金属および合金における非平衡冷却と固形状態相変換
非平衡冷却、クエンチングとしても知られています 、金属と合金の固体位相変換に影響を与える上で重要な役割を果たします。この迅速な冷却プロセスは、正常な平衡状態を破壊し、材料の最終的な微細構造と特性を劇的に変える可能性のあるいくつかの効果につながります。
以下は、非平衡冷却が固形状態相変換にどのように影響するかです：
1。平衡相の抑制：
*平衡位相変換には、原子が拡散して再配置するために最低のエネルギー状態を達成するための時間が必要です。
*急速な冷却は、この拡散に十分な時間を防ぎ、平衡相の形成を抑制する そして、メタステラブル相の形成につながります 。
*これらの準安定相は、平衡フェーズと比較して、異なる組成、結晶構造、および特性を持つ可能性があります。
2。非平衡微細構造の形成：
*クエンチングは、細粒の微細構造の形成につながる可能性があります 、鋼のマルテンサイトなど。
*これは、急速な冷却が高温相で凍結し、低温で平衡段階に変換されるのを防ぐために起こります。
*細かい粒度は強度と硬度を高めますが、脆性も増加する可能性があります。
3。強化された拡散：
*急速な冷却は一般に拡散を制限しますが、場合によっては、クエンチの初期段階で実際に *拡散を強化する *拡散を *強化する可能性があります。
*この「高速拡散」は、中間相の形成につながる可能性があります 通常、平衡条件では観察されません。
4。内部応力の開発：
*消光中の急速な温度変化は、材料内に大きな熱応力を生み出す可能性があります。
*これらのストレスは、微細構造欠陥につながる可能性があります 機械的特性にさらに影響を与える可能性のある脱臼や空室のように。
非平衡冷却効果の例：
* 鋼のマルテンサイト層： オーステナイト（FCC）相からマルテンサイトスタート温度の下までの鋼の消光は、高強度と硬度を持つメタスト可能な相であるマルテンサイト（体中心の四角形）の形成につながります。
* アモルファス合金の形成： 非常に速い冷却速度（溶融回転を使用して達成されたものと同様）は、結晶化を完全にバイパスし、アモルファス合金（金属グラス）の形成につながる可能性があります。
非平衡冷却の結果：
* 機械的特性の改善： 消光は、強度、硬さ、耐摩耗性を大幅に向上させることができます。
* 電気的および磁気特性の変更： 準安定相は、均衡の対応物と比較して、異なる電気伝導率、磁気透過性、およびその他の特性を示すことができます。
* Potential for Embrittlement: 迅速な冷却は、材料をより脆くする内部応力と欠陥を導入する可能性があります。
非平衡冷却の応用：
* 鋼の熱処理： クエンチングと焼き戻しは、鋼成分の機械的特性を改善するために広く使用されています。
* アモルファス合金の生産： クエンチテクニックは、独自の特性を備えたメタリックグラスを生産するために不可欠です。
* 微細構造制御： クエンチングを使用して、合金の異なる位相のサイズと分布を制御し、特定のアプリケーションのテーラードプロパティを可能にします。
結論、 非平衡冷却は、固体状態相変換に影響を与え、金属と合金の微細構造と特性を操作するための強力なツールを提供します。クエンチの効果を理解することは、幅広いエンジニアリングアプリケーションで望ましいパフォーマンス特性を達成するために重要です。
