カートリッジ型ガストーチランプを用いた金属の熱処理実験

全文

(1)Title. カートリッジ型ガストーチランプを用いた金属の熱処理実験. Author(s). 三谷, 將之; 長谷川, 正人; 長澤, 徹. Citation. 北海道教育大学紀要. 第二部. A, 数学・物理学・化学・工学編, 39(1) : 31-41. Issue Date. 1988-10. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/6151. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 昭和６３年１０月. 北海道教育大学紀要（第２部Ａ）第３９巻第１号. ｌｉｉｏｎ（ＳｅｃｔｉｏｎｌＩＡ）ＶｏｌｏｆＨｏｋｋａｉｄｏＵｎｉｖｅｒｔｙｏｆＥｄｕｃａｔＪｏｕｒｎａｓ．３９，ｌ，Ｎｏ. ｏｃｔｏｂｅｒ，１９８８. カートリッジ型ガストーチラソプ. を用いた金属の熱処理実験. 三. 谷. 幣. 之 ◎長谷川. 正. 人６長. 揮. 徹＊. 北海道教育大学札幌分校機械工学研究室＊北海道教育大学釧路分校機械工学研究室. ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｔｙｐｅＧａｓｔｏｒｃｈｔｕｓｌｎｇａＣａｒｒｉｄｇｅ‐ ＭＨＡＳＥＧＡＷＡａｎｄＴ０ｒｕＮＡＧＡＳＡＷＡ＊ＭａｓａｙｕｋｉＭ１ＴＡＮ１，ａｓａｔｏｉｎｇｌｉＩＢｎｇｉＬａｂｏｒａｔｎｅｅｒｅｇｅｏｒｙｏｆＮ【ｅｃｈａｎｃａ，ＳａｐｐｏｒｏＣｏｌ，ｉｉｄｏＵｎｉｖｅｒｉＨｏｋｋａｔｙｏｆＥｄｕｃａｔｏｎｓ，Ｓａｐｐｏｒｏｏ０２＊ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｌｌＩＥｉｉｉｉｒｏＣｏｅｇｅｃａｎｇｎｅｅｒｎｇ，Ｋｕｓｈ，ｉＨｏｄ＜ａｉｄｏＵｎｉｖｅｒｓｉｉｌｔｒｏ０８５ｏｎｙｏｆＥｄｕｃａｔ，Ｋｕｓｈ. Ａｂｓｔｒａｃｔ. ’ ａｓｕｂ ” ＩＶＶｏｒｌｉｎｇ１１’ ｂｅｒｓｉｖｅｒＴｏｏｌｉｋｅｓｃｒｉｊｅｃｔ（ｖｄｒｓｓｌ，ａｎｄｈａｍｍｅｒｓａｒｅｍａｄｅｉｎＭｅｔａ，，ｓｃｒｅｖ. ｉａＩＡｒｔｔｓｒｓＣｏｕｒｓｅｉｎｌｏｗｅｒｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｃｈｏｏｌｏｆｔｈｅｌｎｄｕｓ，. ｌａｎｄａｌｏｃａｌｐａｒｔｌＴｈｅｓｅｔｏｏｔｅｅｒｏｍｓｓｏｆｔｏｏｌｓｗｈｉｃｈｎｅｅｄｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｓａｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｆｔｂｅｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄｍｕｓ，ｉａＩＡｒｔｌｉｉｐｍｅｎｔｆｏｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｉｍｐｌｔｒＳａｆｅｅｅｒｅｄｆｏｒｔｈｅｌｎｄｕｓｓｓｔｈｅｎｒｅｑｕｉｅｅｑｕ，ｓ. Ｃｏｕｒｓｅｉｌｓｎｌｏｗｅｒｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｃｈｏｏ．. ｉｎｇａＣａｒｌｕｓｉｄｇｅｌｎｔｈｉｔｔｙｐｅｔｅｅｔｕｄｙｗｅｐｒｏｐｏｓｅａｎａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｔｈｅｈｅａｔｔ ‐ ｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｒｓｓＧａｓｔｏｒｃｈｃｈｉｓｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ，ｅａｓｙｔｏｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｖｅｒｙｓａｆｅａｎｄｗｅｈａｖｅｕｓｅｄｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓ，ｗｈｉ. ｔｏｈａｒｄｅｎｓｔｅｅｌ，. ｌｏｗｉｎｇＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈｅｆｏｌ，（１）Ａｄｅｑｕａｔｅｈａｒｄｅｎｉｎｇｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓ．ｉｎｇｔｉｍｅａｎｄ（２）Ｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｎｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｔｏｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅａｐｐｒｏａｃｈｅｄａｃｏｎｓｔａｎｔｖａｌｕｅａｆｔｅｒａｃｅｒｔａｉｎｈｅａｔ，ｉｌｙｉｎｆｆ（３）Ｔｈｅｒｅｉｒｅｃｔｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｐａｒｔｏｆｔｅｓｔｐｉｅｃｅｓｄｓａｌａｒｇｅｄｉｌａｍｅｌｔｈｌｏｎｇｅｒｔｈｔｈｅｓｔｒｏｎｇｆｃｏｎｔａｃｔｗｉｃｈｉａｍｅａｎｄｔｈｅｂａｃｋｗｈｉｓｕｎｔｏｕｃｈｅｄｂｙｔｈｅｆ．Ｗｉｌｌｂｕｔａｕｎｉｆｏｒｍｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｅｓｔｐｉｅｃｅｓｗａｓｎｏｔｆｅｒｅｎｃｅｂｅｃｏｍｅｓｓｍａｆｈｅａｔｉｍｅｉｎｇｔ，ｔｈｅｄｉ. ３１（）.

(3) . ３２. 三谷粥之・長谷川正人・長津. 徹. ｉｉｔａｂｌｏｂｔａｉｎｅｄｓｍｅｔｈｏｄｉｓｓｕｅｆｏｒｌｏｃａｌｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｏｖｅｒｓｈｏｒｔｐｅｒｉｏｄｓ，．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈ. （４）Ａｆｔｅｒｔｈｅｃｏ１ｏｕｒｏｆｓｔｅｅ１ｓｃｈａｎｇｅｆｉｎｇｒｏｍｄａｒｋｂｒｏｗｎｔｏｒｅｄｂｙｔｈｅｈｅａｔ，２ｍｉｎｕｔｅｓｆｕｒｔｈｅｒｈｅａｔｉｎｇｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｈａｒｄｅｎｉｎｇ，. ｉｄｇｅ（５）ＴｈｅａｐｐａｒａｔｕｓｗｉｔｈａＣａｒｔｔｙｐｅＧａｓｔｏｒｃｈｉｌｉｎｒ ‐ ｔｅｅｓａｄｅｑｕａｔｅｆｏｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓＣｌｄｆｉＩＡｆｉｔｈｅｌｎｄｕｓｔｔｈｌｈｉｒｅｒｉｄｏｕｓｏｗｅｓｅｃｏｎｒｔｔｒａｒｓａｙｓｃｏｏｓｏ，ｗｅｎｃｏｎｓｅｒｎｇｓａｅｙ，ｍｅ，ｅｔｃ．. １．緒. 言. 中学校技術「金属加工１１」の分野では，教材としてけがき針，．