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変態とは
【キーワード】変態点・状態図・残留オーステナイト
鋼は温度を変化させた時に結晶構造や磁気的な性質などが大きく変わります。これを「変態」と言い、これが起こる温度を「変態点」と言います。
その様子を図にあらわしたのが「状態図」で、熱処理を考える基礎となります。（・・・ですが、説明の都合であげているので、聞き流す程度でいいと思います)
別紙に鉄と炭素の2元系の状態図を示しますが、これに、通常で使用されるような鋼に含まれる合金元素（Ｃｒ・Ｍｎなど）が加わりますと、その状態が大きく変わり、1元素が加わりますと次元が1つ増えることで、3次元以上は複雑で表現も困難なために、多くの実用鋼の状態図はほとんどつくられていないという状況です。 ここではこれ以上は触れません。
鋼の結晶は常温では体心立方格子になっており、加熱されると面心立方格子に変態します。
ごくゆっくりと加熱または冷却すると「体心立方←→面心立方」に変態します。しかし、その速度が速くなるにつれて変態点も変化しますが、冷却時の速度が早くなってくると、全く違った性質を持つものに変わります。（熱処理は、これを利用して機械的性質を変化させることです。次に説明するマルテンサイトやトルースタイトなどに変化します）
ここでは、ナイフなど工具用の鋼材を対象として話しを進めます。厳密性に欠ける場合がありますが、大まかに理解できることを優先していきます。
Ｆｅ（鉄）に炭素やその他の元素が溶け込んでているものを「固溶体」と言います。温度が上がって面心立方に変態したものを「オーステナイト」と呼んでいます。
オーステナイト状態にある鋼を、その温度からゆっくり冷却すると、パーライト、ソルバイト、トルースタイトなどと呼ばれる混合組織になります。 （これは名前があるという認識程度でよく、いまは重要でありません）
しかし、たとえば水冷する場合のように急冷すると、「マルテンサイト」と呼ばれる、非常にもろくて硬さの増した体心立方構造のものに変化します。 この熱処理操作を「焼入れ」すると称しています。
（余談ですが、一般的には「マルテンサイト＝硬い」ではありませんし、近年「形状記憶合金」や「加工誘起マルテンサイト」などというニュースでマルテンサイトという言葉が出てくることもあるようですが、今説明しているものと別の説明をする必要があります。ここでは、鋼を焼入れした時に硬くなるマルテンサイトだけを取り上げます。)
焼入れして生じたマルテンサイトは不安定で、冷却速度や温度、また鋼材の成分によってその変態量が変わります。
このために、焼入れして室温になった品物は放置しないで、できるだけ早く「焼戻し」することが大切です。(放置すると、品物が割れることがあるので、連続して行う必要があります）
焼戻しは、多くのナイフの場合は160～250℃程度で行いますが、これによって、ねばくて強い「焼戻しマルテンサイト」と呼ばれるものになり、通常はその組織の状態で使用されることになります。
それ以外に「焼戻し」で重要なところは「焼戻し」の項で説明します。
焼入れの際に、オーステナイトはマルテンサイトとそれ以外のパーライト、ソルバイト、トルースタイトのほか、ベイナイトや未変態のオーステナイト状態の状態で常温で存在することになります。
そのオーステナイトを「残留オーステナイト」といい、、これは鋼の性質に関係していますので、しばしば説明に出てきます。
組織（顕微鏡組織）
【キーワード】顕微鏡組織・ナイタール・標準組織
さきほど、「組織とは、「金属顕微鏡組織」を指す」と言いましたね。
組織写真の例をこちらに示します。
このような組織写真を観察するには、金属表面をエメリーペーパーなどで順次細かい番手にしながら研磨し、顔が写るような状態から、更にアルミナ懸濁液などで鏡面に磨き上げたものを酸などで腐食すると、組成の違いで腐食されやすさが異なるために微小な凹凸面となるので、それを「金属顕微鏡」で観察すると組織として見ることができます。
金属顕微鏡は生物用の透過式ものとは異なり、光源光を金属面で反射させて観察します。
通常倍率は50～600倍程度、最高でも1000倍程度ですが、100・400倍程度で比較されることが多いようです。最近はデジタル写真が主流となり、スケールを写真内に表示して、長さを直感しやすくしたものが多くなりましたが、４００倍顕微鏡視野で1ｍｍのものの実寸は1÷400＝0.0025ｍｍと言うことになります。
腐食液は組織が見えやすいものを選ぶのが原則ですが、比較をするために標準組織と同じ物を使ったほうが良く、通常の鋼類の場合には ナイタール（1-3％硝酸アルコール液）、腐食しにくいものには王水またはそれのグリセリン溶液などを使用することが多いようです。 しかし、腐食液の種類や腐食時間によって組織の見え方が大きく変わりますので、この腐食作業は熟練を要します。
最近ではデジタル技術の進歩で、マイクロスコープなどと呼ばれるデジタル顕微鏡などの発展や電子顕微鏡（ＳＥＭなど）の低価格化によって、一部の組織を選択的に拡大したり、その化学成分なども簡単にわかるようになってきていますが、熱処理の成否などの判定は標準熱処理品の標準組織が必要で、それらの判定基礎と熱処理理論にしたがって判定する必要があります。
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