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鋳造と鍛造 

鋳造鍛造なんて言葉を知っている人は少ないでしょう。私も商売がこの商売でなかったら知らなかったでしょう。鋳造品のバルブとか鍛造品のバルブとか、商売柄そういう知識はあります。

鍛造(たんぞう) ”:forging
鋳造(ちゅうぞう)”:casting

鍛造とは
金属を成形する方法には大きく分けて2つの方法があります。1つは“鋳造(ちゅうぞう)”といって金属を溶かして型に流し込み成形するやり方。もう1つが“鍛造(たんぞう)”です。鍛造(たんぞう)”とは金属をハンマーなどで叩いて形を整えるやり方。ときどきテレビで日本刀を作っているところをご覧になった方もいらっしゃると思いますが、まさにあれです。

通貨、コインですね、これは鋳造品です。普通の大量生産のガラス製品も鋳造品です。金属じゃありませんが、シャンプーのボトルも射出成型機(プラスチックインジェクションマシン)という機械で、プラスチックペレットを溶かして型に吹き込んで作りますから鋳造品ですね。金型(かながた)で作られる物はほとんど鋳造品と言っていい。

でも、同じように形を作るなら“鋳造(ちゅうぞう)”だけでもいいと思いませんか?しかし、“鍛造(たんぞう)”には“鋳造(ちゅうぞう)”にはない形を整えながら製品自体を強くするのが特徴があります。これはちょうどお餅作るのと同じで、熱いご飯を杵で叩くことで粘り気がでて、おいしいお餅になります。お餅は同じご飯を握って作ったおにぎりと違って落としてもバラバラになりません。これと同じように鍛造は金属を叩いているうちに粘り気(靭性)を増し、さらに金属の中にある余分な泡やガスを無くし、強い製品を作ることができるのです。

製品自体を強くするのが特徴」ということで、“鍛造(たんぞう)”は、

熱いご飯を杵で叩くことで粘り気がでて、おいしいお餅になります
鍛造は金属を叩いているうちに粘り気(靭性)を増し
金属の中にある余分な泡やガスを無くし、強い製品を作る

と思っていました。日本刀なんかでも、単に固いだけの鋼鉄を叩くことで、折れない、しなりのある日本刀になる、なんて思ってました。

が、。。。

材料 : 曲げれば曲げるほど硬くなる 登録してログインしないと閲覧出来ない。
鉄床にのせてハンマーで叩くと鋼などの金属を硬く強くできることは、何世紀も前から鍛冶屋には知られていた。V Bulatovたちは今回、この硬化プロセスに関する従来の説明は、重要な要素を見逃していたことを明らかにしている。

金属が延性をもつのは、結晶構造中の転位とよばれる欠陥、すなわち規則正しく充填された原子の層の配列に乱れがあるためである。転位はファスナーのように金属結晶中をするすると移動し、そのため金属は応力を受けると変形する。しかし、例えばハンマーで叩いたり、繰り返し曲げたりすることで新たな転位が多く発生してその数が多くなり過ぎると、今度は転位どうしがからみ合って動かなくなる。

転位のからみ合いに関する以前の研究では、2本の転位がぶつかったときに起きることについて検討したものが多い。しかし、Bulatovたちは、3本以上の転位が衝突する場合もありうることを指摘している。彼らが行った金属の原子構造の計算機シミュレーションで、このような複数の転位の接合は、2本だけの転位の接合とは異なるふるまいをすることがわかった。

2本だけの転位の接合は、「ファスナーを開く」ように動いたり別の場所で再形成されたりして、何らかの動きが可能なのに対し、3本の転位の接合はしっかり固定される。こうした三重接合がいったん形成されると、これをほぐすのは非常にむずかしいようだ。Bulatovたちによると、金属を繰り返し曲げることにより、このような多重接合が固定されたネットワークを作って徐々に蓄積されるのだという。

Bulatovたちは、金属モリブデンにおける転位を電子顕微鏡で画像化するという実験的研究で、今回の知見を裏づけている。彼らは、別々の3本の転位が衝突してからみ合うことによって形成された、4本の異なる転位線が出合っている接合箇所を数例見つけている。

え?つまり、鍛造する、金属を叩くということは、「粘り気(靭性)を増し」なんてことじゃなくて、延性(曲がりやすさ、伸ばしやすさ)をなくし、延性を起こす転移を3本以上にして、多重接合とする。それで、金属が固くなるということ?!

日本刀で言えば、表面はガンガン叩くから固くなって曲がりにくくなり、内部は叩かれていないから延性を保っているという多重構造になっているから、硬く切れが良く、しかも折れにくいということですか?

指輪などでも、同じシルバーの925でも、鋳造品で作った指輪と鍛造品の指輪では硬度が違うということになるのですね。

日本刀
日本刀その2
たたら製鉄の特徴は, 鉄を融点まで加熱しないところにある. 技術がなくて, そんな温度が出せなかったというのが正しいところなのだが, それがケガの功名となって, 鉄に不純物がまざりにくい状態のまま還元されるのである. ケラにまざっている不純物は, ピーナツチョコレートにピーナツがまざっているような状態であり, その気になれば除去できるものなのだ. 一方, 溶製鉄はどろどろに融かしてアレするので, 空気中の酸素とかが鉄の組織奥深くに入り込んでしまい, ちょっとどけるのは無理らしい.

というわけで, 砂とか還元されてない砂鉄とかをケラからどけると, ナイスな鉄が手に入るらしい. この, 不純物をどけるのが, 折り返し鍛造というプロセスである.

折り返し鍛造というプロセスは, もう, そのまんま. つまり, 炉で赤くなるまで加熱した鉄をトンカチで叩いて伸ばし, のびたところで折曲げて, トンカチで叩いてくっつける. というのを何度も繰り返すのだ. パイ生地つくってるのと同じである. つまり, 刀もパイ生地みたいな鉄でできておる. こんど博物館とかで刀をみる機会があったら, 鉄の表面をじっくりみてみるといい. パイ生地の断面がみえるぞ.

日本刀の場合は、予期しない不純物の含まれていない宝飾品と違って、鍛造を行うという作業が不純物を取り除くという目的にもなっているので、必ずしも鍛造するだけ、という話ではなさそうです。鍛造して、焼き入れをいれ、

何故刃のところが炭素含有量が少ないのか?その理由は, 刀の焼き入れ方法にある. どれくらい強い焼きが入るかは, 炭素の含有量, 事前に加熱する温度だけでなく, 冷却速度にも依存する. 炭素の含有量は既に説明した方法でコントロールされているが, 刀の焼き入れは, ある特殊な方法を利用することで, 部分によって冷却速度を変えることで, 硬さの分布のバランスを実現している. 刃の部分はもっとも冷却速度が高くなるように処理されるので, 炭素の含有量がすくないにも関わらず, この部分の硬さはもっとも高い. 通常, 刃の切先は高速度鋼でできた鉄工用の切削工具と同レベルの硬さに仕上る. そういうわけで, 強い焼きが入ってちょうどの硬さになるように, 炭素含有量を加減してあるのだ. 硬さの上からは, 理屈上はそこら辺の鉄製品ならぶった切ることも可能だ.

というものになるようです。

難しい。よくわかりません。

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