ねじ回し，片手ハソマなどが実際. に作られている，これらの製品は鋼材を加工し，部分的に硬くすることが必要とされ，そのための熱処理（焼き入れ，焼き戻し）を行って使用されるのが一般的である，しかし，ほとんどの中学校では，電気炉などの熱処理を行うために必要な設備がないのが現状で，熱処理を省略し鋼材を加工し終った段階で完成品としている場合が多い，. それでも一部の中学校ではガスバーナを用いるなどの熱処理を入れた授業を行っているが資料不足などもあって正確なデータに基づく操作の熱処理が行われているとは言いがたい，．また単純にガスバーナで加熱したのち急冷するという熱処理では，けがき針やねじ回しの先端のように比較的小さな部材にはある程度の熱処理効果は認められるが，片手ハソマの打撃面のような，やや大きい部材の場合，充分な熱処理効果が得られるかは疑わしい，こうした状況の中で，金属の熱処理を行うことが可能である簡易な装置の試作とそれによる基礎データを求めて，金属の熱処理を考察する必要が生じてくる．本研究は製作費が安く，形が小さく広いスペースを取らず，操作が簡単で，安全性に優れた鋼材. の熱処理装置を提案し，この装置による基礎データを求めて金属の熱処理を考察し，どのような装置とその使用法が実用にあった製品として満足のいく鋼材の熱処理を可能にするかを明らかにするものである，ン. ２．試験材料. ｒ. ．く. （. ● 実験に用い● た材料は市販されている鋼材で，外径１６ｍｍ，．長さ５，５ｍの丸棒材である；材質は，筆者らの研究を参考に，機械構造用炭素鋼Ｓ３５Ｃ（Ｃ：０．３２～０．３８％）とした． …長さ２０ｍ試験片は直径１６ｍとｍｍの黒皮付き，・し，丸棒材から切り出し，数はそれぞれの設定温度と，時間につき・５本ずっとし合計８０本とした，試験片の両端面は旋盤で削り，その後平行を保ちながら１５０番から４００番までの紙ヤスリで磨いて平面に仕上げた． . ．く. . . ３，熱処理装置３／１装置の条件装置は中学校でも容易に実現できるものとして，次の項目に留意した，. ３２（）. 〉．.

(4) . ガストーチラソプを用いた金属の熱処理実験. ３３. ｉ）製作に必要な材料と機器は，比較的入手しやすく安価であること，ｉｉ）装置は小さく広い場所を取らないこと，. ｉｉｉ）操作が簡単で，熱処理を初めて行う者にも容易であること，ｉｖ）安全性を十分配慮したものであること．ｖ）加熱時間の長短で金属の色の変化が確認できること，ｉ）熱処理のために必要な準備時間が短いこと，ｖ３，２. 装置詳細. 金属に熱処理を行うための装置はａ）金属材料（試験片）を加熱する部分，ｂ）材料を保持する. 部分，ｃ）冷却を行う部分，ｄ）温度を測定し加熱量を調節する部分の４部分からなっており，図１にその概略図を示す．. ① プ ②ガストーチラン ⑨. ガストーチランブ保持台. ７. ④耐火レンガ ⑤水槽 ⑤. ５棒状温度計熱電対温度指示計零点補償器. ⑦ ⑧. 図１１実験装置の概略図. ａ）試験片を加熱する部分取り扱い方が簡単，小型軽量でさらに焼き入れ温度を. １. 保つために十分な熱量（最大１３５０℃）のものであること. １９. . 由に変えることができるように厚さ１ｏｍｍのアクリル板で. 製作した，. －. 図２. バルブつまみ. ｂ）試験片を保持する部分. 試験片の加熱している様子をはっきりと確認するためには，試験片が露出していることが望ましく，また加熱によ● ることが必要である，って試験片位置の変化がなくかつ安全に保持され’ そこで，耐火レンガ③に試験片が転がらない程度の溝を掘りそこに試験片を置く方法を取った，耐火レンガには試験片，バーナロ，．熱電対の位置関係がわかるように１ｏｍｍごとに目盛りを刻んだ，ｃ）冷却を行う部分. 冷却には縦２９０ｍｍ００ｍ５０ｍｍｍｍの水槽④に底から１ｍまで水を入れたものを用い，水の，横６，高さ２００. 温度は１９±１℃ に設定し，棒状アルコール温度計⑥を用いて測定した．ｄ）温度を測定し加熱量を調節する部分３３（）.

