機械の基礎(機械材料)
金属材料
消火器に用いられる金属材料には、鉄鋼材料(炭素鋼など)と非鉄金属材料(銅やアルミニウムなど)と呼ばれているものがあります。
金属の一般的特徴
- 電気・熱の良導体である。(電気伝導率が高い順：銀 > 銅 > 鉄)
- 弾性体である。
- 可錆性、可鍛性
- 熱によって溶解する。(融点の低いもの：すず、融点の高いもの：タング７ステン)
- 加熱すると膨張する。(膨張率が大きいもの：鉛)
- 比重が大きい(重い)。(比重が大きいもの：白金,、小さいもの：マグネシウム)
- 一般的に腐食性がある。(金、白金は腐食しない。)
- 特有の光沢がある。
合金の特徴
- 電気伝導率の減少。
- 熱伝導率の減少。
- 融点(金属が溶ける温度)が低くなる。
- 硬度が増える(硬くなる。)
- 可鋳性(溶かして他の形に成形できる性質)が増える。
- 可鍛性は減少するか又はなくなる。
- 強度・抗張力は、成分金属より一般的に強くなる。
- 化学的腐食作用に対する耐腐食性は増加する。
合金とその成分
鉄鋼材料
炭素鋼(鉄 + 酸素(0.02～約2%))
- 炭素の含有量が多いと硬さ、引張り強度が増すが、もろくなる。
- 炭素の含有量が少ないと硬さ、引張り強度が減るが、粘り強くなる。(加工しやすい)
鋳鉄(鉄 + 炭素(約2%以上)
もろくて引張リ強さにも弱いが、いろいろな形に鋳造することができる。
非鉄金属材料
銅合金
銅の合金には黄銅や青銅などがあります。
アルミニウム
鉄の3分の1と軽い材料である。
加工性、耐食性、電気伝導性、熱伝導性はよいが、耐熱性は劣ります。
アルミニウム合金は高い強度を持つ反面、溶接・溶断は特に難しく、用途変更に応じた改造や、破損の際の修繕は鋼などに比べて困難である。
そのほか
- ニクロム・・・ニッケル + クロム
- はんだ・・・・すず + 鉛
熱処理
金属を加熱及び冷却することにより他の性質に変化させることを熱処理という。主に鋼に対して行います。
熱処理の方法には以下の方法があります。
| 熱処理 | 内容 | 効果 |
|---|
| 焼き入れ | 高温に加熱後、水(または油)で急冷する。 | 硬度(強度)が増す。 |
| 焼き戻し | 焼き入れした鋼を再加熱後、徐々に冷却する。 | 焼き入れした鋼は硬くなりますが、
もろくもなるので、そこで焼き戻しをすることによって鋼はねばり強さを付けます。 |
| 焼きなまし | 一定時間加熱後、炉内で徐々に冷却する。 | 軟らかくして加工しやすくする。 |
| 焼きならし | 加熱後、大気中で徐々に冷却する。 | 内部に生じたひずみ取り除き組織を均一にする。 |
金属の溶接
金属材料の接合部に熱や圧力を加えて接合することを溶接という。
溶接は、融接・圧接・ろう付けに大別されます。
- 融接・・・アーク溶接、ガス溶接、テルミット溶接等
- 圧接・・・スポット溶接、シーム溶接、電気抵抗溶接等
- ろう付け・・・はんだ付け等
溶接用語
- ビード：溶接棒と母材が溶解して溶着金属となった部分のこと。
- クレータ：溶接ビードの終わりのへこみのこと。
- ブローホール：溶着金属の内部に空洞ができること。
ねじについて
| 種類 | 概要 | 記号 |
|---|
| メートルねじ | ねじの外径をミリメートルで表したねじ | M |
| 管用平行ねじ | 機械的接続を目的として用いられる。 | G |
| 管用テーパねじ | 左細りになっている形状のねじ | R |
| ユニファイ並目ねじ | ISO規格のインチ三角ねじのこと | UNC |
一般的に、ボルトは
おねじ、ナットは
めねじと呼ばれています。
リードとは、ねじを1回転させた時にねじの進む距離をいいます。
リード角は
