金属材料の基礎

金属材料はものつくりの最も基本となる分野である。また、技術者にとって金属材料の基礎を理解することは各種製品設計においても必要な事項である。 　本講座において、第1章で金属を構成する原子のことや周期表による元素の分類・特徴、金属の結晶構造 (体心立方格子、面心立方格子など) について説明する。第2章では金属の変態、合金の構造 (固溶体、金属間化合物など) 及び金属の拡散について述べる。第3章では2元系の基本状態図 (共晶型、全率固溶体型、偏晶反応型、包晶反応型など) について説明する。第4章では金属の塑性変形、格子欠陥、転位、加工硬化・回復、クリープ、疲労破壊などについて述べる。第5章では、金属の強化法とそのメカニズム (時効硬化、結晶粒の微細化、マルテンサイト変態など) を説明する。第6章では金属材料の各種試験方法 (顕微鏡観察、硬さ試験、引張試験、衝撃試験、疲労試験、クリープ試験、曲げ試験など) について述べる。 　本講座では金属材料の基礎について、製造メーカーや材料メーカーの若手技術者、また現場の技術者が理解できるようにわかり易く説明したい。本講座は、メーカーの現場の技術者や設計技師にも実務を行う上で大いに役立つと考える。

1. 金属と結晶構造
   1. 原子
   2. 金属結合
      1. イオン結合
      2. 共有結合
      3. 金属結合
      4. ファン・デル・ワールス結合
   3. 周期表
      1. 典型元素
      2. 遷移元素
      3. 希土類元素
   4. 原子の大きさ
   5. 金属の結晶構造と特性
      1. 体心立方格子
   6. ,2 面心立方格子
      1. 稠密六方格子
   7. 結晶面および結晶方向
2. 金属の変態と合金の構造
   1. 同素変態
   2. 磁気変態
   3. 固溶体の構造
      1. 置換型固溶体
      2. 侵入型固溶体
   4. 規則格子
      1. 規則格子の概要
      2. 短範囲規則と超範囲規則
   5. 金属間化合物
   6. 金属の固体拡散
      1. 固体拡散の概要
      2. 拡散係数
3. 相律と2元系平衡状態図
   1. 相、成分および相律
      1. 相
      2. 成分
      3. 相律
   2. 状態図の構成
   3. 1成分系 (純金属)
   4. 基本状態図I (単一共晶型)
   5. 基本状態図II (全率固溶体型)
   6. 基本状態図III (相互溶解度を有する偏晶反応型)
   7. 基本状態図IV (包晶反応型)
   8. 基本状態図の見合わせ
      1. お互いに溶け合わない場合
      2. 金属間化合物を形成する場合
      3. 2相領域がループとなる場合
4. 金属の塑性変形と格子欠陥
   1. 塑性変形
   2. 変形機構としてのすべりと双晶
      1. すべり
      2. 双晶
   3. 格子欠陥
      1. 点欠陥
      2. 線欠陥
      3. 面欠陥
   4. 転位とその性質
      1. 刃状転位
      2. らせん転位と混合転位
      3. 転位密度
      4. 転位の性質
   5. 加工硬化、回復および再結晶
      1. 加工硬化
      2. 回復
      3. 再結晶
      4. 再結晶温度
      5. 結晶の成長
   6. クリープ、疲労および破壊
      1. クリープ
      2. 疲労
      3. 破壊
5. 金属の強化機構
   1. 溶質原子の固溶による強化
   2. 点欠陥による強化
   3. 加工による強化
   4. 結晶粒微細化による強化
   5. マルテンサイトによる強化
      1. マルテンサイト変態
      2. マルテンサイトによる効果の機構
      3. オースフォーミング
   6. 時効硬化による強化
      1. 過飽和固溶体の事項による相分解
      2. 析出による強化の機構
6. 金属材料の試験方法
   1. 金属組織の観察
      1. マクロ組織観察
      2. 顕微鏡組織観察
      3. 金属顕微鏡
      4. 電子顕微鏡
   2. 材料試験
      1. 硬さ試験
         1. ブリネル硬さ
         2. ビッカース硬さ
         3. ロックウェル硬さ
         4. ショアー硬さ
      2. 引張試験
         1. 応力 – ひずみ曲線
         2. 真応力 – ひずみ曲線
      3. 衝撃試験
      4. 曲げ試験
      5. 抗折試験
      6. クリープ試験
      7. 疲労試験