(5) . ３４. 三谷榊之・長谷川正人・長揮. 徹. 温度測定と加熱量調節には試験片の炎が直接当らない側の端面の中心より１ｏｍｍ離れた部分にＣＡ３５０型：千野製作所） ⑦ 熱電対型温度計（千野製作所） ⑥の先端がくるように固定し，温度指示計（ ◆ の示す値が一定となるようにガストーチラソプの炎の噴射を前述の微調整つまみで調節した，この際，零点の補正には氷冷式基準点補償器（６１２一１Ｐ型：千野製作所） ⑧を用いた．３．３. 装置各部の取り付け. ‐／試験片保持台（耐火レンガ）．．ｒ」 ” ′ －. 図３. バーナロと試験片の位置. 装置取り付けの概要は図１に示す通りであり，図１中の①に取り付けたガスバーナバルブの微調整用つまみは図２に示した，図３はバーナロ，試験片，熱電対の位置関係を示したものである，バーｏ０）は炎が試験片全体を包むように設定し，ナロの角度（水平線とパーナロ中心線のつくる角度；２熱電対は炎の形状や試験片への炎加熱に干渉を与えない範囲で，出来るだけ試験片へ近づけることを考え，試験片の炎が直接当らない側の端面の中心より１ｏｍｍの距離に熱電対の先端がくるように固定した．このとき図３に示すように，真上から見たバーナロ，．試験片および熱電対の先端が一直線上に並ぶようにした．０ｍ０ｍ冷却は，試験片を保持する耐火レンガ上面から水槽水面までの距離を６５ｍとし，深さ１５ｍの水中に自然落下させて行った，. ４．実験方法４．１. ．′. 焼き入れ方法. 試験片は耐火レンガの試験片保持台の上に設置し，ガストーチランブの炎を直接当てて加熱した，なおガス量微調整つま０８α）し，ｍのストローク；みはバルブ全開時で３回転（開度１．その時後方に３ｍ. であったため（１回転につきｌｍ０～５００であった均して３０．，. ｏ～６０℃ ６６０７００℃の時は，平均してパル・ブ開度は４０，Ｐの時は，平. 焼き入れ温度はＳ３５Ｃの場合，鋼の状態図により８５０～８６０℃ と推定できるがＪＩＳによると. ８４０～８９０℃と規定されている．これらを基に焼き入れ温度を設定したが，大気への放熱や炎が直接. 当・らない面にもうことを考え設定温度は高めにし，炎が直接当る試験片端面の位置，充分な加熱を行・で９００℃以上となるように設定した．ここで，焼き入れ温度が高過ぎると急冷による焼き割れが生じることが心配されたが，実験を行った結果焼き割れは生じなかった，３４（），.

(6) . ガストーチラソプを用いた金属の熱処理実験. ３５. 温度の測定とその調節に関しては，熱電対を図３に示すような位置に固定し，温度指示計が６６０℃ 以上を示したとき，求める焼き入れ温度となった．. 加勢時間を変化させて，焼き入れ後の端面硬さ及び加熱状態にある試験片の色とを対応させるた. めに，加熱時間を２分３０秒から１分間隔で８分３０秒までの５または６種類に変化させ，それぞれについて実験を行った．加熱時間の計測にはストップウオッチを用いた，急冷却は，銅の焼き入れ後の硬さに最も影響を与えるものである．従って焼き入れを行う者の技術の巧拙が，直接焼き入れ効果の良悪につながると考えられ，焼き入れを初めて行う者のことを考慮すると，操作が簡単であることが大きく安全性に寄与すると思われる，. 