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2.　組 織と硬さ
【キーワード】焼きなまし・炭化物・マトリックス・面心立方・体心立方・オーステナイト
　　　　　　　　焼割れ
通 常、材料屋さんから購入する材料は「焼なまし」されて機械加工できるように柔らかい状態で販売されています。　焼なましは、（先の別紙の状態図に示した）変態す る温度の直上まで加熱した後に炉の中などで「徐冷」する操作をいい、鋼が最もやわらかくなるようにする処理と考えると良いでしょう。（これ をその他の焼なましと区別して「完全焼きなまし」あるいは「完全焼鈍：かんぜんしょうどん）」といいます）
【少し専門的になってきました。余談で すが、このように熱処理用語は同じ内容でもいろいろ存在しています。その不便さをなくすためにJIS規格などで用語を統一しているのですが、現場では生き ているのに用語辞典には載っていないものもありますので、ここでも最新の用語でない表現もあることを了解しておいてください。】
炭素や合金量の多 い鋼種はしばしば炭化物（FeとCの炭化物以外に、他の合金成分とCの化合物があります）が、これを粒状に分散させて、機械加工しやすい状態にする焼なま しを「球状化焼なまし」と言います。　ナイフに用いられる鋼の多くは、この状態の焼なましが行われています。
組織を構成する「炭化物」は、「耐摩 耗性」や「じん性」などの強度に影響を及ぼしますが、炭化物には「焼入れ」や「焼なまし」で素地（マトリックスと言います）に溶け込むものと解け込まない ものがあります。
「不完全」に焼なましされた鋼材は、硬さが不ぞろいで、加工中に曲りが生じたり、加工がしにくい上に、あと工程の「焼入れ」の際 にも硬さのばらつきや曲りの原因になります。
経験的には、通常販売されている鋼材では焼きなまし不良はほとんどないと考えていいのですが、高合金 鋼で焼戻し硬さを低く出来ないために機械加工がやりにくい鋼種もあります。
（以下にも、「組織」という言い方が多く出てきますが、普通は、金属顕 微鏡で観察される組織を指すと考えてください。）
鋼は結晶ですので、おおよそ規則正しく結晶が並んでいます。焼なましされた状態やそれを焼入れす る高温になった状態では面心立方構造と なっていますが、徐冷しないで急冷する「焼入れ」をすると、体心立方構造に変化（変態）しま す。それが熱処理の根幹です。
この、焼入れする状態に加熱された面心立方構造のものを「オーステナイト」と言い、変態によって生じた組織を「マル テンサイト組織」といいます。
鋼の「オーステナイト」はやわらかく展延性に富みますが、「マルテンサイト」は非常に硬くてもろいもので す。（ＳＵＳ316などのオーステナイト系ステンレスと呼ばれる鋼種はＣｒやＮiなどを多量に含むために、常温でもオーステナイト状態になっています。）
焼 入れされたままの「マルテンサイト」は非常に硬く、その生成量は焼入れ冷却時の温度に依存します。
このために、マルテンサイトが生成する温度域ま でを早く冷却するということを覚えておいてください。
鋼種によっては常温でも完全にマルテンサイトに変態せず、未変態のままのオーステナイトが残 ります。（これを「残留オーステナイト」といいます）
このように焼入れ直後ではマルテンサイトや未変態のオーステナイトがあるので鋼が不安定な状 態であり、焼入れされた品物は放置すると「焼割れ」を起こすなどの不具合が生じますので、時間を置かずに「焼戻し」する必要があります。
焼戻し は、ナイフ類では160℃～250℃程度の比較的低い温度で実施されますが、これによって焼入れ時に生じたマルテンサイトは「焼戻しマルテンサイト」と呼 ばれる「ねばさ・強さ」を持った組織に変化します。（高速度鋼など高温の強度が必要のものは550℃以上の焼戻しで硬い硬さが出るように設計されていま す。　これを高温焼戻しと言い、250℃程度の焼戻しを「低温焼戻し」と呼んで区別する場合もあります。
マルテンサイトはオーステナイトに比べて 比体積が大きいことで、「焼き割れ」「焼曲り」などが発生しやすいために、この焼入れ温度から常温までの温度と時間の管理が最も重要になります。
こ れらは、あとの「焼入れ」のところで改めて説明します。　ここにある専門用語は、熱処理の話題でしばしば顔を出しますので、覚えておくと損はないでしょ う。

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