変態(tài)の生成物です。その形態(tài)は、フェライトとセメンタイトが指紋のように層狀に並んでいます。炭化物の分布パターンによると、フレークパーライトと球狀パーライトの2つのタイプに分けることができます。

 を。フレークパーライト：厚フレーク、中フレーク、細(xì)フレークの3種類に分けられます。

b.球狀パーライト：フェライト基地にセメンタイトが球狀化して分布した焼鈍により球狀化したもの。セメンタイト球狀體のサイズは、球狀化焼鈍プロセス、特に冷卻速度に依存します。球狀パーライトは、粗球狀、球狀、細(xì)球狀、點狀の4種類に分けられます。

V.ベイナイト

ベイナイトはパーライト変態(tài)帯以下、MS點以上の中溫帯でオーステナイトが変態(tài)したものです。ベイナイトはフェライトとセメンタイトの機(jī)械的混合物で、パーライトとマルテンサイトの間の組織で、記號Bで表されます。生成溫度によって、粒狀ベイナイト、上部ベイナイト（上部B）、下部ベイナイト（下部B）に分けられます。粒狀ベイナイトは強度は低いが靭性は良好。下部ベイナイトは高強度と良好な靭性を兼ね備えています。粒狀ベイナイトは靭性が最も悪い。ベイナイトの形態(tài)は変更可能です。ベイナイトは、その形狀の特徴から、羽毛、針狀、粒狀の 3 種類に分けられます。

を。上部ベイナイト:

上部ベイナイトは、フェライト針軸に平行な細(xì)いストリップ (または短いロッド) セメンタイトを伴う、ストリップ フェライトの平行配置によって特徴付けられます。

b.下部ベイナイト:

微細(xì)な針狀フレーク、特定の方向性を持ち、焼入れマルテンサイトよりも浸食を受けやすく、焼き戻しマルテンサイトに非常に似ており、光學(xué)顕微鏡での識別は非常に難しく、電子顕微鏡での識別は容易です。針狀フェライト中に炭化物が析出し、その配向方位はフェライトシートの長軸に対して55～60度で、下部ベイナイトは雙晶を含まず、転位が多い。

c.粒狀ベイナイト：

多角形で不規(guī)則な島狀構(gòu)造が多いフェライト。鋼のオーステナイトが上部ベイナイトの生成溫度より少し高い溫度まで冷卻されると、析出したフェライトの一部の炭素原子が、フェライト/オーステナイト相境界を介してフェライトからオーステナイトに移動し、オーステナイトが不均一に炭素に富むようになり、その結(jié)果、からの変態(tài)が抑制されます。オーステナイトからフェライト。これらのオーステナイト領(lǐng)域は、一般に島狀、粒狀または帯狀であり、フェライト マトリックス上に分布しています。連続冷卻中、オーステナイトの組成と冷卻條件に応じて、粒子ベイル內(nèi)のオーステナイトは次のような変化を起こす可能性があります。

(i) 全體または一部のフェライトと炭化物への分解。電子顕微鏡下では、多方向に分散した粒狀、棒狀、または小さなブロック狀の炭化物が見られます。

(ii) 光學(xué)顕微鏡下で完全に黃色であるマルテンサイトへの部分的な変換。

(iii) 炭素が豊富なオーステナイトを保持します。

粒狀炭化物は、粒狀ベイナイトのフェライト マトリックス上に分布します (島構(gòu)造は、もともと炭素に富むオーステナイトであり、冷卻するとフェライトと炭化物に分解するか、マルテンサイトに変換するか、炭素に富むオーステナイト粒子のままになります)。フェザー ベイナイト、フェライト マトリックス、フェライト シートの縁に析出した帯狀の炭化物。下部ベイナイト、小さなフレーク炭化物を含む針狀フェライト、長軸のフェライト中のフレーク炭化物はおおよそ 55 ～ 60 度の角度です。 

Ⅵ．ワイシャーの組織

ウィドマンシュテッテン構(gòu)造は一種の過熱構(gòu)造で、フェライト針が互いに約 60 度交差し、鋼のマトリックスに埋め込まれています。粗いウィドマンシュテッテン構(gòu)造は、鋼の可塑性と靭性を低下させ、脆さを増加させます。亜共析鋼では、過熱により粗大粒が形成され、冷卻すると急速に析出します。したがって、オーステナイト粒界に沿ったネットワーク析出に加えて、一部のフェライトは、せん斷メカニズムに従って粒界から粒まで形成され、針狀に別々に析出します。この分布の構(gòu)造を Widmanstatten 構(gòu)造と呼びます。過熱した超共析鋼を冷卻すると、セメンタイトも粒界から粒內(nèi)に伸びてウィドマンシュテッテン組織を形成します。

