変 態（へんたい）
Phase Transformation
冶金学（金属工学）用語
金属が温度や圧力の変化によって、結晶構造や原子の配列が変化する現象全体を指す。
物質の化学組成は変わらず、原子の配列が変化することで起こる。
金属の変態は、原子の動き方によって大きく2つに分類される。
この変態利用し、制御することが、熱処理の核心であり、金属材料の機械的性質（強度、硬さ、靭性など）を意図的に変化させるために不可欠となる。
変態の大分類
変態は、大きく「拡散型変態」と「無拡散型変態」に大別できる。
→ 拡散型変態をくわしく見る
→ 無拡散型変態を詳しく見る
| ■ 拡散型変態 (Diffusional Transformation) |
| 原子の拡散（移動）を伴う変態。比較的ゆっくりと進行し、温度変化に応じて新しい安定な組織が形成される。 ■ 同素変態（同質多形変態）(Allotropic Transformation） 同じ元素が複数の結晶構造を持つ現象で、代表的な変態は、純鉄が低温の体心立方格子（BCC）構造から高温の面心立方格子（FCC）構造に変わる変態。 ■ 共析変態 (Eutectoid Transformation) 炭素鋼をゆっくり冷却した際に、オーステナイト（γ-Fe）からフェライト（α-Fe）とセメンタイト（Fe3C）が層状に析出する現象。 ■ 包析変態 (Peritectoid Transformation) 2つの固相が反応して、別の1つの固相になる反応。 |
| ■ 無拡散変態（マルテンサイト変態）(Diffusionless Transformation) |
| ■ マルテンサイト変態 (Martensitic Transformation) 鋼の焼入れ処理で起こる代表的な変態。 原子の拡散を伴わず、せん断変形によって結晶構造がほぼ瞬時に変化する変態。 高温のオーステナイト（γ-Fe）を急冷することで、炭素原子が拡散する間もなく、硬くて脆いマルテンサイト組織が形成される。 ■ 準マルテンサイト変態 (Quasi-martensitic Transformation) マルテンサイト変態と似ているが、変態に伴うエネルギー変化やひずみが非常に小さく、可逆性が高い（元に戻りやすい）ものを指すことがある。 ■ シャッフル変態 (Shuffle Transformation) マルテンサイト変態が「せん断（格子を斜めに引き延ばす動き）」を主とするのに対し、格子の中の原子がほんのわずかに位置を変える（シャッフルする）だけで構造が変わる現象。 格子全体の大きな形状変化を伴わず、ユニットセル内の原子の微調整で完了する。 セラミックスや一部の合金で見られる相転移。 |
その他の変態
| ■ その他の変態 (Miscellaneous Transformations) |
| ■ 磁気変態 (Magnetic Transformation) 磁気変態は、結晶構造は変化しないものの、磁性が変化する現象。 鉄は770℃のキュリー点で強磁性体から常磁性体に変態する。 この変態は、鉄鋼材料の熱処理における重要な変態点の一つである。 ■ 液相変態 (Liquid-phase Transformation) 液相変態は、材料が溶融状態から固体に変化する際に起こる変態で、凝固を指す。 冶金学の文脈では、固相変態と区別されることが一般的。 包晶反応もこの一種で、液体と固体の反応によって別の固体が生成される。 ■ ベイナイト変態 (Bainitic Transformation) 鉄鋼で見られる変態で、鉄原子は「無拡散（せん断的）」に動く一方で、炭素原子は「拡散」して移動するという、両方の性質を併せ持った複雑な変態。 ■ 規則-不規則変態 (Order-disorder Transformation) 原子の配置がバラバラな状態から、特定の格子点に特定の原子が座る「規則化」が起こる相変態（主に拡散が支配）。 |
鋳造用語 索引