冷却方法は，試験片を保持台から先端をスプーン状に加工した細長い金属丸棒（直径９ｍｍ，長さ４００ｍｍ）を用いてはじき落とし，あらかじめ真下に設置した水槽の水中に向けて自然落下させるものとした，. ４，２写真撮影写真撮影は試験片を加熱したときの試験片の色の変化を観察するために行い，各加熱時間におけ. る試験片の色の変化を撮影した，. 写真撮影にはアサヒペンタックススーパーＡ（標準レンズ５０ｍｍ，ＦＩ．４）を用い，シャッタースピード１／３０絞りＦ２．４（ストロボなし）の条件で撮影にあたり，コダックカラー４００のプリントフィルム. （ＩＳ０４００）を用いた，. ４，３硬さ試験焼き入れの完了した試験片の端面を再び紙ヤスリ２５０，３２０および４００番の３種を用いて磨き，平面. に仕上げ，ショア一式Ｄ型硬度試験機（Ｓ．Ｎ０，１４０，Ｈ‐Ｄ型：前川試験機製作所）を用いて硬さを測定した，硬さ試験は１試験片の片端面に対して１２回行い，最大値と最小値を消去し，残り１０回を測定値と. した，ここで測定値は，ハソマが試験片の端面上の異なった位置に落ち，かつその距離がｌｍｍ以上離れていることが確認できたものをショア硬さの値とした，. ５，実験結果と考察５，１. 焼き入れによる硬さの変化. ｂｃ）はノズルのバルブの各開度に対し，加熱温度の違いによる加熱時間と焼き入れ硬図４（ａ）），（，（. さの関係を５本の試験片それぞれについて示したものである，各点の縦方向に引し・た直線は試験片硬さのバラツキの範囲を示し，図中の記号はその平均値である．. これらの図から加熱時間が長いほどバラツキの幅が減少し，焼きの入りが良いことがわかり，加熱時間７分３０秒以上で，温度が６６０℃以上ならば，両端面に焼き入れを行うのに充分可能と言える，図５は加熱温度の違いによる加熱時間と焼き入れ硬さの５本の試験片の平均値を示したものであ. る，. ３５（）.

(7) . ３６. 三谷. ９０. ４０３０２０. 徹. ｉｉｒ. 塁８０. へ５０. 洛之・長谷川正人・長洋. ｉｆｉｉ. 十十十十テ. テｆチテｆ. 十サド. 十十〆. り十一十，そ． ’３ ” ３０. ” ４３０. ◆ ” ｏ５３. ．闘. ・・６３ｄ. ．，７３ｄ. ＯＪ. ．３ｄ，８加熱時間. ０～５００（６６がＣ）ａ）ノズルのバルブ開度３０｛. 図５. １. ２. ３. ム. ５. ６. ７. ８. ９１０ｉｎ（ｍ）加熱時間. 加熱時間と焼き入れ硬さの平均値. ９０竿８０. 繍ｔｉｉ納叶ｆ－ｆー日十＋一一十テ. 仙７０Ａ６０ . ４０３０２００. ▲ 前面金背面. ‘ ” ′ ３３び. “ ．３０ ” ４. ・ム． “ ５３０. ’ ” ６３０. んん＋す４０３０. ＋けす. ２００. 『. メず ”れ蜘ドｈずｒ. ＾５０. ，３０，・２. ，３，，，ム３，，０，３０. ：前面圏背面，，．３０５. 図４. ＝. －工事も力闘謡間：. ３０２０ｌｏ. ， “ ７３０. 前面 ◎ 背面. ６３０. ３０４３０２０ ’０００３３０００００１０. ，・・６３０. ・. 加熱時間と焼き入れ硬さ. ６３）（. 〆. ぴム２３. ｏｏ. 加熱時間. Ｃ（）ノズルのバルブ開度全開（約７７ぴＣ）. …. ｏ０３２０５３０１０. ９０. に. ｆｏ. なリ＾）２０ｌｏ. ‘ “ ７３０加熱時間. ０～６００（７００℃）ｂ）イズルのバルブ開度４０（. ０塁８. ０ ‐ １４. 掘. ′ ぬ一. ーにハー. ｆｏ？０３０三げ５０６０７０ー０９０ショァ硬さＨＳ、図６加熱時間と焼き入れ硬さの度数分布.

