物理・化学の基礎

原子構造、結合、結晶格子、合金元素、物理的性質 — 材料学の最下層。

金属がそういうふうに振る舞うのは、原子が特定の仕方で結合しているからだ：金属結合が導電性、変形しやすさ、光沢を与える。原子構造を理解すれば、なぜ合金化が効くのか、なぜ鋼が硬くなるのか、なぜ錆ができるのかがわかる。これが材料学の一番下の層だ。

金属は混沌と固まるのではなく、規則正しい結晶格子で固まる。鉄は加熱で格子を変える — まさにこの変化が焼入れ、焼戻し、マルテンサイトの原因だ。格子タイプを知れば、鋼の冶金で最も重要な変態がわかる。

鋼は鉄に狙いを定めた添加物を加えたもの——そして各合金元素にははっきりした役割がある。炭素は焼入れ可能にし、クロムは錆びなくし、ニッケルは靭性を上げ、マンガンは硫黄を固定し、モリブデンは孔食から守る。元素の働きを知ってりゃ、どんな材料名も開いた本のように読める。

どの材料にも物理的なクセがある：熱伝導、膨張、融点、電気的・磁気的性質。これらが、金属が溶接でどうひずむか、どれだけ熱を奪うか、磁化するかどうかを決める。知っていれば、ひずみや磁気吹きやビード欠陥を避けられる。