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炭素含有量によって分類される鉄と鋼と鋳鉄 忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

  今日は、炭素含有量によって鉄は、3種類に分類できるという
お話です。


■ 鉄と鋼と鋳鉄の違い

  鉄はその組成により、大きく3種類に分類されます。
  組成とは鉄と固溶する成分の濃度、つまり鉄との比率です。
  また固溶とは、2種類以上の元素が互いに溶け合って、全体が均一
の固相となっている状態をいいます。
  鉄に固溶して、その性質に影響する主要な元素に、C(炭素)、
Si(シリコン)、Mn(マンガン)、P(リン)、S(硫黄)の5つの元素
があり、これらを鉄の5元素といいます。これらはミルシート(材料
証明書)に濃度が記載されています。



  5元素の内、炭素は鉄の性質を大きく左右する元素ですので、鉄の
分類は、炭素度によって行われるのが普通です。
  鉄は炭素含有量の多少によって大きく3つに分類できます。炭素量
の少ない順番で、純鉄(一般には鉄とよばれています)、鋼、鋳鉄です。
  鉄の炭素濃度は、Fe-C系2元合金状態図に基づいて考えます。
 
 (1)純鉄(pure iron)は、炭素やその他の不純物元素が非常に少ない
   鉄をいいます。不純物元素の限界には明確な区分がありませんが、
   炭素含有量0.0218%までの範囲の純鉄をいいます。
    0.0218%というのは、フェライトの炭素最大固溶量になります。
   電解鉄、アームコ鉄、カーボニル鉄、還元鉄は、純鉄として取り
   扱われます。
    純鉄は、組織が非常に柔らかいフェライトでできています。
   塑性加工が容易で、薄板や箔、細線に加工することができます。
   例えば、薄板は各種の容器やジュース缶になります。また、切手
   の素材に使われたこともあります(ブータン発行の切手)。
 
 (2)鋼(steel)は、炭素含有量が0.0218%を超えて2.14%までの鉄を
   総称していいます。鋼は、炭素含有量の多い少ないで、低炭素鋼
   (炭素含有量が約0.3%以下)、中炭素鋼(炭素含有量が約0.3 -
   0.765%)、高炭素鋼(炭素含有量が約0.765%以上)の3種類に
   分類されます。
    2.14%というのは、オーステナイトの炭素最大固溶量になります。
   炭素が鉄に固溶している組織はフェライトとパーライトが混在して
   います。
    パーライトは、共析反応によってできた層状の組織で、非常に
   薄い板状のフェライトと硬いセメンタイトが交互に並んでいる組織
   です。その厚さは冷却速度が速いほど薄くなります。
    鋼は強さとねばさとのバランスがよく、産業界や生活関連商品に
   もっとも多く利用され金属です。そのため熱処理は純鉄や鋳鉄では
   なく、鋼が対象になることが多いです。
    鋼は、わずかな炭素含有量の違いによっても性質が大きく変化します。
 
 (3)鋳鉄は(cast iron)は、炭素含有量が2.14%を超えて6.67%までの
   鉄を総称しています。炭素濃度が極めて高く、2.14%を超える炭素は
   鉄に固溶せず単独で存在しています。すなわち、鋳鉄の組織はフェライト、
   パーライト、そして黒鉛で構成されています。
    鋳鉄は硬くてもろいので、鋳造という方法で製造します。鋳造品は、
   マンホールや工作機械のベースなどに使用されています。
 
  ちなみに、炭素含有量が6.67%を超えた状態は、どうなるかいいますと、
硬くてもろいセメンタイトと、炭素から構成される鉄炭素合金になります。




 
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テーマ : ものづくり
ジャンル : ビジネス

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トライボロジーマジック

 島根県安来市に巨大な工場を構える日立金属が開発した新型冷間工具鋼 SLD-MAGIC(S-MAGIC)は微量な有機物の表面吸着により、金属では不可能といわれていた自己潤滑性能を実現した。この有機物の種類は広範囲で生物系から鉱物油に至る広い範囲で駆動するトライボケミカル反応を誘導する合金設計となっている。潤滑機械の設計思想を根本から変える革命的先端材料というものもある。
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 このまえのNHKのクローズアップ現代で、やっとシェールガス革命の事の重要さを認識しました。それでいろいろと調べていると、なんか日立金属の高性能工具鋼が掘削用のドリルの材質に使われたこともブレークスルーの一助となったとか。

自動車部品にもいいかも

 先月の、「プレス技術」を読みましたが、その高性能冷間工具鋼、SLD-MAGICのトライボロジー特性は凄いですね。微量の油をぬったセミドライ状態で、摩擦させるとまるで先端技術のDLCのような自己潤滑性が出るなんて。耐摩耗性も高いのでコーティング費用分コストパフォーマンスが良く、耐荷重能も2500MPaぐらいに高強度でいろんな転動・摩擦・摺動部品にも使えそうだ。

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風力エネルギーで製鉄を

 新日鐵なんかの高炉メーカーが鉄作りをやめると化石燃料がぐっと減るんだけどな。
低炭素といっても色々あるよね。

超硬冶金屋

 それにしても日立金属製の高性能冷間工具鋼SLD-MAGIC(S-MAGIC)の自己潤滑性の評価が高い。塑性加工金型のカジリを防ぐメカニズムが最近わかったようで、摩擦面に自動的にナノベアリング状の結晶が生成されるとのこと。耐かじり性の指標であるPV値も通常の鉄鋼材料の6倍と世界最高水準と報告されている。
 これはどういうことかというと、例えば自動車のエンジンや動力伝達系部品のしゅう動面積を1/6にすることを意味し、大幅な軽量化による低燃費化が期待できることを意味している。トライボロジー技術にはまだまだ発展する未知が多いように思われる。

金型大変革

 これは日立金属のみならず鉄鋼業界を激変させる話題に発展するかもしれない。Cu添加が高性能であるとする自己潤滑新理論CCSCモデルは東京製鐵などの電炉側に吉報となるような気がするがどうか?

エンジン小型化にいいかも

 少なくとも表面処理の研究者の新たな展望になると思う。

千と千尋の神隠し

呼んでいる 胸のどこか奥で
いつも心躍る 夢を見たい

かなしみは 数えきれないけれど
その向こうできっと あなたに会える

繰り返すあやまちの そのたび ひとは
ただ青い空の 青さを知る
果てしなく 道は続いて見えるけれど
この両手は 光を抱ける



さよならのときの 静かな胸
ゼロになるからだが 耳をすませる

生きている不思議 死んでいく不思議
花も風も街も みんなおなじ

*
la la lan lan la lan la-la-la-la
lan lan la lan la-la-la-la
lan lan la la lan la la
la lan la-la-la-la lan

o ho ho ho ho ho ho-ho-ho-ho
lun lun lu lu-lu-lu-lu-lu-lu
lu-lu-lu-lu lun lu lu lu lun
lu lu lu___________

産業革命世界遺産ファンが思う

 そのメカニズムはCCSCモデル(炭素結晶の競合モデル)といって、すべりの良さばかりでなく、摩擦試験データのバラツキが信頼性工学で言うバスタブ曲線になることや、極圧添加剤の挙動、ギ酸による摩擦特性の劣化挙動など色々と説明ができそうなトライボロジー理論らしいですね。トライボロジー関連の機械の損傷の防止、しゅう動面圧の向上設計を通じた摩擦損失の低減、新規潤滑油の開発など様々な技術的展開が広がっていきそうですね。

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