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04.
１５００℃
が作る東京スカイツリー―鉄鋼―
しろがね（銀）、くがね（金）、あかがね（銅）、くろがね（鉄）
そーらに、そびえる、くろがねのしろ♪ マジンガーＺ超合金は、4.00ごろ。
| 金属材料 | 非金属材料 | 複合材料 | ||
|---|---|---|---|---|
| 鉄鋼材料 | 非鉄金属材料 |
セラミックス ガラス |
高分子 ゴム |
|
|
炭素鋼
合金鋼
鋳鉄
鋳鋼
|
金・銀
・
銅
アルミニウム
マグネシウム
ニッケル
チタン
亜鉛
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石材
セラミックス
|
繊維強化プラスチック
繊維強化金属
鉄筋コンクリート
金属強化セラミックス
|
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狭い意味で、材料といったとき、常温常圧で固体の 状態の物質を指すことがあります。
純物質としての 金属は、柔らかすぎるので、混合物の合金が使われます。広い意味での混合物の固体材料を複合材料と呼ぶことがあります。
鉄はもっとも身近な金属だ。 金属はカタチを自由に変えることができ、しかも強くしなやかだ。石斧で田んぼを耕すのがいかに困難かを想像すれば、鉄器が農耕を飛躍的に進歩させたことがうなずける。 日本では、 弥生時代 に鉄器が普及し、 稲作がはじまり、定住生活がはじまりした。
鉄を作ろう。 金は自然に産出する。 鉄は卑な金属だ。 から 鉄鉱石 に含まれる鉄を取り出すにはコークスで還元する。 コークスは、 石炭や ポリエチレンなどの 廃プラスチックを加熱して作る。 石炭には硫黄分が含まれるので、転炉で酸素を吹き込む。
溶液の凝固点は、溶媒の凝固点よりも低くなります。 この現象を、凝固点降下と言います。 製鉄では、融点1500℃の鉄に炭素を混ぜて融点を下げます。 ホールエルー法 では、融点2050℃のアルミナに氷晶石を混ぜて融点を下げます * 。 1mol/kgの溶液の凝固点降下度をモル凝固点降下と呼びます。
1.3 羽釜の歴史平安時代、現代のご飯とほぼ同じ「姫飯（ひめいい）」が上流 階級で食べられていた。それはまだ土鍋で炊かれていた。金 属製の羽釜が作られるのは、鎌倉時代である。 日本における 臨済宗の開祖、栄西が鎌倉時代の初期に宋から禅とともに茶 を持ち帰り、博多の 聖福寺を創建して茶の健康効果を布教し た。その後、京都の建仁寺を中心に喫茶の習慣が日本全国に 広まった。「お茶を濁す」という慣用句の由来との関係は定か ではないが、青銅釜で沸かした湯より、鉄釜で沸かした湯の 方がお茶の香りを損ねないと言う。お茶に含まれるタンニン との反応で生成するコロイドの状態が、銅イオンと鉄イオン で異なるからであろう。鎌倉時代にお茶の香りを損ねない鋳 鉄の茶釜が普及し、それを美味しいご飯を炊くのに流用して 鋳鉄の羽釜が開発されたのは想像に難くない。 鋳物羽釜に使う鋳鉄には2 %以上の炭素が含まれる。炭素に 熱が加わると遠赤外線を放射し、それでご飯が美味しく炊ける。 羽釜は、側面上部にツバがあり、本体は半球状である。羽釜を 包み込むかまどとの組合せにより熱効率が上がり、さらに美味 しさが増す。このように鋳物羽釜は、禅と茶の湯の精神を受け 継ぎ、日本の食文化に無くてはならない米を、美味しく炊き続 けて800年ものあいだ生き残ってきた調理器具だ。
超薄肉鋳鉄製羽釜・かまど「内匠」の開発 ―次世代へ伝えたい「和食；日本人の伝統的な食文化」の担い手として― 羽釜 科学・技術研究 第 6 巻 2 号 2017 年 川島 浩一、重野 勝利、松原 史尚、関口 理希、赤間 未行、伊藤 智博、立花 和宏
石炭の採掘が盛んでなかった 産業革命の前は木炭を使って還元した。 日本でもたたら製鉄として知られる。軽くて強度がある鉄器は農耕だけでなく、武器としても重宝されたため、その製法は門外不出であった。
たたらパーク 砂鉄 奈良平安の製鉄遺跡錆びにくい金属を貴金属と言います。 イオン化傾向は、金属と金属イオンの平衡反応の酸化還元電位に関係があります。 電位が卑なほど、 腐食しやすく、 還元しにくくなります。 電位が貴なほど、 腐食 しにくく、還元しやすいです。
