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時効硬化について調べている学生です。
なぜ時効について調べているかというと、
ジュラルミンの使用限界を決めるものは何か
という課題が出され、教授が
時効温度が高いと強度のピークも早いけど、過時効も早い
というヒントをくれたからなのですが・・・

時効硬化は材料中の析出物の拡散によって起こり、
時間が経って拡散していた析出物が寄り集まって最適な大きさ・密度になったとき硬さが最大となる現象
と理解しました。
図書館で借りた本には時効時間がと硬さに関するグラフが載っていて、時効温度が低温になるにつれ、硬さのピークが右にずれ、ピークも大きくなっています。
文章には
「時効温度が高いと原子の拡散速度が大きくなる」
というようなことを書いてあるのですが、ピークが右にずれるのはこれでわかるのですが、なぜ硬さの最大値まで大きくなるのでしょうか。

そして、課題を解く上で、こちらが本題なのですが、
時効温度・時効時間とはなんなのでしょうか。
もし時効温度が時効しているときの温度ならば、ジュラルミンは常温で時効を起こすわけで、常温は変えられないから過時効までの時間も変えられない。となると、課題を解く方向性が間違っている気がしてなりません・・・

あまり整理された質問ですが、どうかよろしくお願いします!

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A 回答 (2件)

少し整理してから考えましょう。

ジュラルミンを例にします。
熱力学的には「常温でα+θの二相状態が安定」である合金があります。これを高温でα一相の状態にさせた後に急冷して「(一見安定な)常温でα一相」を得ます。これは熱力学的には不安定なので、二相状態に近づこうとしています。近づくための材料内部の挙動とは「固溶した溶質原子を移動・集合させてα+θ状態に近づく」ことです。固体内での原子の移動・集合(拡散)には時間と温度が必要です。原子の集合の度合いによって硬さが変化するので最大硬さのあたりを目指して「原子の集合の度合い」を制御する(時効処理する)わけです。
  「原子の集合の度合い(析出状態)」は原子の移動・集合の度合いで定まり、これは時間(時効時間)と温度(時効温度)との関数関係になります。時効温度が変動したとしたら、それを反映した析出状態になるばかりです(事実上無視)。ここから二段時効などの処理が考えられました。
  さて、本題の質問がどれか不明ですが、「使用限界を定めるものは何か」として進みます。課題の意図は析出状態を考慮せよということだと考えます。過時効にならない時効条件と使用温度条件をグラフから読み取ることでしょう。熱処理条件を考えると、使用初期からの強度が欲しいので、工業的には析出をかなり促進させた時効温度・時効時間条件が欲しいでしょう。使用温度を考えると、常温であれば過時効は有限の時間にはやって来ないでしょうし、常温程度となるでしょう。時効条件と使用温度は材料の便覧などに示されるものの背景の一部がこれらのことです。これらの他に、実用上は「長時間強度(遅れ破壊)」が気になります。
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この回答へのお礼

詳しい解答ありがとうございます。
まだ、少し自分の理解に自信がないのですが・・・
つまり、ジュラルミンの使用限界を決めるものは、
時効が起こる温度であり、その温度は材料に固有の値であるということでしょうか?
そしてジュラルミンは常温でも時効が起こるために、過時効となり、劣化が起きると?
補足していただけると幸いです。

お礼日時:2012/06/03 14:00

機械材料的なご質問ですが、機械のカテゴリがないので、化学のカテゴリで質問なされたことと思います。


合金の硬化(または、強化)は、結晶格子のひずみにより、変形抵抗を増やすことによって行われます。
ジュラルミンの場合は、θ相として、Al-Cuを適当な大きさで均一に分散させることによって、時効硬化させます。適当な温度と加熱時間の制御および冷却によってこれを実現します。θ相というポテンシャルの谷に固着させるということです。
拡散の速さは、加熱温度が大きいほど速くなりますが、常温でも長時間立つと徐々に拡散が進みます。
また、拡散物は、経時変化によって、過剰に肥大化して、材料が軟化することもあります。
ご参考になれば、幸いです。
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この回答へのお礼

詳しく教えていただきありがとうございます。

お礼日時:2012/06/03 13:52

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Q時効効果とは?

