・　1緒　　　　言　　　”

．      ・35

アルミニゥム青銅の性質に及ぼす冷却速度の影響    ，

中  尾  善  信

The Effects of the Cooling rate on the Properties of Al−Bronze．

      、       βγ YO3ん 1zobμ ハヒ互K40．

 Abstract： ・It is well knoWn that the β一phase of、 Al−Bronze is stable in the higher temperature than 570℃． It decomposes int6αandγ2．phases by slow cooling but intermediate pha雪e3 apPear b）r rapid．cooling・  In this study，  the electro．magnetic oscillograph was used to measure the cooling rate of specimens

quenched in water） oil and molten lead bath in various temperatures．        ， ．  The calculation of cooling rate based on the theory of heat conduction was

    ロ

6arried out． The re凱llts ol）tained by this method compared with the．Inicroscopic

・t・U・ture and h・・dn・・r・f the・p・・im・n・and it w・・unte・・t・・d th・t the elect…

magnetic oscillograph method can be used for the measureme6t of cooling rate．

The critical cooling rate to obtain the martensitic βノphase was determined on the specimens of aUoy colltaining various percentages of Al．

 The mechanical propgrties were studied on the alloys containing about lOpercent of Al．

・ 1緒    言   

       よりNewtonの冷却法則に從つて放散されるもの Cu A1二元系にはAll1・8％・570°Cに共析憂  と考えれば次の微分方程式及境界條件が成立し之 態点があり高温で安定なβ相はこめ点で分解して  を解けば温度、時間、場所の關係は明かとなる但 0（十γ2となるが・冷却速変が早くなると準安定な  しθ2を基準に温度をはかり、θ2＝0とする       ． マルテンサイト状のβ 相が得られる。この愛態に

に關しては大日方博士（D Wasserrllam1（2） 等相 當多くの研究（3）がある。  本研究はこの合金を 水、熔融鉛、油に焼入れた時の冷却速度を電磁オ シ・グラフを用ひて測定し、得られた冷却速度よ り冷却の際の熱博達係歎を求め之より熱博導論に

…1−・（∂2θ 1 ∂θ∂r2＋一＝∂r）・〈・＜R

9！一刷・−Rにて

θ ＝ θ1    z＝o 〜こて

基く計算から種々の寸法の異つた試料を焼入する『@解    

熟鑑鵠㍊躍㌫鰺纏θ一θ1齢万・（」（λπ）λπ）＋Ji 2（λπ）九（誓・）

灘ζ等㌶畿離曙㌫i璽 ×・叩（一κ罐り

・    1の試料について抗張力、伸び、衝撃値と冷却速

  度の關係を求めた。 ・      但し λ九は凱（ξ）＝ん厄。（ξ）の〃番目の根        1｝、ρはそれぞれ第0吹、第1次のB68sel画敷

 ・ H熱傳導論に基く計算（4）        κ＝ K     ん＝＿旦

      γc      ・   K

   （1）無限円］蓉について       ・   牛径R長さ。。の円梼を温度θtに一様に加熱し之を   κ：温度傳導度   〃：Newto11の恒敷   温度θ2の冷却液中に急冷する時、熱が試料の表面   κ：熱傳導度    α：熱傳達係数

   C：比熱       但しレpρqはξz鋤ξ＝んαの第ρ、ロ番目の根    、γ：比重       この式により衝撃値試験片（10mm×10mm×60    との式によりオシ・グラフ用撒片（・2mmφ× 一略號剛）の冷縫髄計算した。

  70mm略号ム型）及抗張力試験片（卒行部直径7m   （4）計算冷却曲線

．m醍7°mm略号G型）の冷却鹸を言＋算した・ 以上の諸式を計算するにκ、ε、γは雌噛す    （2）有限囎について     る饗化がすくな・・ので略売として取扱うごとが   牛輪長さ21の徽囎については同様↓：  出來るが、・・．5％A1については次の値を探用した

