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Ｆｅ －Ｃ系平衡状態図は鉄鋼材料を扱う者にとっては、非常に大切なことがらですが、実際の熱処理作業においては、等温変態曲線の方がもっと重要です。つまり、 Ｆｅ－Ｃ系平衡状態図は極めてゆっくりと加熱・冷却を行った場合の組織の変化、変態など表したものですが、焼入れなどのごとく急速冷却によって、いかなる 組織が生ずるか、また、変態が生ずるかと云うことを知ることはできません。したがって、むしろ冷却によって生じた過冷オーステナイトが、いかなる温度でど のような組織に変化して行くかを知ることが大切です。この過冷オーステナイトの変態あるいは安定度を一つの図で表したものが等温変態図、Ｓの字に似ている のでＳ曲線とも呼んでいます。また、Ｔ．Ｔ．Ｔ曲線、Ｉ．Ｔ曲線とも云います。縦軸に変態温度、横軸に変態に要する時間を、特に横軸は短時間内での変態を 詳しく、また、全体的に長時間までの変態を表すように対数目盛り（ｌｏｇ）で表示しています。等温変態曲線の求め方は、
１）顕微鏡組織観察、硬さ測定から求める方法法
２）変態による熱膨張の変化から求める方法
３）磁気的性質の変化により求める方法
４）電気抵抗の変化を測定する方法
５）Ｘ線により求める方法
などがあります。この内最も一般的に行われているのが、（１）の組織学的方法です。
オーステナイト状態に十分加熱した試料を変態点以下の所定の温度、例えばＴ１の温度に保たれた熱浴中へ全試料を投入し、ある一定時間保持した後（Ｐ１、Ｐ２、・・・・ Ｐｎ）取り出して急冷をします。この試料を顕微鏡で観察すると、変態した組織と未変態組織とに区別することができます。この変態割合を（変態開始－終了ま で）を時間と温度の関数で表すと、ちょうどＳ字形になるのです。左側の黒い部分が過冷の未変態オーステナイト、右側の白い部分が変態時間の間隔を表してい ます。この曲線から過冷オーステナイトが、最も変態を起こしやすい温度と最も起こしにくい温度が２ずつあることがわかるでしょう。つまり、起こしやすい温 度は４８０～６５０℃のＡｒ′変態に相当する温度範囲と、１００℃前後のＡｒ″変態に相当する温度の２つ、また、変態を起こしにくい温度は、Ａ１変 態点直下と１５０～３００℃の温度範囲です。言い換えると変態の開始時間が左側にあるほど容易に変態を起こしやすく、右側にずれているほど起こし難いと云 うことになります。したがって、焼入れ作業においてはＳ曲線全体が右側にずれ、変態を起こし難いものほど容易であり、また、内部まで良く焼きが入ると云う ことにあります。Ｓ曲線全体が左か右にずれるかは、オーステナイト化温度、結晶粒度、添加元素、偏析、加熱速度、表面の応力状態などによって異なります。 なお、Ｓ曲線に及ぼす添加元素の影響は、
Ｃ：Ｃ％の相違によってＳ曲線の鼻、すなわち、Ａｒ′変態はほとんど関係が無く、パーライト変態速度も影響されません。ただし、低温側におけるマルテンサイト変態は、Ｃ％が増加するほど遅くなり、Ｍｓ点が低くなる傾向を示します。。
Ｍｎ：各温度における変態を遅らせ、右側へ移行させる傾向があります。また、１％程度では影響も小さいが、６～７％添加されると５２５℃位の温度における変態完了時間は約４週間と長くなります。
Ｎｉ：Ｍｎと同様変態を遅らせる元素ですが、Ｍｎほどではありあません。
Ｃｒ：Ａｒ′変態を遅らせる働きはＭｎ、Ｃ、Ｎｉよりも大きいです。Ｃｒを含んだ鋼は自硬性が大きいゆえんです。
Ｍｏ：Ｃｒと同様Ｓ曲線の上部変態の形を著しく変え、Ａｒ′変態を遅らせる働きはＣｒよりも大きいです。
Ｖ：Ａｒ′変態を遅らせる傾向がありますが、Ａｒ′点よりも高温では逆に促進させる元素です。
Ｃｏ：Ａｒ′変態を促進させる元素です。また、Ｓ曲線の鼻を左側に移行させます。
Ｗ：パーライト変態を遅らせ、４００℃以上の温度において２段の湾曲を生じさせます。Ｔｉ：全体的に変態速度を著しく大きくする元素です。
Ｂ：Ｓ曲線の鼻を右側へずらせ、焼きを入りやすくする働きをします。
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