面白いぞ材料は！〜きみだって鉄をつくれる〜実験紹介
産業技術記念館（名古屋市）　１９９８．１１．２２

〜金属を知るための簡単な実験（研修室）〜

金属とはどんなものか？実際に金属材料（ステンレス、銅、アルミニウム、炭素鋼、アモルファス合金、形状記憶合金）に触れて、実験を楽しみながら、熱伝導性、加工性、形状記憶効果、相変態などの特性を理解しました。

実験１：熱伝導
　目的：金属の種類によって熱の伝わりかたが違うことを体感しよう。
　原理：金属中の自由電子が熱を運ぶので、熱伝導のよいものほど電気伝導もよい。
　試料：ステンレス線、銅線
　方法：ステンレス線または銅線の端をつまみ、ライターで一方の端を加熱し、熱くて持てなくなるまでの時間を比べ、熱伝導の違いを調べる。
　
実験２：金属の加工性
　目的：加工硬化と回復現象を理解しよう。
　原理：加工によって転位（原子の並びの欠陥の一種）がたくさん作られ、それらがからみあって動けなくなり硬くなる。熱すると、一部の転位が消滅し、残った転位が動きやすくなり軟らかくなる。
　試料：アルミニウム線、銅線
　方法：折り曲げを繰り返すと、折り曲げた部分が硬くなる。（加工硬化）
　　　　硬くなった試料をライターで加熱し、空中で冷やすと再び軟らかくなる。（回復）

実験３：熱処理と特性
　目的：合金の特性を熱処理によって制御できることを鋼の「焼き入れ」「焼きなまし」によって体験しよう。
　原理：高温からの焼き入れにより「マルテンサイト」が形成されて硬くなる。焼き戻しを行うと、マルテンサイトが分解して炭化物を形成して粘くなる。
　試料：ピアノ線（炭素鋼）
　方法：ピアノ線をそのまま曲げてみると、非常に硬く、弾性がある。ライターでピアノ線の端を赤くなるまで加熱し、そのまま空気中で冷やす（「焼鈍」）と、容易に曲がる程度に軟らかくなる。再び赤くなるまで加熱し、すぐに水中に入れて急冷する（「水焼き入れ」）と、再び硬くなるが、もろく、簡単に折れてしまう。さらに再び赤くなるまで加熱した後、水焼き入れする。次に、赤くならない程度に加熱する（「焼き戻し」）と、非常に硬いが弾性がある。

実験４：アモルファス合金の強さ
　目的：アモルファス合金の力学的性質を知る。
　原理：アモルファス（非晶質）は、原子配置がランダムであり、弾性が高い。しかし、温度を上げると、結晶化して通常の金属と同じ周期構造を組み、もろくなる。
　試料：アモルファス合金（リボン）
　方法：アモルファス合金（リボン）を引っ張ったり曲げたりしてみると、かなり弾性があり、硬い。ライターの炎を近づけすぎないように遠くから少しづつ加熱する。ときどき加熱を止め、引っ張ったり曲げたりしてみると、加熱した部分がもろくなっていることがわかる（「結晶化」）。

実験５：形状記憶効果
　目的：形状記憶合金の形状記憶効果を調べる。
　原理：低温で安定なマルテンサイト相を変形すると、特殊な変形モード（「双晶変形」）によって容易に形を変える。これを加熱すると、高温で安定な別の結晶構造相に変わる（「逆変態」）が、この時記憶されていた形状に戻る。これを冷却して再びマルテンサイト相に戻しても、形状はそのままである。
　試料：形状記憶合金（Ｎｉ−Ｔｉ）
　方法：直線形状を記憶させるため、線の両端を固定して加熱し、空気中で冷やす。任意の形に曲げたあと（強くまげすぎないようにする）、軽く加熱するともとの形状に戻る。同様な方法で、いろいろな形状を記憶させてみる。記憶のための加熱では、形状が変化しないようにしっかりと形を固定させて加熱する。

パネル展示と「ケラ」「ナイフ」「包丁」等の出品（産業技術記念館大ホール）
たたら製鉄のパネルポスター、ナイフや包丁、ケラから造った製品の展示

　　　　　　　　　　　　　　　
砂鉄からの玉鋼・銑鉄（宮城県）　　　　　　銑鉄（千葉県）・鬼板（長野県下伊那）

　　　　　　　　
　　 　　鉄鉱石サンプル　　　　　　　　　　　　　褐鉄鉱（鬼板）　　　　

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