嘉一・（∂2θ   1  ∂θ   ∂2θ扉＋r万一＋∂z・）提謂 K−94堀㎡cん・

晋一んθ・−Rにて  隠㌘g

讐一刷・−Zにて    ＝料の形や寸法、麺の嶋叉冷却の始

∂θ       めと絡りで攣化する複雑な画数であるが之を一定

百＝んθ ・一一Zにて    とし鮒れば雌白勺取扱姻敷なるが越關し

θ＝θ、    z＝oにて       ては後述する。 o（に種々な値を仮定して・之を       praγameterとして牛径6mmの無限円」壽についてそ

@の中心温度の攣化を（1）に示した式より計算す

θ一h、㍍（λ綴偏ゐ（芸り1・・

       ミ   2一軌吻（μm2ヰん2Z2） ㌦     ゜。8

  仰一屍・＋ん・z・＋んzc°3−一τ一Z      l恕       コ

×・挙｛一・（λπ2μη〜了ぎ＋｝》2『）弓． 蓼・ 第

       巴       1  但し ）㌧πは ξZ（ξ）＝ん砿，（ξ）         。4

      圖     μmは ξ沈πξ＝尼

 のそれぞれ第π番目、第泌番目の根        02 この式により硬度測定用試験片（12mm￠×12mm

略号C型）の冷却速度を計算した。      。o

      り      カ       ヒ   ゑロヨど 

 （3）無限角桂について       ．丁ime一 断面2I×2α長さc°の愁角柱について繭敵 ればFi苦1に示す曲縦が得られる。

嘉一・（票朝｛：隠2｝

駕一んθκ一・にて÷んθ元一て（1幡質の測定

寄一鋤一αにて・嵜鋤一一αにて片㌘蕊罐㌶蹴鶴ぽ

θ＝θ1z＝oにて    。      PtRhサーモカツブルを挿入し・アスペスト、石英

解管で冷却液の内部に浸入するのを防ぎ之を900・7

      50、600°Cに加熱し速に冷却液中に焼入れした。

θ一･三÷警磯瓢づ． 三欝㌶鷲誘篭難舞二雰

   2 5鋤、（レ〜＋ん1μう  レ．        である。冷却液として種々の温度に保つた水、熔

．x一ﾎ可斗ん・α・＋んαc°s＝γ   融鉛（Pb5・S・5・）鑛搬焼入瀧用ひた。この焼

  ×のP｛づ僻叶     ；罐㌶竪『‡㌫灘㌘≧二：

37

Photo l Water quenching    ．，・   ，

②620→24．5°C③910→24．5℃

．㌶二鴬：1⑤76°→8ぴC●

噛は搬測定・他は焼入開   ・・、．一 ∵． 、  ／ 始の馴の指示踊ひた・試 砂i−←←一・ ・一…ププ巴

料の表面は加熱の時わつかに    一㌻一燃一＿＿灘㌻∵惜ごピ，、、i・

酸化するから一回毎に細目の

エ・リー一パーにて礁し ⑲       一第

て表面臥態が同じになる様に        ．      ・         −      1 した。印書紙の移動速度は約      、 ご 、        ・      鳥

 Photo1・2はこうして撮影     舳   ・一一〜・一 ……   ・・、 ・・    ザ した爲眞の一部である。Pho    vウ・      ．        ＾

度の開係を示す。②〜⑥はそ    ：  一・  ， ，．  、 ．

れそれの雌よ賄温及8° ⑧

t°2は熔融鉛焼入れの場舗  ｛、蚊  ．     i

示す。右端焼入開始点、『細い

縦線の間隔は28ec。       （2）冷却速度曲線

       、        ，     こうして撮影した冷却曲線        より各温度に於ける冷却速度       ￥   、 i、  ㎡     を求めると Fi昏2、3、4の

⑦r＝r≒r「』占ζ：．㌶鵠ll；難

    、   ∵ ・i三  ㌘…∵  ・    ・、    ③620→245C Fig3鉛焼入

        ：      眞  点に於ける冷却速度は大にな

      1  、 ・  ・      るが、油焼入の場合は800°C

砂   ・ ・−1・ 榊 以下より焼入れ楊合は油温

      度の高い方が冷却速度は大と

      繭繭繭繍蝋繍十繍ぽぱ戚ピ  なる・油焼入れに關する撒 の  ＿れ：∵，、…  一  はこれ以上やつていない・

       、       ノ

   ポ

 い㌧ぺ∴∴      〕       ⑪760→528℃ ⑫9／0→528℃

1000

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二二

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第 7

圖

ク         コ      の

皿［熱傳達係籔及冷却速度の推定

 以上のようにして無限円篇について冷却速度を  に冷却速度の小さい即ち0（の小さい場合以外は一 測定しこの結果を用ひて有限円」壽や直径の小さな  般にこれと一致しない。しかしある條件（一定の 試験片等冷却速度の測定の困難な場合について冷  焼入温度及冷却液温度）の下に於いての焼入の實 却速度を次のように推定した・      験曲線と共析点に於ての冷却速度が等しくなる様 Fig1は熱傳達係敷OCをparame七erとした計算冷  な一一箇の曲線を計算冷却曲線群中より選ぶこ『とが 却曲線群であるが、實験曲線は室冷や櫨冷のよう  出來る。この特定の計算曲線のparameterαの値

39

誌鷲㌶竃璽㌶竺 卿     ｛

も焼入條件が同一であればその値を  主      曾

採用して種々の寸法の試験片につい 文      §

      丈て共析点冷却速度を計算した。こう  皇       6して求めたαの値はFlg8、9に示す  ち

この0（より計算した種々な形の試験 片に封する共析点冷却速度はFig］O

〜15に示す。F］910・13G型Fig11・14 ． 1°馳翠・・at・・e昂wat・・7°℃−J

C型Fig1215H型        第8圓    第9間

1卿

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2°°Tじmρe鯉u，eOfm。溜9nle久d 500°c一