Ⅶ.マルテンサイト

α-Fe中の炭素の過飽和固溶體は、マルテンサイトと呼ばれます。マルテンサイトは高い強度と硬度を持っていますが、その可塑性は低く、ほとんどゼロです。記號Mで表される衝撃荷重に耐えることができません。マルテンサイトは、過冷卻オーステナイトが急速に冷卻され、MS點とMf點の間でせん斷モードが変化した結(jié)果です。このとき、炭素 (および合金元素) は時間內(nèi)に拡散できず、γ-Fe の格子 (面中心) から α-Fe の格子 (體の中心)、つまり固溶體 (オーステナイト) にのみ拡散します。 γ-Fe中の炭素からα-Fe中の炭素の固溶體へ。したがって、マルテンサイト変態(tài)はマルテンサイトの金屬組織特性に基づいており、ラスマルテンサイト (低炭素) と針狀マルテンサイトに分けることができます。

を。ラスマルテンサイト:

低炭素マルテンサイトとも呼ばれます。ほぼ同じサイズの微細(xì)なマルテンサイト ストリップが平行に整列して、マルテンサイト バンドルまたはマルテンサイト ドメインを形成します。ドメインとドメインの方位差が大きく、原始オーステナイト粒內(nèi)に方位の異なるいくつかのドメインを形成することができます。ラスマルテンサイト形成の溫度が高いため、冷卻プロセスで必然的に自己焼き戻しの現(xiàn)象が発生し、形成されたマルテンサイトに炭化物が析出するため、浸食や黒化に対して脆弱です。

 b.針狀マルテンサイト:

フレーク マルテンサイトまたは高炭素マルテンサイトとも呼ばれ、その基本的な特徴は次のとおりです。オーステナイト粒內(nèi)に形成される最初のマルテンサイト シートは比較的大きく、多くの場合、全粒にわたって、オーステナイト粒は分割されているため、後で形成されるマルテンサイトのサイズは制限されます。ので、フレークマルテンサイトのサイズはさまざまで、不規(guī)則に分布しています。針狀マルテンサイトは一定方向に形成される。マルテンサイト針に中尾根があります。炭素含有量が高いほど、マルテンサイトがより明白になります。同時に、マルテンサイト間に白い殘留オーステナイトが存在します。

 c.焼入れ後に形成されたマルテンサイトは、焼戻し後に 3 つの特殊な金屬組織を形成することもあります。

(i) 焼戻しマルテンサイト:

焼き戻しの第 1 段階で分解され、炭素が遷移炭化物の形で溶解し、固體中に分散した非常に微細(xì)な遷移炭化物シートである、焼入れ中に形成されるシート マルテンサイト (體中心が正方晶の結(jié)晶構(gòu)造を持つ) の複合體。溶液マトリックス（結(jié)晶構(gòu)造が體心立方體に変化）（マトリックスとの界面はコヒーレント界面） 相構(gòu)造。この種の構(gòu)造は、金屬顕微鏡（光學(xué)）顕微鏡で最大倍率まで拡大しても內(nèi)部構(gòu)造を區(qū)別できず、全體の構(gòu)造が黒い針であることがわかります（黒い針の形狀は、形成された白い針の形狀と基本的に同じです）焼入れ中）。このような黒い針狀のものを「焼戻しマルテンサイト」と呼びます。

(ii) 焼き戻しトルースタイト:

マルテンサイトを中溫で焼戻ししたもので、マルテンサイトの針狀が徐々に消失しているが、かすかに見える（クロム含有合金鋼、合金フェライトの再結(jié)晶溫度が高いため、針狀を保っている）、析出炭化物が少ない、光學(xué)顕微鏡で區(qū)別するのが難しい、炭化物粒子は電子顕微鏡でしか見ることができない、極 侵食や組織の黒化の影響を受けやすい。焼戻し溫度が高い場合や長時間保持すると針が白くなります。この時、炭化物が針先に集中し、鋼の硬度が若干低下し、強度が低下します。

(iii) 強化ソルバイト:

高溫で焼戻しされた急冷マルテンサイトの製品。その特徴は次のとおりです。微細(xì)な粒狀の炭化物がソルバイト マトリックス上に分布しており、光學(xué)顕微鏡下で明確に區(qū)別できます。條件付き構(gòu)造とも呼ばれるこの種の構(gòu)造は、強度と靭性の優(yōu)れた組み合わせを備えています。フェライトの微細(xì)な炭化物が微細(xì)になるほど、硬度と強度が高くなり、靭性が低下します。反対に、硬度と強度が低く、靭性が高くなります。

Ⅷ.レデブライト

FERROCARBON 合金の共晶混合物、つまり炭素の質(zhì)量分率 (炭素含有量) が 4.3% の液體 FERROCARBON 合金は、オーステナイトとセメンタイトの機(jī)械的混合物が摂氏 1480 度で液體から同時に結(jié)晶化する場合、レデブライトと呼ばれます。オーステナイトは727℃でパーライトに変化するため、レデブライトは常溫ではパーライトとセメンタイトで構(gòu)成されています。 727℃以上のレデブライトを高溫レデブライト（L d）、727℃以下のレデブライトを低溫レデブライト（L'd）と區(qū)別して區(qū)別します。レデブライトの特性は、硬度が高く可塑性に乏しいセメンタイトの特性に似ています。