金 も 銅 も 1000 °C くらいで溶けるのに、 鉄 ときたらそう簡単には溶けない。 炭素を溶解させて 凝固点降下 を使って融点を下げるヒッタイトの知恵。 近代製鉄は産業革命後の歴史にも大きく影響を与えた。 鉄と 石炭。 現代のコークス炉は廃プラスチックの処理にも一役買っていてさながら石油コンビナートのようだ。 海外の生産量が増す中、日本の製鉄の将来はいかに？
遠野から六角子山へ向かい、笛吹峠をちょっとくだったくぼ地に日本最古の高炉があります。釜石から国道４５号線を北上し、分岐したうねうねと続く狭い道を登っていくと青看板があって、ややもすると見失いそうな「ここから入るの？」みたいな入り口から折れていくと山里には似つかわしくない整備された公園があり、誰が使うのかともわからないテニスコートがあったりします。ほんとにここでいいのだろうかと一番奥まで行ってみると、ありました、ありました、 鉄の歴史館で見たジオラマの原寸大（ってあたりまえか）の風景が。
鉄と炭素の 状態図（相図）をネットで調べて描きましょう。
地球温暖化 を避けるため、鉄鉱石と石炭を使った近代製鉄が、 スクラップ鉄を使った電炉による生産に舵を切っている。 3 ) 鉄鉱石の価格も急落している。 4 ) 鉄筋コンクリートの建物が、近い将来、姿を消すかもしれない。
先生：「まずは鉄鉱石の分布を調べてみよう」
[検索]鉄鉱石＋分布
[検索]砂鉄の分布
[検索]もののけ姫＋たたら場
[検索]橋野高炉跡
[検索]大島高任
[検索]三鬼隆
元素としての鉄と材料としての 鉄 は違う。 例えていうなら、水を凍らせるとき、ちょっと混ぜ物をするだけでシャーベットになったりソフトクリームになったりするようなものだ。 炭素の濃度と冷却の仕方でいろいろな性質を持った鉄ができる。 その様子を表現したものが相図だ。
1成分系では、相律においてn=1であるから、F=3-pで、自由度の最大値は2となります。
F=2のときに変えられるのは、温度と圧力です。
よって、1成分系では、
温度と圧力によって、物質が固体、液体、気体、超臨界流体のいずれの
状態を示した図を
2成分系では、自由度の最大値は3となります。鉄ー炭素系平衡状態図などは、よく使われます。
ものすごい強度を持つスチール材料はどこに使われているか？ はたまた磁力を持つという鉄の特性はどんな風に応用されるか？ 錆びるという鉄の宿命を大きく変えた ステンレス とはどんな材料か？
ピカッとさいえんす 「電気と磁石の深～い関係」
磁気機能性材料は、ハード磁性材料とソフト磁性材料に分類される。 ハード磁性材料はモーターなどに使われ、金属系と酸化物系に分類される。 ソフト磁性材料は磁気ヘッド、 磁気ディスクなどに使われ金属系と酸化物系に分類される。
| 項目 | 電子 | 磁気 |
|---|---|---|
| 材料 | 半導体、セラミックス | 鉄合金、酸化物 |
| デジタル記録 | フラッシュメモリ、ＳＤＤ | 磁気テープ、ＨＤＤ |
| アナログ記録 | 磁気テープ | |
| マイク | エレクトロレットマイク | ダイナミックマイク |
| スピーカー | 圧電スピーカー | ダイナミックスピーカー |
| 光 | 半導体レーザー ＬＥＤ |
鉄の 融点 Tm はおよそ 1538 °C 。 とても容器が持たない。 だからコークスと混ぜて高炉に入れる。
応力 融点 石炭
電車も自動車も車輪を持つ。車輪は平らな地面でこそ役に立つ。
アスファルトとコンクリートで地面を埋め尽くして走る自動車と、地面に鉄のレール２本を敷く電車と、利便性、ヒトとの相性、環境との相性から議論しなさい。
回答
腕のいい職人は鉄の色で温度を見分けるという。 真っ赤になった鉄の温度を測る方法にはどんなものがあるか？
材料を３次元的な形状を持つに加工する方法には機械加工、鍛造、鋳造などの方法がある。 このうち鋳造は、金属の可融性を利用して、作ろうとする製品と同じ形状に作られた空洞部に、 溶かした金属を流し込んで固めてつくる方法である。 鋳造法の代表的な種類として砂型鋳造法、シェルモールド鋳造法、インベストメント鋳造法、ダイカストなどがある。 このうちシェルモールド鋳造法は、熱硬化性の合成樹脂を被覆した鋳型砂を加熱した金型に振りかけ、硬化させて鋳型を作る寸法精度の高い方法である。
