強欲な青木
炭素鋼の熱処理ってヤヤコシイ！ずっと分からんままやわ‥。
ふふふ‥これガチ専門だったので、誰でも分かる様にコツを伝授します！
管理人
このブログを見たら消防設備士試験の「熱処理」に関する問題が得点源にできますよ！
熱処理とは
炭素鋼(鉄に炭素が含有したもの)の熱処理については消防設備士試験にも出題されています。
強欲な青木
炭素鋼の物性は加熱したり冷却したりすることで操作できるんですよね。
この炭素鋼の物性を用途によって望ましい状態に変える為、加熱および冷却することを「熱処理」っていいます。
管理人
炭素鋼の結晶状態図
鉄に含有する炭素の量と、温度によって炭素鋼の結晶状態は様々に変化します。
参考破損防止のための金属疲労の基礎知識と疲労強度設計への応用
強欲な青木
まず加熱すると「オーステナイトになる」っていう部分だけ、とりあえず頭に入れて下さい。
管理人
炭素鋼の結晶構造
鉄は体心立方格子(bcc)の状態を取りますが、加熱してオーステナイトになると結晶構造が少し密な面心立方格子(fcc)に変化します。
参考熱処理の基礎知識
強欲な青木
この面心立方格子のオーステナイトを急冷すると‥マルテンサイト変態が起こる！
マルテンサイト変態って名前が覚えにくい場合は‥カッチカチでムッキムキの「最強ちびまる子ちゃん（※意味不明）」でもイメージしておいて下さい。
管理人
マルテンサイト変態
面心立方格子(fcc)のオーステナイトを冷却すると体心立方格子(bcc)に戻るわけですが、急冷すると面心立方格子(bcc)の炭素原子が残ってしまいます。
参考材料科学Ｂ室蘭工業大学
強欲な青木
炭素原子が多めに入った過飽和状態がマルテンサイトと呼ばれます。
炭素原子が密に入っているので何となく硬そうなイメージ持てますよね。
管理人
「焼入れ」と「焼戻し」
オーステナイトを急冷し、マルテンサイト変態させることによって炭素鋼を硬くする熱処理を「焼入れ」といいます。
参考材料科学Ｂ室蘭工業大学
強欲な青木
ところがマルテンサイト変態は炭素鋼が硬くなった分、脆くもなってしまう‥。
この「焼入れ」によって脆くなった炭素鋼を再び加熱し、今度は徐々に冷却させることで粘り強さを取り戻す熱処理を「焼戻し」っていうんです。
管理人
つまり「焼入れ」と「焼戻し」はセットとなる熱処理です。
「焼なまし」と「焼ならし」
「焼なまし」および「焼ならし」は炭素鋼の加工硬化や加工時に発生した内部ひずみを除去するために行う熱処理です。
金属に応力を加えて塑性変形(永続的な変形)させたときに金属が硬くなる現象のこと
例えば消火器の容器は金属を圧延して製作されますが、その際に金属の形を無理やり変えているので加工硬化したり内部ひずみが生じたりします。
参考THE MAKING(４５)消火器ができるまで
強欲な青木
具体的に「焼ならし」と「焼なまし」って何が違うの？
冷却方法と熱処理後の組成が違うけど…ここでは一緒の様なモンとしか触れません。
管理人
「焼なまし」と「焼ならし」は、よく似た目的（内部ひずみ等の除去）で行われる熱処理です。
【過去問】
炭素鋼の熱処理について、誤っているものは次のうちどれか。(乙６京都)
- 焼入れとは、高温に加熱して急冷することをいう
- 焼戻しとは、一度焼入れしたものを焼入れ温度以上の高温に加熱した後、急冷することをいう。
- 焼なましとは、高温に加熱してから炉中、空気中および灰の中などで徐冷することをいう。
- 焼ならしとは、低温で圧延などの加工を受けた鋼の内部のひずみの除去、材料の軟化などの目的で焼入れ温度程度まで加熱した後、徐冷することをいう。
+ 解答・よく分かる解説
２
「焼戻し」は、焼入れしたものを加熱した後に徐冷して粘り強さを取り戻す熱処理です。
炭素鋼の焼入れについて、誤っているものは次のうちどれか。(乙６奈良)
- 焼入れは、材料のひずみを取り除くために行う。
- 焼入れは、材料をかたくするために行う。
- 焼入れは、高温に加熱しておいて急冷する操作をいう。
- 焼入れは、材料を強くするために行う。
+ 解答・よく分かる解説
１
材料の内部ひずみを取り除くために行う熱処理は、「焼ならし」および「焼なまし」です。
炭素鋼の熱処理のうち焼入れについて、誤っているものは次のうちどれか。(甲１滋賀)
- 炭素鋼を硬化させ、強さを増大させる目的で適切な温度に加熱し、その温度に十分時間を保持したのちに急冷する操作をいう。
- 焼入れとは、マルテンサイトがオーステナイトという組織に変わることである。
- 焼入れによる欠陥として、焼割れ・焼入れ変形・焼むらなどがある。
- 同じ組成の鋼材を同じように焼入れしても、その材料の直径や厚さが異なれば冷却温度が異なり焼入れの程度が異なってくる。
+ 解答・よく分かる解説
２
「焼入れ」は、加熱してオーステナイト化した炭素鋼を急冷し、マルテンサイト変態させて硬くする熱処理です。
機械に関する基礎的知識の過去問
解説まとめページご活用下さい
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参考【消防設備士】基礎的知識（機械）の過去問まとめ【解答・解説つき】
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強欲な青木
もし、まだ自信がないのであれば繰り返し
「過去問テスト」等を使って類題を解くことをオススメします！
管理人
消防設備士「過去問テスト」は、その名の通り“過去に出た問題” のテストです。
ブログでお馴染みの管理人が過去問に関する情報収集を積み重ね、その中からピックアップして過去問ベースの模擬試験を作成したものです。
上記以外に新傾向問題の情報など提供あり次第、解説を毎年追記して更新しています。これから消防設備士の試験を受けられる方は是非ご覧下さい。