(8) . ガストーチラソプを用いた金属の熱処理実験. ３７. 加熱時間の増加につれて試験片端面の硬さが変化して行く様子が良く分る．ここでノズルのミルブ開度全開（試験片後方の温度約７７０℃）の場合，炎が直接当る側の端面（前面と呼する）は加熱時間２分３０秒から３分３０秒の間に大きく硬さが増加している．一方炎が直接当らない側の端面（背面と呼する）の加熱時間が４分３０秒と５分３０秒との間で同様のことが言える，. ｏ～６００および４０ｏ～５びすなわち試験片後方の温度７００℃ および６６０℃ の場合ノズルのバルブ開度５０，，. バルブ開度全開の場合と同様の傾向を示し前面は３分３０秒と４分３０秒の間背面は５分３０秒と６，，分３０秒との間でそれぞれの硬さがいちじるしく増加しているのが分る．なお，図中の直線はＪＩＳで定められている片手ハソマ頭部の硬さの範囲を示した線である．図６は加熱温度の違いによる加熱時間と焼き入れ硬さの度数分布を示したものである，加熱時間４分３０秒以上では前面での硬さはほぼ一定値Ｈｓ６５と７０の間にピークがある．これに対し. て，背面では加熱時間４分３０秒では硬さがＨｓ３３にピークがあり，焼きはほとんど入っていない硬さである，加熱時間が７分３０秒になると前面でＨｓ７３，背面でＨｓ５７の硬さにピークが集まり，ほぼ焼きが入った状態となる，いずれの場合にも加熱時間が長い方がピークに対して末広の状態が絞られバ. ラツキの幅が小さいことが分る．すなわち，良く焼きが入ることを示している．図７は加熱温度の違いによる加熱時間と焼き入れ硬さの度数最大値を示したものである，. １ＣＯ前面０６６００ α Ｃ ● 背面 △７１ □ 約７Ｃ７０. ＪＩＳで片手ハソマの硬さは，平頭部の硬さＨｓ５４～６７，丸頭部の硬さＨｓ４８～６０と規定しているが，図７より加熱温度が６６０℃および７００℃では６分３０秒以上，ノズルのバルブ開度全開（約. ７７０℃）では５分以上の加熱時間で前面が平頭部. の硬さに相当し，背面が丸頭部の硬さに相当する．この値は焼き入れ後，焼き戻しを行い若干. ｍｍ）. 図７加熱時間と焼き入れ硬さの度数最大値. 鋼材が軟化することを考えあわせても充分な硬さを満たすものといえる，ガストーチラソプを用いた焼き入れでも加熱. 時間を制御することによって試験片に部分的または全体に焼き入れすることも可能である，しかし背面では、前面と比較した場合、焼き入れ後の硬さのバラツキが大きく，試験片全体に焼き入れを行うためには加熱時間を十分長くする必要がある．これらのことからガストーチラソブを用いた焼き入れは部分的に焼き入れをする場合により適し. ているといえる．５．２. 加熱時間による試験片の色の変化０～６００（写真１はノズルのバルブ開度５０７００℃）の場合について，加熱時間の違いによる試験片の色の変化を示したものであり，加熱を始めて２分３０秒から１分間隔で加熱時間を増加させ７分３０秒. までを示したものである．. 加熱をはじめてから２分３０秒の赤色部分が加熱オーステナイト状態となっている部分であり，うっすらと表面に赤みを帯びはじめた試験片が時間とともに徐々に赤みを増していく様子が良く分る．試験片の表面全体がうっすらと赤みを帯び始めた２分３０秒のとき前面は既に明赤色となっている．. この時点より２分が経過した時，つまり加熱時間が４分３０秒となったとき，前面の焼き入れ後の硬さはピークに達する，さらに加熱時間の経過に伴い明赤色が徐々に熱源から遠い方向に広がって行３７（）.

