日本語
メニュー

凝固と鋳造組織

純金属の多くはなめらかに丸みを帯びた固液界面で成長するのに対し、SiやBiは平らな結晶面(ファセット)に囲まれて成長しやすい。この違いを説明する目安として正しいものはどれか。

  1. A融点が高い物質ほど界面の原子が動きにくく、融点が約1000℃を超える物質はどれもファセットをもって成長する
  2. B熱伝導率が低い物質ほど潜熱が界面から逃げにくく、局所的に過熱された面がファセットになる
  3. C融解エントロピーが大きい(ΔSf/R が約2より大きい)物質ほど界面が原子的に平らになり、ファセットをもつ
答えと解説を見る

正解：C. 融解エントロピーが大きい(ΔSf/R が約2より大きい)物質ほど界面が原子的に平らになり、ファセットをもつ

ジャクソンの理論では、界面の粗さは融解エントロピーを気体定数で割った α ≈ ΔSf/R で決まります。金属の多くは α が約1で、界面が原子的に粗く、どこにでも原子が付けるので、わずかな過冷却で連続的に成長します(ノンファセット)。Siは α が約3.6と大きく、界面が原子的に平らになり、段差のところでしか原子が付かないので、ファセットに囲まれた形で成長し、より大きな過冷却を要します。融点の高さで決まるのではなく、融点が約1540℃の鉄もノンファセットです。熱伝導率も形を決める主な因子ではありません。Al-Si合金の共晶Siが板状になるのも、Siがファセット成長するためです。

誤りを報告

この分野を解く 分野ページへ

凝固と鋳造組織のほかの問題

  1. 合金の一方向凝固で、平らだった固液界面が凹凸のある界面に変わる原因となる組成的過冷についての説明として正しいものはどれか。k < 1 の合金とする。
  2. 組成的過冷が起こらず平らな界面で凝固する条件は G/V ≥ ΔT₀/D_L で表される(Gは界面の液相側の温度勾配、Vは成長速度、D_Lは液相中の溶質の拡散係数、ΔT₀ = mC₀(1 − k)/k は凝固温度範囲)。Al-2.0 wt%Cu合金(液相線の傾きの大きさ m = 3.4 K/wt%、k = 0.17、D_L = 3.0×10⁻⁹ m²/s)を V = 1.0×10⁻⁵ m/s で成長させるとき、平らな界面を保つのに必要な最小の温度勾配はどれに最も近いか。
  3. 合金の凝固で、温度勾配Gと成長速度Vを変えたときの固液界面の形と組織の細かさについての説明として正しいものはどれか。
  4. FCCやBCCの立方晶の金属でデンドライトが成長するとき、幹と枝が伸びる結晶方位と、それが鋳物の柱状晶に与える影響についての説明として正しいものはどれか。
  5. アルミニウム合金の鋳物の二次デンドライトアーム間隔 λ₂ と冷却速度Ṫのあいだに λ₂ = A·Ṫ^(−1/3) の関係があるとする。冷却速度1.0 K/sの部分で λ₂ = 50 µm だった。冷却速度125 K/sの部分の λ₂ はどれに最も近いか。