【素材】曲げれば曲げるほど硬くなる――鍛冶屋さんの秘密

材料 : 曲げれば曲げるほど硬くなる

　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。

Nature Highlight April 27, 2006
http://www.natureasia.com/japan/nature/updates/index.php?id=1316&issue=7088

材料：転位の多重接合とひずみ硬化
Vasily V. Bulatov, Luke L. Hsiung, Meijie Tang, Athanasios Arsenlis, Maria C. Bartelt, Wei Cai, Jeff N.
Florando, Masato Hiratani, Moon Rhee, Gregg Hommes, Tim G. Pierceand Tomas Diaz de la Rubia
Nature 440, 1174-1178 (27 April 2006) | doi:10.1038/nature04658
http://www.nature.com/nature/journal/v440/n7088/abs/nature04658.html

関連ニュース
【素材】金属ガラス――秩序と無秩序の間に位置する金属 2006/01/29
http://news18.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1138462475/

漏れへそ曲がりだから、意思も固いぞ！

俺のも擦れば擦るほど硬くなるよ

パンを作るとき小麦粉をなんども叩くのは
グルテンの分子で同じことをおこさせるから？

俺のは何度も曲げすぎて、曲がったままになっちまった。

>3擦りすぎると突然柔らかくなりませんか？

鋼にエロ本見せても硬くなる？

>>1
間違い発見
×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。
○すなわち規則正しく充填された原子の層の配列が「整然としているため」である。

俺の鋼鉄は評価筋では『ちくわ』らしい…orz・・・ ＯＴＬ

スレタイ狙ってるだろ！

・・・それはそうと、騎上位で動きに失敗すると折れそうになって痛いです。

>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、・・・

その鋼をたたいても壊れない一番最初に出来たハンマーは一体何でたたいて強くしたの？

ハンマーは鋳造でしょ？

　そうなんだ・・・
鍛冶屋の達人のこぶしで叩いたのかと思った

俺のはハンマーで叩けば叩くほど硬くなるよ。

消防の音楽の時間「村の鍛冶屋」って歌、唄ったな。

右曲がり

>>11
ハンマーも金属なので叩き続ければ結晶がズレて、どんどん変形してゆく。
そして応力に耐えられなくなった部分から、破片となって周囲に飛散してゆく。　　

俺は左曲がり

つまり叩いてフェルトみたいに絡ませてるのか

トヨタがサスペンションかなんかを開発するときに
ベアリングバネにぶつけまくって強化したのもおなじなのかな？

俺のは９センチだが、硬さではまけないぜ。

叩いたらしぼんだ

僕のは叩いても曲げても硬くなれません。

>19
ショット･ピーニングは表面にある微小な欠陥から、疲労によって
破壊に至るのを防ぐために、表面に圧縮の残留応力を意図的に作る事が目的で、
このスレで言われている事とはちょっと違います。

俺の足は脛骨疲労性骨膜炎で常に痛いです

>>12
鍛造だろ？

修造？

自分で歴史を曲げに曲げて態度を硬化させるのが特亜人です。

叩いたら痛えよぉ。

>>27
うまいなぁｗ

うちの彼氏のおちんちんで試してみるね

>>30
やめてあげてください

俺はＭだから叩

うまいなあW

sage

挟んだら血が出たorz

以下、性器ネタ禁止

つまり日本刀の中にある数少ない名刀と言われる刀は
＞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
これが沢山あると言う事でよろしいか？

>>24
シンスプリントの話がなぜここに来るニダ、、、<｀Д´；>
ちなみにハムストリングスとふくらはぎから指先までの筋肉しっかりストレッチングすると治るじゃないニカ？

>>37
焼き入れした刃の部分と焼き入れしない胴体の部分の境界の緻密さが違うと聞いたことがある
ちなみに材料の鉄そのものは結構品質が悪いそうです　言われてみれば当たり前だけど

つかこれは冷間加工の場合じゃないのか？

鍛冶は熱間加工で、この場合だと再結晶化が起こると思うのだが

昔こういうことを習ったが全部忘れてしまった（ｗ
α-SolidSolutionとかいうのと関係あるのかい？

なんと、金属の中にまでネットワークとな?

