状態図とてこの規則
ギブスの相律、全率固溶型・共晶型・包晶型の状態図、てこの規則による相と組織の分率、Fe-C状態図の要点を3択問題で確認。分率の計算を解説つきで練習できます。
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状態図とてこの規則の要点
状態図は、温度と組成に応じてどの相が平衡に存在するかを表した図です。圧力一定の二元系では相律が F = C − P + 1 となり、3相が共存する共晶点や共析点は自由度0の不変点です。Cu-Ni系のような全率固溶型、Pb-Sn系のような共晶型、液相と固相が反応する包晶型などの基本形を読めるようにしましょう。
2相領域では、タイラインの両端が各相の組成を与え、てこの規則で各相の分率が求まります。Fe-Fe₃C系では、0.76 wt%C・727℃の共析反応でパーライトができ、亜共析鋼では初析フェライト、過共析鋼では初析セメンタイトが現れます。相と組織を区別して分率を計算することが要点です。
状態図とてこの規則の問題一覧（12問）
- 圧力一定のもとで、二元系の共晶点(液相と2つの固相が共存する点)における自由度はどれか。
- 液相でも固相でも全組成で溶け合う、全率固溶型の状態図をつくる二元系の代表例はどれか。
- Cu-Ni系で、35 wt%Niの合金をある温度に保ったところ、液相(31.5 wt%Ni)と固相α(42.5 wt%Ni)の2相が共存した。液相の質量分率はどれに最も近いか。
- Pb-Sn系の共晶温度を183℃、共晶組成を61.9 wt%Sn、その温度でのα相の組成を18.3 wt%Sn、β相の組成を97.8 wt%Snとする。30 wt%Snの合金を共晶温度のすぐ下まで平衡冷却したとき、組織に占める共晶組織の質量分率はどれに最も近いか。
- 包晶反応を表す式として正しいものはどれか。冷却するときの向きで表すとする。
- Fe-Fe₃C系状態図の共析点についての説明として正しいものはどれか。
- 0.40 wt%Cの亜共析鋼を727℃のすぐ下まで平衡冷却した。初析フェライトの質量分率はどれに最も近いか。共析組成を0.76 wt%C、727℃でのフェライトの炭素濃度を0.022 wt%C、セメンタイトを6.70 wt%Cとする。
- 1.2 wt%Cの過共析鋼をオーステナイト域から徐冷したとき、室温で得られる組織はどれか。
- 炭素の最大固溶限が、α鉄(約0.022 wt%)よりγ鉄(約2.14 wt%)のほうがはるかに大きい主な理由はどれか。
- Cu-Ni系の合金を、液相と固相が共存する温度域で平衡を保ちながら冷却するとき、液相と固相の組成はどう変化するか。
- Cu-Ni合金を、実際の鋳造のように速く冷却して凝固させたとき、デンドライト(樹枝状晶)の中心部の組成として正しいものはどれか。
- Al-Si系は577℃、12.6 wt%Siに共晶点をもち、その温度でのα(Al)相のSi固溶限は1.65 wt%、Si相はほぼ純粋なSi(100 wt%)とする。18 wt%Siの過共晶合金を共晶温度のすぐ上まで平衡冷却したとき、初晶Siの質量分率はどれに最も近いか。