(9) . 三谷滞之・長谷川正人・長浮. ３８. 徹. キｙｆｒメ雷；影響ａ鯵軽薄糟 ‘＊い勝三一ゴデノｉ－. － ‐ －－ｎ. 端“ ．０・一ぎぐずｈ￥，. 嬰端麗琴轡！欝潔キノ謙；ゴョ餐そぎきーコ！￥．き学ネきき蕎灘き三麦き一響響. ‘. 写真１加熱時間の増加による試験片の色の変化. ３８）（.

(10) . ガストーチラソプを用いた金属の熱処理実験. ３９. き，試験片全体が明赤色となる，加熱時間６分３０秒のとき背面の焼き入れ後の硬さはピークに達する．. このことより加熱状態にある試験片の色と焼き入れ後の硬さとの関係が明らかになる，つまり試. 験片の前面が明赤色となってから２分以上加熱を続けた後急冷すると前面に充分な焼き入れ効果が得られ，さらに２分以上加熱を続け急冷すると背面にも焼きが入る．. ６，中学校技術における設備としての検討中学校技術の設備として取り上げられるためには，次にあげる条件を満たしていることが必要で. ある．. ① ②. 熱処理（焼き入れ）装置製作に必要な材料及び物品が比較的入手しやすく安価であること．. ③. 熱処理装置は小さく，広い場所を取らないものであること．操作が簡単かつ確実，焼き入れを初めて行う者にも安全で容易に操作ができ，個人差による焼. ④. 焼き入れによって製作品の使用目的に適した硬さが得られること．. き入れ硬さのバラツキが少ないこと．. ⑤ ⑥. 鋼材が加熱されている様子をはっきりと確認できること．熱処理に必要な時間（準備時間を含む）が短いこと，. 以上の条件と本実験の結果を照らし合わせながら，ガストーチラソプを用いた金属熱処理の設備としての適合性の検討を行う， ①；熱源として使用のガストーチラソプ及び試験片保持台としての耐火レンガともに購入が容易かつ安価である．冷却剤には水を用いたため，入手は容易であり，冷水であるため安全である．温度測定のための熱電対温度計，温度指示計，零点補償器はこれを所持しなし・学校が多く，また. 購入するにしても安価とはいえない，ところが熱電対は熱電対用の線を購入し，温度指示計は既存の電流計を使用し，零点補償器はビーカなどのガラスの入れ物を発庖スチロールなどの断熱材で包んで摩法ピンとすれば，中学校でも十分に製作可能なものであると考える，しかし，直接温度の測. 定をせずに鋼材の色の具合で温度を算定し，加熱状態を判断して焼き入れを行うことは十分に可能である，. ②；実験装置は通常，電気炉のように熱源が場所を取るが，その熱源を小型のカートリッジ型ガストーチランプとしたため装置全体も広い場所を必要としなくなった．. ③；電気炉を用いた焼き入れでは，あらかじめ炉内を高温に保つ必要があるが，本実験の方法では，鋼材を耐火レンガ上に置きガストーチランプに着火するので火傷などの危険性は極めて少なく，簡. 単に焼き入れが行える，加熱した鋼材の急冷を行う場合も金属棒で水槽の中に落とすという極めて簡単な方法である，焼き入れ硬さは加熱状態から冷却までの時間に左右されるため焼き入れ硬さのバラツキは冷却時の手際の良し悪しの個人差によるものが多いが，このような単純な急冷方法とし. たため，急冷の際の手際の悪さが原因と考えられる焼き入れ硬さのバラツキは無に等しかった， ④；片手ハンマの打撃面の硬さで平頭部はＨｓ５４～６７０，丸頭部はＨｓ４８～６，ねじ回しの先の硬さは先端から５ｍｍ以内の部分ではＨｓ６７とＪＩＳで規定されている．加熱時間を調節することで使用目的に合った硬さを得ることができる． ⑤；熱源がガストーチランプの炎であることや焼き入れを行う鋼材が露出していることから，鋼材３９（）.