5年前だったら解ったかもだが、今じゃ忘れちゃった。
転位の固着だね。バーガースベクトルが正負で刃状転位だと対消滅で、
転位ループの一部のみが消えた形になんだっけ？
鍛冶は冷間加工でも衝撃の変形だから、断熱変形で転位の上昇が無いから
脆性破壊が起きやすい筈なのに不思議だっつー事か？
あー、勤めてから馬鹿になっとるわ。

あー、解った。転位密度から硬さを導く式の
モリブデンをモデル材料にした、より厳密な
シミュレーションの論文ね。
転位からだけモデルかな？弾性体理論ベースのマイクロメカニクス+
析出物での転位の脱出？のシミュレーションベースの方がセンスいい様な。

4本て有りなのか？バーガースベクトルの足し算しか習って無かった様な。
準結晶となんか関係あんのかな？>>1

転移がある程度多いつまり質の悪い金属の方が、
曲げて鍛えたら質がいい転移が少ない金属より強くなることもあるということか？

携帯からなんでネイチャーが見られないけど、多分そういう事じゃない。純鉄って元々フニャフニャなのを、炭素を体心構造にドープして構造に基づく
転位を導入して硬くしてる。いわゆる鋼だよ。炭素鋼とも言う。転位はまあ粒界なんかを形成し、焼きなましやらで、まあ温度で、
上昇-対消滅する。これが再結しょうやら回復だ。転位密度と硬さは鉄はホールペッチの式で予想しますが、当然あまたのモデルを建てる訳で、その中で4本の転位が1点に収束する仮定をおくとすっきりしましたって所でしょう。
…自分の恩師が聞いたら激怒しそうだな。

合金が硬くなるのは、より密になるからってことか？

昔の人の知恵はすごかったんだな。

合金でも色んなケース有るんですよ。
鋼も合金の一種だし。必ずしも合金化で硬くならないケース、面心とかは
転位が切り合わない、お互いスルーして固着しない。なんでかは忘れた。
銅なんかは面心ままだと幾ら転位導入しても駄目。
学生時代ならスラスラだったんですけどね。
転位について理解したかったらハーシュ、アンド、ロスのディスロケーションセオリー
を完読して下さい。自分は97年修士1年で読んで全部忘れてしまった。

あと日本刀なんかの、要は構造材料とはまた別の観点を要求される部分は未だに
勘、経験、度胸の世界で。そもそも切削のトライポロジーが、トライポロジー…新入社員の俺にいきなり糞テーマ振りやがって、人の人生なんだと思って…！
…いやいや、トライポロジーがね、良く解らない事だらけなんですよ。刀鍛冶は空気などから浸炭と言うカーボンを追加供給して炭素量を調整する作業
と焼き入れによるマルテンサイト処理、焼きなましによる結晶粒粗大化での
延性添加と叩く事に依る転位導入硬化をバランスさせてると考えます。適当ですが。

あと、昔の鋼とかは多分、××キルド鋼。
つまり今の鉄工所と言う名の屑鉄屋みたいに、
鋼を溶かして、ゴミをシリコンやアルミ等にくっつけて叩き折る事
してたと思うんで、成分の制御がさっぱりだった事は予想出来ますな。

日本刀は傾斜機能性材料になってる。
刃の部分は炭素を多くし、硬く切れ味を良くしている。
が、刀身は低炭素だが鍛造によって強いが延性があるので折れにくくなっている。
だからもっと改善するとすれば、刃をセラミックにして、ボディを軽いチタンにするとかすれば、
軽くてよく切れる

＞ID:dCAYi1L0

白・青・黄・銀ではどれが好き？

今まで見た日本刀スレの中で一番マニアック

>>53
成る程ですね。ダイヤが刃のチタンが円盤の
切削工具は有りますね。学生時代お世話になりました。
>>54
銀か青。
>>55
いやー、全然マニアックじゃないっすよ。そもそも日本刀関係無いし。

>>56
そーか、青か銀か。
ならば、個人的に一番萌える刃物鋼は？
用途を特定しないで刃物鋼って言う条件だけで。

しかし、トライポロジーってまだまだ新しい学問なんだね。
ここでしっかり追求していけば、
この分野での大家と呼ばれるようになるかもよ？

この分野へ入ってくる人から毎月家賃をいただける・・・いいねそれ

>>57
刃物は解りません。院出て就職した非鉄業者で、
トライポロジー+電気+不況=転落人生なので。
新しいというか、摩耗の半分はミクロン単位の
寸法精度が効きますからね。具体的には反力です。
それを満たしてさあ、それから、通電するか！
なんですが、それすら判って無いレベル低い馬鹿企業の研究初潮達に
いきなりテーマ振られてその人達はにげちゃうし。
飛びに飛ばされ、今はSEみたいな事してます。もはや材料屋じゃ無いです、残念。