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金属材料基礎講座-9

金属組織および状態図に見られる合金構造

 金属材料は単一の純金属の状態で使用することもあるが、2種類以上の金属を混ぜて使用することの方が多いです。2種類以上の金属を混ぜたものを合金といいます。合金には炭素などの非金属を混ぜた合金もあります。2種類以上の金属を溶かして混ぜたものを固体に固めた時に、固体状態でも完全に混ざり合い、元の結晶構造を保ちながら、組織観察において単一な組織になることがあります。この状態を固溶体と言います。固溶体には元の結晶構造の格子に別の原子が置き換わる置換型固溶体と、元の結晶構造のすき間に別の原子が入り込む侵入型固溶体があります。その模式図を図1に示します。侵入型固溶体は原子サイズが大きく異なるときに起きます。そのため炭素や窒素などの原子に限られます。固溶体については後の「固溶強化」でも記述します。

 2種類以上の金属を溶かして固めた時に元の結晶構造とは異なる新しい結晶構造を形成することがあります。これを中間相と言います。そして構成金属の原子数が簡単な整数比(1:2など)で表現できる合金を金属間化合物と言います。金属間化合物では各原子が決まった格子点に配置される規則構造となります。金属間化合物は元の金属とは異なる複雑な結晶構造のため、一般的に硬く脆く変形しずらいです。そのため金属よりもセラミックスのような特徴があります。