アルミニウムの代表的な合金にジュラルミンなるものがあるらしいですが、

「時効効果、あるいは析出効果と呼ばれる現象で、航空機の構造材に適した性質を持つ。」
と辞書にあったのですが、時効効果とは何ですか?
また、それが航空機の構造材としてどういう意味で適している
のでしょうか?

高校化学までの知識でわかるようにご説明していただけると
ありがたいです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

時効効果→時効硬化
析出効果→析出硬化
ではないでしょうか?

まず、時効とは材料の性質が時間の経過とともに変化する事です。
時効硬化について、例えばジュラルミンの場合、焼き入れ(加熱してから急冷すること)したあと、常温で放置しておくと時間の経過とともに硬くなります。このことを時効硬化といいます。

また、ジュラルミンが航空機の構造材に適している理由は色々ありますが、一番の理由は密度が鋼と比較して約3分の1(つまり軽い材料と言うこと)なのに強度は鋼に匹敵するということがあります。航空機は軽量化が重視されますからね。

参考URL:http://www.tdk.co.jp/tjdad01/dad00052.htm

Q合金の熱処理について

溶体化処理を行ったAg7%Cu合金を時効硬化させたとき、
1;最大硬さはなぜ、低温で加熱したほうがより硬くなるのですか?
2;最大硬さになる時間が、高温で加熱したほうがより短いことと、反応速度とは、どう関係するのでしょうか?

硬化することがどういう現象なのかうまく理解できません。

Aベストアンサー

なんだか「状態図と関連付けて論ぜよ」という文章が浮かんでくるようですが・・・
それはともかくこのサイトに限らず、条件や背景などは最初に示せるだけ示した方がいいですね。答えた後から「実は○○なので、△△の観点から教えてください」ではきりがありませんので。(必要に応じ新しい質問を立てて下さい)

低温での時効と高温での時効の違いですが、少し調べてみました。結論から言うと私の推測で合っていました。相対的に高温で時効を行うと析出は確かに速くなるものの、析出した第二相同士の粒成長も進むために後で却って硬度が低下します。この現象は「過時効」と呼ばれるようです。
銅合金では参考となる事例が少ないかもしれませんので、その場合はアルミニウム合金で調べて類推すると良いと思います。アルミニウム合金の時効は前述のジュラルミンを始めとして細かく研究されているようですので。例えば参考文献の[1]には、Al-4 mass%Cu合金の、処理温度をパラメータとした時効硬化曲線が出ており、ご質問とまったく同様の挙動を示しています。(高温で時効硬化処理すると早く最大硬度に達するがほどなく過時効に至る、低温で時効硬化処理すると最高硬度に達するのは遅いが、最高硬度は高くなりその状態を長く保つ)

状態図は「ある温度・組成で最終的に安定な相は何か」ということを教えてくれます。しかし反応速度に関する情報は与えてくれません。
「どんな組織が現れるか」の情報はある程度与えてくれます。ある組成から温度を下げていったときに最初に現れる相は何か、析出する相の組成はどのように変化していくか、などです。ただしその場合でも、結晶粒の絶対的な大きさについては分かりません。また粒成長速度についての情報も得られません。状態図と絡めるなら、おそらく以下のようなことが訊かれているのでしょう。
一般に固溶限界は温度によって変化します。Cu-Agの状態図が手元にないので確たることは申し上げられませんが、温度が高いほど多くのAgが固溶するはずです。時効処理では溶体化処理直後のAgの分率と(温度の関数としての)固溶限界との差が析出してくるわけです。majorumaさんの手元のCu-Ag状態図では固溶限界はどのくらいになっていますか?
最初のご質問の「7%」がmass%なのかmol%なのかで話は多少変わってきますが、いずれにしても高温で時効処理をするほど(時効処理中の)析出量は少なくなります。またその間の粒成長も速く進みます。その後で室温に放置すると残りの分(室温での固溶限界との差)がまた析出してきますが、その場合は先の時効処理中に析出した第二相を核として析出します。すなわち「粗大な第二相が少なく分布した組織」になるはずです。
低温での時効処理はこの逆で、時効処理中に析出するAgの量が多く、粒成長の核はより多く分布することになり、かつ粒成長の速度は小さいですから、処理後の室温放置で「小さい第二相が多く分布した組織」になるものと推測されます。それらの組織の違いが硬度にどのように影響するかは前回回答した通りです。

