非鉄金属材料
アルミニウム合金の系列と質別、GPゾーンと過時効、合わせ板、Al-Li合金、タフピッチ銅とばね用の銅合金、マグネシウム合金の記号と耐食性、チタン合金の組織、Ni基の718合金を3択問題で確認できます。
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非鉄金属材料の要点
非鉄金属材料の中心はアルミニウム合金で、展伸材は4桁の番号の千の位で主な添加元素を、O・H・Tなどの質別記号で加工と熱処理の状態を表します。2000系・6000系・7000系は溶体化処理と時効によって、GPゾーンから中間相を経て平衡相へ進む析出で強化され、過時効の質別は強度と耐食性の釣り合いを変えるために使われます。軽さを生かすには、比強度や比剛性、部材の形に合った指標で比べることが大切です。
銅は導電率が高く、酸素を含むタフピッチ銅と無酸素銅を用途で使い分け、ばねには固溶強化と加工硬化のりん青銅や、析出硬化のベリリウム銅を使います。最も軽い構造用金属であるマグネシウム合金は、不純物がつくる局部電池による腐食に注意が必要です。チタン合金は加工と冷却の条件で組織を作り分け、Ni基合金はγ'やγ''の析出で高い温度まで強さを保ちます。
非鉄金属材料の問題一覧（15問）
- アルミニウムの展伸材の合金番号(4桁)の千の位と、主な添加元素の組み合わせとして正しいものはどれか。
- マグネシウム合金の記号(ASTMの方式)で、ダイカストに広く使われる「AZ91」が表すものとして正しいものはどれか。
- アルミニウム合金の質別記号のうち、5052合金などに使われる「H34」が表すものとして正しいものはどれか。
- 架空送電線にアルミニウムが使われる理由を、同じ長さで同じ電気抵抗をもつ導体の質量で比べて考える。導電率をアルミニウム61% IACS、銅100% IACS、密度をアルミニウム2.70 g/cm³、銅8.96 g/cm³とすると、アルミニウムの導体の質量は銅の導体の約何倍か。
- 航空機の外板に使う2024合金などの板では、両面に純アルミニウムやAl-Zn合金の薄い層を圧延で接合した合わせ板(アルクラッド)が使われる。この層の主な役割として正しいものはどれか。
- Al-Cu合金を溶体化処理して急冷したあと時効すると、析出物はおよそ GPゾーン → θ'' → θ' → θ(Al₂Cu)の順に変わる。GPゾーンについての説明として正しいものはどれか。
- 7075合金の厚板や鍛造品では、最高強度が得られるT6よりも、時効を進めたT73(過時効)が選ばれることがある。その主な理由として正しいものはどれか。
- アルミニウムにリチウムを加えると、1 mass%あたり密度が約3%下がり、ヤング率が約6%上がるとする。Liを2.0 mass%含むAl-Li合金の比剛性(ヤング率/密度)は、純アルミニウムの約何倍か。変化は加えた量に比例するとする。
- タフピッチ銅(酸素を0.02〜0.05%程度含み、その多くがCu₂Oとして分散している銅)を、水素を含む還元性の雰囲気で加熱したり、ガス溶接やろう付けをしたりすると、もろくなることがある。その原因と対策として正しいものはどれか。
- ばねやコネクタに使う銅合金のうち、りん青銅とベリリウム銅の強化の仕組みの組み合わせとして正しいものはどれか。
- マグネシウム合金の耐食性は不純物のFe、Ni、Cuの量に大きく左右され、高純度のAZ91DなどではFeやNiの上限が0.005%程度以下とごく低く決められている。その理由として正しいものはどれか。
- 曲げ剛性が同じになるように厚さを変えて設計する平板を、アルミニウム合金(ヤング率70 GPa、密度2.70 g/cm³)からマグネシウム合金(ヤング率45 GPa、密度1.74 g/cm³)に替える。板の面積は同じで、曲げ剛性は E×(厚さ)³ に比例するとすると、マグネシウム合金の板の質量はアルミニウム合金の板の約何倍か。
- Ti-6Al-4Vなどのα+β型チタン合金では、β変態点より上から冷却すると板状のαが束になった層状組織に、β変態点より下で加工して焼なますと等軸のαを含む組織になる。この2つの組織の性質の違いとして正しいものはどれか。
- α型やα+β型のチタン合金の設計では、α相を安定にする元素の効果をアルミニウム当量 [Al]eq = [Al] + [Sn]/3 + [Zr]/6 + 10[O](mass%)でまとめ、約9を超えないようにする目安がある。Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金で酸素を0.10 mass%含むとき、[Al]eqはどれに最も近いか。
- Ni基合金の718合金(Ni-Cr-Fe系でNbを約5%含む)は、ジェットエンジンのディスクなどに広く使われる。この合金の強化と特徴についての説明として正しいものはどれか。