金属組織(金相)分析で分かること

切断・研磨・腐食(エッチング)して相を現したうえで、高倍率(数十〜数千倍)で見る鋼の内部組織です。

代表的な相にはマルテンサイト(硬い)、パーライト、フェライト、加えて結晶粒があり — これらが合わさって熱処理が成功したかを示します。

採取位置と方向は、知りたいことに答えられるように選びます。硬化層深さならねじ谷底を通す断面、割れなら割れに直交する断面です。埋込み、研磨、仕上げ研磨、最終処理では、エッジを丸めず試料を過熱させないことが要点です。

腐食前の面でも介在物、ポロシティ、割れの一部は見えます。相や結晶粒界を出すには適切なエッチングが必要です。ISO/TR 20580:2022 と ASTM E3/E407 が試料調製とエッチングの参考になります。

調製が悪いと、傷、脱落、加工変質層が生じ、実在する欠陥と見誤られます。断面位置、調製方法、腐食液は必ず記録してください。

• フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトを見分け、熱処理が狙いどおりに入ったかを確認します。
• 表面硬化層の深さを測り、脱炭層の有無を明らかにします。
• 結晶粒度、割れ、ポロシティ、介在物を調べます。
• 同一ロットの合格品と不良品を突き合わせます。
• 履歴、硬さ、化学成分、破面の証拠と組み合わせることで、不具合解析の根拠になります。

見え方は合金、エッチング液、倍率、照明、試料調製で変わります。「黒か白か」だけで相を決めず、材料、工程履歴、適切な標準組織と比較してください。

低炭素鋼は焼入れ前にフェライトとパーライトを示すことが多く、適切な焼入れでマルテンサイト組織が得られます。焼戻しは時間と温度に応じてその微細な見え方を変えます。硬さデータを併せると、判読が特性と整合しているかを確認できます。

高い確度が必要な作業、新規ロット、品質問題が疑われるときに。

ロットからサンプルを切り出し、組織を観察し、画像付きの報告書を発行します。

金属組織試験は破壊試験であり、観察できるのはごく小さな面積です。正常な視野が一つあってもロット全体が正常だとは言えず、異常な視野が一つあれば、それが代表的なのか局所的なのかを判断しなければなりません。

原因究明の結論は、問題に応じて硬さ分布、ミルシート・化学成分、炉の記録、めっき履歴、破面の証拠を組み合わせて導きます。