これ以上の詳しいことは、ぜひご自分で「状態図の基礎」「金属材料と組織」「金属材料の熱処理」のような本を探して読んでみてください。繰り返しになりますが、私は専門でないので間違えている部分があるかも知れませんし、また専門外の私でも調べればこの程度のことは分かるわけですから、ね。頑張ってください。

参考文献
[1] 小林俊郎(編著)、「アルミニウム合金の強度」、内田老鶴圃、2001

なんだか「状態図と関連付けて論ぜよ」という文章が浮かんでくるようですが・・・
それはともかくこのサイトに限らず、条件や背景などは最初に示せるだけ示した方がいいですね。答えた後から「実は○○なので、△△の観点から教えてください」ではきりがありませんので。(必要に応じ新しい質問を立てて下さい)

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Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

Qミラー指数:面間隔bを求める公式について

隣接する2つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2) ・・・(1)

となる。

質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベ...続きを読む

Q全率固溶型状態図について、、、

全率固溶型状態図についてできるだけ詳しく教えてください!お願いします!!

Aベストアンサー

>できるだけ詳しく教えてください
と、言われても文字数に制限もありますし、toooruさんがどのような点をお知りになりたいのかわかりませんので、回答がつきにくいように思います。
「液相線」「固相線」「固溶体」等の用語は大丈夫でしょうか?
ある組成(均一液相)の「冷却曲線」の場合を回答します。
※成分A(融点TA)と成分B(融点TB)[TA>TB]とします。

1.冷却時にその組成での「液相線」上のある温度になると、その温度の「固相線」上の組成の固相(固溶体)が析出し始めます。
2.このとき「最初の液相の組成」と「析出する固相の組成」は異なり、CAs(:固相での成分Aの濃度)>CAl(液相での成分Aの濃度)ですから、結果として液相の組成Aの濃度は低下します。こうして液相中での成分Bの濃度が上昇し、固-液相平衡温度は低下します。
3.(2)の平衡状態を保ちながら、固相および液相中の成分Bの濃度が上昇しつつ温度が下がり、固相の成分比が最初の均一液相の組成比と等しくなった温度で全部の相が固体になります。

こうして過程(1)と(3)で冷却曲線が「折点」を2つもつ様になるのです。
取りあえずこんなもんで、いかがでしょうか?

>できるだけ詳しく教えてください
と、言われても文字数に制限もありますし、toooruさんがどのような点をお知りになりたいのかわかりませんので、回答がつきにくいように思います。
「液相線」「固相線」「固溶体」等の用語は大丈夫でしょうか?
ある組成(均一液相)の「冷却曲線」の場合を回答します。
※成分A(融点TA)と成分B(融点TB)[TA>TB]とします。

1.冷却時にその組成での「液相線」上のある温度になると、その温度の「固相線」上の組成の固相(固溶体)が析出し始めます。
2.この...続きを読む

Q質量パーセントと重量パーセント

質量パーセントと重量パーセントの単位はそれぞれ違うのでしょうか?
mass% wt%というのがありますが、それでしょうか?
また、このmass%とwt%の違いも教えていただけませんか?

Aベストアンサー

質量パーセント濃度と重量パーセント濃度は同じで、mass%とwt%も同じことを表わします。
でも、混ぜて使ってはいけません。
「質量」とmass%を使うほうが望ましいと思います。

Qレイノルズ数の具体的な値について

円管内流れにおける臨界レイノルズ数について教えてください。
調べても2000~4000などとあいまいにしか出てきません。。
できるだけ具体的な値を知りたいです!!

あと、なぜ臨界レイノルズ数の値ってこんなにばらつきが生じるのでしょうか?その理由についても教えて頂けると嬉しいです。

Aベストアンサー

臨界レイノルズ数に幅があるのは、この数値が計算ではなく
実験によるものだからということなのでしょう。

レイノルズ自身は円管の臨界レイノルズ数は「2300」と
実験で求めたそうですが、後の研究者の実験ではバラつき、
必ずしも2300ではない、との見解がこの幅のある表現に
なってるらしいです。

円管で無く飛行機の翼の実験では、レイノルズ数を増大させた
時と減少させた時とでは観測される臨界レイノルズ数が違い、
「数域」と呼べる幅が出来るそうで、この幅は「履歴現象
(ヒステリシス)」と呼ばれるそうです。
また翼型によっては、臨界レイノルズ数域自体が観測されない
(レイノルズ数の違いがポーラーカーブに差となって現れない)
ものもあるそうです。

Qwt%からat%に変換する方法

wt%からat%に変換する方法

wt%からat%に変換する方法を教えてください!