(11) . ４０. 三谷熔之・長谷川正人・長揮. 徹. が炎によって加熱されている様子や加熱保持時間による鋼材の色の変化を生徒自身の日ではっきりと確認することができる． ⑥；電気炉を熱源とした焼き入れの場合，炉内を高温にするためにかなりの時間がかかり加熱時間も１５～２０分必要とするのに対し，ガストーチラソプを熱源とした場合，あらかじめ熱を加えておく１において熱処理を省略必要もなく，加熱時間も短くて済む．カリキュラムの制約により金属加工１. する学校が多い中で準備と作業を含めた所要時間が短いことは，熱処理を行うにあたって有利な条件であると考えられる，以上の検討結果から，温度測定を金属の色で判断することにするとカートリッジ型ガストーチラソプを用いた焼き入れは中学校技術における教材に充分適合するものと言える．. フ．結カートリッジ型ガストーチラソブを熱源とする熱処理装置を製作し，焼き入れ実験を行い，加熱時間と焼き入れ後のショア硬さ及び加熱時の試験片の色との比較検討を行って得られた結果を要約すると次のようになる．. （１）カートリッジ型ガストーチラソプを用いた簡単な装置による焼き入れでも，製作品の目的を. 満たすのに十分な焼き入れ効果が得られた．（２）加熱時間が増すにつれて，焼き入れ硬さは高くなるが，一定時間を越えると硬さは一定となった，. （３）炎が直接当る部分と当らない部分では焼き入れ硬さが異なり，加熱時間を長くすることによって，この差は縮まるが，試験片全体に一様な焼き入れ硬さを得ることはできなかった，この方法. では短時間に部分焼き入れするのに適している．（４）加熱によって鋼の色が明赤色になってから，２分以上加熱した後，急冷することが確実に焼き入れ効果を上げるひとつの目安となることが分った，（５）カートリッジ型ガストーチラソプを用いた銅の焼き入れ実験は，安全性，所要時間の短さ等を考慮して，中学校技術の授業に取り入れられても良いものである，. 本研究の一部は第１回日本産業技術教育学会北海道支部大会（昭和６２年１０月）において，その概. 要を報告した，. 参考文献１］で使用する材料の選定，北海道教育１）三谷幣之，丹羽恒，長淫徹，中学校技術［金属加工１巻大学紀要，第３７，第１号，（１９８６）．，ｐ．８５一９４２）文部省編，中学校指導書技術・家庭編，開隆堂，（１９８４），，ｐ，２２－２３３）渡辺茂編，教科書技術ｏ家庭（上）１９８４），，開隆堂，（，ｐ，７５一８１. ４）技術ｏ家庭科研究会編，技術ｏ家庭学習指導書（上）技術系列金属加工編．開隆堂，（１９８４），ｐ．８５一１４Ｑｐ・２２２一２２３，. ４０（）.

(12) . ガストーチラソプを用いた金属の熱処理実験. ５）村田昭治，山西謙二，間田泰弘，技ｏ家の科学的な指導（１９８２），，ｐ．１６４一１６９，ｐ，１７０一１７１. ６）馬場信雄，石毛フミ子，林雅子編，教科書１００．. ４１. 木材加工ｏ金属加工編，開隆堂，. ）１９８４新しい技術・家庭（上），東京書籍，（，ｐ．７９－. ７）新しい技術ｏ家庭編集委員会編，新しい技術ｏ家庭（上）＜技術編〉教師用指導書，東京書籍，（１９８４）．，ｐ，２３９一２４９，ｐ．２８４一２８８. ８－１１９８３）７１８）長岡金吾，機械材科学（改訂３版），，工学図書，（，ｐ，６２一７７，ｐ．１４１９８４）３８一４５６８－７５９）大和久重雄，ＪＩＳ鉄鋼材料入門．大河出版，（ｐｐｐ．，．．，，１５８一１６７，１１９８５）１１０－３５１０）日本熱処理技術協会編，熱処理ガイドブック基礎編，大河出版，（．，ｐ，２８一２４１９８４）３７１１）日本熱処理技術協会編，熱処理技術入門．大河出版，（ｐ，，．. ４１（）.

(13)