鉄鋼の相変態Ⅱ: 界面易動度に律速されるマッシブ変態

摘要

純鉄の細いワイヤを作り,加熱後,ガスクエンチにより非常に大きい冷却速度でγ→α変態を起こさせると,変態の潜熱(△H~(α/γ)=0.9kJ/mol)が発生し,冷却曲線にこぶや折れ曲がりが生成することから変態温度を測定できる.これをサーマルアレスト(thermal arrest)と呼ぶ.1960年頃から1980年代にかけて,英国やロシア圏でこの種の実験が盛んに行われた.図2·1に代表的な実験結果を示す.冷却速度を上げていくと,変態点が少しずつ低下するが,やがて一定になる.これをプラトー(plateau)と呼ぶ.さらに冷却速度を上げると,変態温度は急激に下がって別のプラトーが現れ,最終的には4つのプラトーが現れることが明らかとなった.このことは,純鉄には4つのγ→α変態があることを示唆しており,上から,マッシブプラトー(～800℃付近),ペイ二ティックプラトー(～760℃),ラスマルテンサイトプラトー(～545℃),双晶マルテンサイトプラトー(～420℃)と命名されている(Wilsonはマッシブプラトーの上に(〜860℃),等軸(equiaxed),ないしポリゴナル(polygonal)フェライトのプラトーがあると報告している).これらのプラトーの本質はいろいろ議論されているところであるが,Borgenstamとffillertは界面前方に生成する炭素の拡散スパイクの幅から,マッシブブラトーとべィナイトプラトーまでは界面で炭素の局所平衡が成立すると考察している.また,炭素濃度を変えてプラトー温度を測定し,濃度をゼロに外揷することにより,純鉄のM_s点は～550℃と推定されている.この推論が正しければ,MnやNiを含む鉄合金で,550℃以上の温度で起こる組成不変のγ→α変態は,マッシブ変態と考えるべきである.