鋳造用語集

共析温度(きょうせきおんど)/共 析 点(きょうせきてん)
Eutectoid Temperature / Eutectoid Point

共析反応が起こる温度と特定の組成比平衡状態図に表される点/右図参照)
共析反応とは、合金系において、ある特定の組織の組成の固相が冷却されると、まったく異なる2つの固相に分解する。
これは、物質が液体から固体になる際の共晶点と似ているが、共析反応は、すべてが固相の状態で起こる点が異なる。
ほとんどの場合で、共析変態と同じ意味で使われる。

特性(例:ステンレス鋼)

  共析反応
冷却されると、共析鋼オーステナイトは、セメンタイトフェライトの層状構造からなるパーライトへと直接変態する。
このパーライトは、鋼の強度と延性のバランスがとれた特性をもたらす。

  硬度と強度
共析鋼は、亜共析鋼よりも硬く、過共析鋼よりも強靭である。
炭素量が多い過共析鋼はセメンタイトのネットワークが形成されやすく、脆くなる傾向がある。

■  組 織
室温での組織は、ほぼ100%のパーライトとなる。
この均一な組織は、機械加工や熱処理の制御を容易るす。

■  用 途
共析鋼は、そのバランスのとれた機械的特性から、幅広い用途で使用されている。
  鉄道レール
高い耐摩耗性と強度が必要とされるため、鉄道レールには共析鋼がよく使用されている。
  ワイヤーロープ
高い引張強度と疲労強度が必要とされるため、ワイヤーロープに使用されている。
  工具類  
一部の手工具や農業用刃物など、特定の硬度と靭性が必要な用途に用いられている。

鋼以外でも、-約80%/-約20%(410℃)や、-約73%/-約27%(480℃)などの共析点を持つ合金がある。

代表的な共析金属

鉄・炭素(鋼)  / Steel
共析組成:炭素0.76 - 0.77 wt% を含む鉄
共析温度:727℃
この共析反応によってフェライトとセメンタイトが交互に並んだ美しい層状組織が生まれる。これをパーライトと呼び、強度と靭性のバランスに優れているのが特徴。
銅 - アルミニウム(Cu-Al系)/ Aluminum Bronze
共析組成:アルミニウム11.8 wt% 
共析温度:565℃
アルミニウム青銅をゆっくり冷却してこの共析反応を十分に起こしてしまうと、非常に硬くて脆い γ(ガンマ)2相が析出し、合金全体が脆化する「自己焼きなまし現象(共析脆化)」が起こる。そのため、実用上は急冷(焼き入れ)して変態を抑制することがよく行われる。
銅 - スズ合金(ブロンズ)/ Bronze / Gun Metal
共析組成:銅67.4 wt% / スズ32.6 wt
共析温度:520
美術品や機械部品で使われる青銅(サハリや響銅とも呼ばれるスズ含有量が15%以上の銅-スズ合金)が高温相が徐冷されると、520℃以下で共析反応が発生する。非常に硬くなり、たたいたときに高く澄んだ美しい音色になる一方、靭性が失われるため二次加工で簡単に割れる。焼き入れをすることにより粘りが出て割れにくくなり、冷間鍛造や曲げ加工に強くなる。(※鋼は「焼き入れ」をすると硬くなるが、高スズ青銅は逆に柔らかく(粘り強く)なる。)
チタン - 鉄合金(Ti-Fe系)/ Ti-Fe Alloys
共析組成:チタニウム85 wt / 鉄15 wt
共析温度:590℃(文献により595℃)
チタンと鉄を組み合わせた合金システムには、大きく分けて「チタン合金への添加元素としての鉄」と、「チタンと鉄が主成分である機能性材料(合金・中間原料)」の2つの方向性がある。
チタンに鉄を添加すると、高温相である「βベータ)相」を安定化させる効果β安定化元素)がある。 通常、チタン合金の高強度化には高価なバナジウムやモリブデンが使われるが、これを安価な鉄やアルミニウム、ガス成分(O, N)に置き換えることで、高性能かつ低コストなチタン合金が国内の鉄鋼メーカーを中心に数多く開発されている。 
チタン - 鉄合金(Ti-Fe系)/ Ti-Fe Alloys
共析組成:チタニウム85 wt / 鉄15 wt
共析温度:590℃(文献により595℃)
チタンと鉄を組み合わせた合金システムには、大きく分けて「チタン合金への添加元素としての鉄」と、「チタンと鉄が主成分である機能性材料(合金・中間原料)」の2つの方向性がある。
チタンに鉄を添加すると、高温相である「βベータ)相」を安定化させる効果β安定化元素)がある。 通常、チタン合金の高強度化には高価なバナジウムやモリブデンが使われるが、これを安価な鉄やアルミニウム、ガス成分(O, N)に置き換えることで、高性能かつ低コストなチタン合金が国内の鉄鋼メーカーを中心に数多く開発されている。 
金 - 銅合金 / Red Gold
共析組成:金62 wt / 銅38 wt%(K15 - K18 Red Gold)
共析温度:284
金と銅の合金系は、高温ではどの割合でもきれいに混ざり合う「全率固溶体」だが、温度が下がると原子が規則正しく並び替わる「規則格子(規則相)」を形成する。
この規則格子が形成される過程において、特定の組成と温度で共析反応(固相から別の2つの固相へと分解する現象)が起こる。
高温状態(面心立方格子)の不規則固溶体をゆっくり冷却していくと、この共析温度・組成を境に、(正方晶などと不規則または規則面心立方晶)という、2つの異なる規則格子相へ同時に分解・析出する。
規則-不規則変態
共析(規則化)により金属の内部に大きな歪みが生じ、脆化(割れやすくなる)。 硬度が急激に上昇する反面、非常に脆くなり、加工中にポロポロと割れたり、ジュエリーのサイズ直しの際にヒビが入ったりする。 また、結晶構造が変わることで体積変化が起き、製品が歪む原因になる。
規則-不規則変態は、原子レベルの構造変化そのものを指す。
「共析反応」は、その規則化が特定の組成レッドゴールドに近い領域/赤系のカラーゴールドで起きた結果として生じる、組織の熱力学的な分離現象(状態図上の反応)を指す。

 

鋳造用語 索引

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