160一

2㌦mC，。，．㌫威，，竺 Tr言、t に，，8竺  2㌦m識1・rば｝・・t・r竺

  第  10  圖        ノ‡〉 ユ1  1遍‖           第  12  圓

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209 3⑤0    40⑦ 500°C 花mpe・ばture・fmoltenlead 一

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一 1

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第13圖      第］4固      第15圖

  V試料調製及熱庭理    ．     い組織（○印）をそれぞれ呈するA−B線はc型試

巖欝ζ蕊ぽ㌶㌫蕊田！㌫  」艦こ三

ALCOC純AIAIg9．88F，。．。。g Si。．1。2 cu。．。。3 量     °Sれる麟冷却速

鋳込み高温加工により15mmの直径とし之を焼鈍   匡         80  はあまり明瞭で

よ欝：享切臓・試配合糸且醐析結加㌦＝麟鵡

      第 ］7圖      微鏡窩眞である    N仇1Nα2 Nぴ3 Nα4 N。．5 Nα6 N仇7 N。．8         イ縛×300 Al A1％配合9・0 9・510・010・010・010．511．011・0 9・9％C型試験片・焼入温度900°C、①水16°C

〃分析8・909・539・879・9010・2610・3810・8811・05 （×）、②水28°C（△）、③鉛230°C（○）、④

 ．      鉛450°C（・）・⑤水65°C（・）（）内は組織 このうちNぴ3はG型（抗張力試験用）No・5はH型  を示す符號であるC

（衝撃値試験用）他はC型（硬度試験用）にそれ ぞれ機械仕上して試験片をつくつた。3ζ顯微鏡瞼 査は全試験片につき行つた。

       〉  之等の試験片はニク・ム線抵抗電氣櫨中で900

蕊㌶巖喬麗讐㌫瓢ξ 醤 灘騒

却した。      燕 w   べ  舗

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刊1驚。鰻，

go？  相及共析

 計       ぺ

         さ 印）、この．

        三  範園では

         るうヨ

        160  冷却速度         180  小になる         200●

       程α相は g．0 肋  ・1、・   大きくな     あ   

第 16圖     る。

       AB、 C−D 線の中間ではA−B線に近ければ、1旭rtellsi teの針が轡曲し針状組織不明瞭となる（△

印）。C・D線に近ければα相が細かく入り     Photo 3 Microscopic structure （1）

乱れて共析組織の部分は殆んど認められな

，    41   （2） 顯微鏡   1｝o

組織と試験片 寸法      100

 上述のC型・     遣

試験片につい 3go         雷

て決定した 』       ｛

       呈  martensi占eの エ

      リ    ロ

現れる臨界冷

．去P速度よ り、

寸法の異つた  G型、A型に

ついて計算に 昨：・・澗，1¶…▽謬』  °2°・。』？。ぷe6〜、毘cl二2°°

よりmart611S lteの現れる

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① △O △一△

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一

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   Photo 3（2）  ．   ・ 第22圖    第23圓

限界を求めるとFig18〜21 EF、 GH線となる。   ⑤8・9 A％・冷却速度と共に硬度は大となりma「

Fig18．19G型Fig20．21A型之とその試験片につい  tellslteが現れると急激に大となる。

て實験した組織と比較すると略一致していること 。 （4）機械的性質

がわかる。    ．       A19・♪7％について抗張力・伸び・A110・26％に        ついて衝撃値（Charpy）を測定した結、果をFig24

｜

e80 皇

≧ω ご 妻

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100 o

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× 80 80

100

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・8・  §

20

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叶：巖欝㌶㌶鷲τ麟

ま  間の組織が得られる冷却速度の時に機械的性質が

  60e   良い。

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第18圖   第20圓   。60

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o OX O X

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第］9圖   第21圖   こ

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 （3） 硬   度      Coollng r杁‡e ◆c！〜ec−−

 C型試験片について硬度（Rockwell B scale）を       ＼ 測定した結果をFig22、23に示す。 Fig22水焼入       第 24 圖

Fig23鉛焼入Al％①10・88②10．38③9・9④9．53

  V皿鵠括  （3）Ma・も・nsite組織の現れる臨界冷却速度より

度の影響について次のような結果を得た。

（1）種々の温度に保つた水、熔融鉛中に種々の   参考文献

搬から焼入れそ時・蜥点鞠の際噸傳達係 （1）却方一司・鐵と鋼、23（昭和12年博

靴求めた・（F198・9）この値を用ひ種々の寸法 （2）W。・se・m。nn・M・t。11。 i・t8ch、13（19・4）

の試験片につき端点醐速蹴言†算した・  （3）髄のも口はKli，E G，ymk。，エM，t。18

（Fi・1°〜15）         ・（・949）

 （2）顯微鏡組織硬度よりma「缶e118ite組織の現れ   （4）例えば川下研介：熟傳導論、小卒吉男；物 る臨界冷却速度を決定した。之はAl％により大  理藪學第2巻等

きく影響をうけるo（Fig16、17）