Aベストアンサー

再登場(笑)

>>>鉛とスズの化合物の鉛の%です。

そうでしたか。

まず準備として、鉛のwt%から、鉛とスズの質量比を求めます。

鉛の質量/スズの質量 = wt%/(100 - wt%)

では本番。
at% ÷ 100 = 鉛の原子数 ÷ (鉛の原子数+スズの原子数)
 = 鉛の質量/鉛の原子量 ÷ (鉛の質量/鉛の原子量 + スズの質量/スズの原子量)
 = 鉛の質量 ÷ (鉛の質量 + スズの質量×鉛の原子量/スズの原子量)
 = 鉛の質量/スズの質量 ÷ (鉛の質量/スズの質量 + 鉛の原子量/スズの原子量)
 = wt%/(100 - wt%)
      ÷ {(wt%/(100 - wt%) + 鉛の原子量/スズの原子量}
 = wt% ÷ {(wt% + (100 - wt%)×鉛の原子量/スズの原子量}

よって、
at% = 100×wt% ÷ {(wt% + (100 - wt%)×鉛の原子量/スズの原子量}

原子量は周期表などで調べてください。

Q粒界拡散とは

粒界拡散とはどんなことでしょうか。できたら具体的な例で教えてください。おねがいします。

Aベストアンサー

拡散現象は酔歩問題(ランダムウォーク)を併せて議論されたりしますが、酔っ払いが一体どこにたどり着くかという問題に興味を持って、随分以前ですが少しだけ調べたことがあります(←大袈裟、ほんのさわりだけ)。
拡散の熱力学はmomotarosamuraiさんが書かれていますので異なる観点から少し述べてみます。
固体内の拡散機構として4つの機構が提案されています。
1)格子間機構:結晶格子間をランダム歩行しながら原子が移動。
2)空孔機構:熱励起や不純物の添加で生じた結晶中の空孔が隣接する原子と位置を交換しながらランダム歩行していく。
3)準格子間拡散機構:1)と2)を併せたようなもので、格子と格子の間に原子が移動して格子間原子となり、これが次々とランダム歩行していく。
4)リング機構:空孔のような格子欠陥の存在を必要とせず、隣接する原子同士がリングを作り、リングを作った原子が互いに同時に位置を交換し合い、この交換を順次繰り返して拡散していく。

拡散の種類として
1)固体内部の拡散を体積拡散
2)固体表面の原子が表面に沿って拡散するのを表面拡散
●3)粒界拡散:結晶粒界に沿って原子が拡散
→結晶粒界(結晶粒間に生じる界面)やその近傍では原子の配列が乱れていますので、その乱れのお陰で原子は拡散しやすいということになります。
4)転位拡散:結晶中の欠陥である転位(原子配列あるいは結晶格子の乱れが1つの線に沿って生じている欠陥)に沿って原子が拡散
尚、粒界拡散の具体例は「セラミックス」で検索されればそこそこでてくると思います。
下記URLはアルミニューム合金の拡散に関するレポートで拡散の概論を知る上で参考になると思います。

参考URL:http://inaba.nims.go.jp/diff/DIF_Hirano/DIF3/hirano3.html

拡散現象は酔歩問題(ランダムウォーク)を併せて議論されたりしますが、酔っ払いが一体どこにたどり着くかという問題に興味を持って、随分以前ですが少しだけ調べたことがあります(←大袈裟、ほんのさわりだけ)。
拡散の熱力学はmomotarosamuraiさんが書かれていますので異なる観点から少し述べてみます。
固体内の拡散機構として4つの機構が提案されています。
1)格子間機構:結晶格子間をランダム歩行しながら原子が移動。
2)空孔機構:熱励起や不純物の添加で生じた結晶中の空孔が隣接する原子と位置を交換...続きを読む

