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ものづくり基礎講座「工具材料」(第68回技術セミナー)(令和6年1月19日開催) |
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ものづくり基礎講座「生体材料」(第67回技術セミナー)(令和5年10月6日開催) |
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ものづくり基礎講座「耐熱材料」(第66回技術セミナー)(令和5年6月20日開催) |
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ものづくり基礎講座「導電材料」(第64回技術セミナー)(令和2年9月8日開催) |
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ものづくり基礎講座「軽量金属材料」(第63回技術セミナー)(令和2年2月18日開催) |
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ものづくり基礎講座「鉄鋼材料」(第61回技術セミナー)(令和1年10月31日開催) |
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ものづくり基礎講座「X線回折」(第59回技術セミナー)(平成31年1月30日開催) |
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ものづくり基礎講座「工具材料」(第68回技術セミナー)
(令和6年1月19日開催) |
金属製品は必ず加工を施して仕上げますが、加工のツールは製品の金属よりも強靭である必要があります。工具材料は硬さと靭性を兼備する必要があり、ダイヤモンドや炭化物や窒化物を含む金属が利用されます。一般的に硬度(強度)は摩耗性と正の相関がありますが、靭性とはトレードオフの関係にありますので、両機能を併せ持たせることは簡単ではありません。また、加工により被加工材だけでなく工具材料も昇温して強度が低下しますので、高温強度も求められます。 |
◎ 詳しい資料 【解説】、【図面】 |
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ものづくり基礎講座「生体材料」(第67回技術セミナー)
(令和5年10月6日開催) |
医療技術の発達は、これまで治療が難しかった疾病の症状を緩和したり、完治することができるようになってきました。それとともに、高度医療を支える生体材料への期待が高まっています。生体材料に使用する金属には生体親和性や細胞毒性の制限がありますが、材料科学を駆使して新たな生体材料が提案されています。図(a)は疑似体液中でのfretting摩耗における電位変化ですが、インプラント用に開発したTiNbSn合金に陽極酸化を施すことで腐食が抑制され、未処理材で見られた、abrasion摩耗(b)が抑制されていることが判ります(c)
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ものづくり基礎講座「耐熱材料」(第66回技術セミナー)
(令和5年6月20日開催) |
金属は他の素材に比べ強度と融点が高く、自動車燃焼部・ジェットエンジン・発電設備等の耐熱部材に使用されます。高温で応力を印加した環境では、金属の軟化(クリープ変形)に加え、酸素との反応(酸化)がおこるため、材料には過酷な環境です。そこで、使用温度に応じて、合金化による耐熱鋼や、鉄以外の金属を主要元素とした超合金が開発されています。図(a)は低炭素鋼にFe-40Al粉末を溶射した試料の高温酸化増量で、低圧Ar雰囲気溶射材の耐酸化性が優れ、その(b)
断面と(c) plan-view組織から、欠陥が少ないことが判ります。 |
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ものづくり基礎講座「導電材料」(第64回技術セミナー)
(令和2年9月8日開催) |
実用金属の中で銅(純銅)は最も導電性に優れた材料です。純銅の導電率を 100 とすると、銀が 106, 金が 78、純アルミが 66、純鉄が
17 となります。銅・銅合金や純アルミは導電性に優れていることに 加えて、加工性や耐食性を備えることから、特に電気器具の配線やケーブル、端子、あるいは電気・電子部品用のコネクタなどとして
身近に広く利用されている社会基盤材料です。
どの用途にしろ、導電材料では高強度化、高導電率化、加工性向上の要求が高まってきています。強度と導電率を同時に向上させるには時効析出強化機構を活用するのが有効です。つまり、合金組成や製造工程(熱処理工程や、場合によっては加工工程)の最適化によって、材料中に微細な第二相粒子を均一分散させて高強度化を図りながら、材料中の銅母相に溶け込んだ溶質元素の濃度を極力減らして高導電率化を目指します。このような組織制御は熱処理工程が入るのでコストと手間はかかりますが、従来までの廉価な固溶強化型銅合金と比較すると強度-導電性バランスを改善することが可能となります。
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ものづくり基礎講座「軽量金属材料」(第63回技術セミナー)
(令和2年2月18日開催) |
一般に、製品が軽くなると持ち運びが楽になりますが、強度が低下するというジレンマがあります。自動車や航空機などの輸送体をはじめ多くの分野で、軽量かつ高強度のニーズあります。物質の密度は固有の値ですが、強度は組織や構成相をコントロールすることで、変えることができます。下の写真は、TiとAlからなるTiAl基金属間化合物で、Tiの密度より約15%低く、高い高温強度を示します。この合金に加工熱処理
を施して組織を制御し(写真左)、ハニカム形状(写真中)
に成型します。成型材は1000℃で380%以上の引張伸びを示し、
超塑性変形能を有することが判りました(写真右) 。
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ものづくり基礎講座「鉄鋼材料」(第61回技術セミナー)
(令和1年10月31日開催) |
鉄は私たちの生活を支える、最もなじみのある金属です。成分を調整したり組織を制御することで、結晶構造や相構造を制御でき、強度や加工性等に優れた性質を得ることができます。実用的には、加工を施して熱を加える「加工熱処理」を採用することで、目的に応じた強くてしなやかな鋼材の製造が可能です。下はFe-3.25%Si鋼のリロール材を、8
Tの磁場中(a)と、通常環境下(b)で再結晶処理を施した実験結果ですが、磁場印加により再結晶の進行が遅くなり、再結晶粒はFeの磁化容易軸方向の<001>への集積が促進されることが判ります。組織観察結果と併せ微細粒超塑性が起こったことが判ります。
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ものづくり基礎講座「X線回折」(第59回技術セミナー)
(平成31年1月30日開催) |
X線は物質を透過し物質内部を調べることができます。軽量耐熱材として期待されるTiAl基金属間化合物(γ)に、成分設計を施した合金に組織制御を施すと、延性に優れるβ-Ti相との共存による(γ+β)を創製でき、優れた超塑性と拡散接合性を示します。下の写真は、組織制御材の引張試験材を透過法でX線撮影した写真です。aとbはγ単相、cとdはγ+β材で、aとcは1073K、bとdは1473Kの引張試験材です。γ単相材では結晶配向の集積が観察できますが、超塑性を示すγ+β材は認められず、
組織観察結果と併せ微細粒超塑性が起こったことが判ります。
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