Qジュラルミンの焼き入れ

金属の熱処理について調べています
ジュラルミンを焼き入れすると鋼などと違って、逆に硬度が落ちるそうですがどうしてそのようなことが起こるのでしょうか?
どこを探してもわかりませんでした ご回答よろしくお願いします

Aベストアンサー

こんばんは。前の質問の際、背景が解らなかったので一般の方かなと思い回答いたしました。大学生さんだったんですね。
今回は専門的に説明したいと思います。
良い資料を見つけたので参照しながら解説します。

ジュラルミンがなぜ焼入れすると硬度が落ちるか?
これは冷却速度による組織変態に依存するものです。

質問者さんは「冷却速度・冷却能力」や「TTT曲線」を既に勉強なさいましたか?
水は冷却能力が大きく(材料の熱を良く奪う)、空冷は比較的冷却能力が小さい(熱の奪い方が緩慢)だと言う事を
覚えて置いてください。

下記のURLを参照してください。↓
http://www.cis.kit.ac.jp/~morita/JP/class/EngMats/7.pdf

「図7.2 Al-Cu 4wt%合金(2000系)における溶体化・時効処理」を参照してみてください。
この図はジュラルミンが「温度変化によって材料がどのような組織を呈すか」と言う
情報が載せられています。

冷却速度が大きいほど金属材料の温度は急勾配で低下していきます。
図の中の点線(---線)は冷却能力が大きい水冷の際のジュラルミンの温度をしめします。
(1の線を変態開始線、99の線を変態終了線といいます)
この場合、冷却速度が速いために、変態開始線上を通り、析出領域を通過していません。
よって析出物が発生しないために、常温の過飽和固溶体のままですから、焼き入れ処理はしたものの
製品のジュラルミン材料よりも焼き入れ直後の硬度が低くなります。

しかし、これを冷却能力が低い空冷(大気による冷却)で行うと
合金温度をしめす点線(---)はもっと右よりを降下し、変態開始線と変態終了線の間、析出領域を通過させることが
出来ます。そうすると、析出領域ではAlとCuとの化合物CuAl2が析出しますから
焼き入れ直後でも高い硬度を得ることが出来ます。
更に冷却速度が遅くした場合、CuAl2が発生する領域(過飽和固溶体+CuAl2の領域)
を通過する可能性が出てきます。
この場合、焼き入れしながらにして過時効(CuAl2の析出)を起こしてしまいますから高い硬度が
得られなくなります。

>逆に硬度が落ちるそうですがどうしてそのようなことが起こるのでしょうか?
水冷直後の過飽和固溶体の状態ではジュラルミンは硬度が落ちているものの、
ここから常温では5~7日という時間を掛けて析出が起き、次第に硬度を高めていきます。
ですから質問者さんの教授がおしゃりたいのは、析出が進んでいない水冷直後のジュラルミンの
事を聞きたかったのだと思います。

また前回のお話で空冷で硬くなるというのは、大気による冷却速度が遅く、合金材料が上手く析出領域を
通過させれれば、水冷のような急勾配の冷却を行わなくても析出硬化を望めるとおっしゃりたかったのだと
思います。

尚、ここで注意が必要です。
空冷により300℃付近で析出したAlとCuの金属化合物は、結晶の成長は温度に比例することにより
結晶が粗大で、転移を抑制する力が有効に働きません。
しかし、固溶相が固定された200℃付近よりも低い温度で析出した結晶は、低温で成長が遅く
微細なものであるため、長い時間安定し、転移抑制に有効で、本来合金が持っている高い時効硬化を示します。

多少面倒ですが絶対克服すべき所なので、URLと教科書を見れば解ると思います。
参考になれば。

こんばんは。前の質問の際、背景が解らなかったので一般の方かなと思い回答いたしました。大学生さんだったんですね。
今回は専門的に説明したいと思います。
良い資料を見つけたので参照しながら解説します。

ジュラルミンがなぜ焼入れすると硬度が落ちるか?
これは冷却速度による組織変態に依存するものです。

質問者さんは「冷却速度・冷却能力」や「TTT曲線」を既に勉強なさいましたか?
水は冷却能力が大きく(材料の熱を良く奪う)、空冷は比較的冷却能力が小さい(熱の奪い方が緩慢)だと言う事...続きを読む


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