2018

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April 12, 2018 ＠京都大学

構造用金属材料

2

3

�

高強度セラミックス�

ポリマー�

金属材料�

4

Ionic bonding Covalent bonding Metallic bonding

自由電子の海

•  •  •  •  5

70/92 = 76% 6

FCC

H2O

7

Body Centered Cubic (BCC：体心立方晶)�α-Fe, Mo, W, etc.�

Face Centered Cubic� (FCC：面心立方晶)�γ-Fe, Al, Cu, Ni, etc.�

Hexagonal Close Packed �(HCP：六方最密晶)�

Ti, Mg, Zr, etc.�8

0.1nm 1nm 1µm 1mm 1m

100nm 100nm 100nm

Micro/Nano-structures

1Å

9

10

降伏応力�（MPa）�

引張強さ�（MPa）�

均一伸び�（％）�

全伸び�（％）�

フェライト・パーライト�組織�

（高温からゆっくり冷却）�300� 400� 23� 37�

マルテンサイト組織�（高温から焼き入れ）�

890� 1100� 4� 15�

マルテンサイトに焼戻し�熱処理を加えた組織（600℃ x 30min）�

500� 580� 10� 35�

SS400 Fe-0.13C-0.01Si-0.37Mn-0.020P-0.004S

延性�11

フェライト� パーライト�

ベイナイト�マルテンサイト�

拡散変態�

無拡散変態�

拡散？�無拡散？�

鉄鋼材料における様々な相変態と組織

12

鋼の各種相変態組織の強度レベル�

, , 1998

鉄鋼材料の幅広い強度レベル

13

鉄（鐡）と鋼

14

Fe-C系状態図 鋼（Steel）は鉄（Fe: Iron）と炭素（C）の合金

鋼 (Steel)� 鋳鉄 (Cast Iron)�純鉄 (Iron)�

15

宇宙の歴史で 鉄（Fe）はもっとも安定な元素

Science in School http://www.scienceinschool.org/2007/issue5/fusion�

核子の数（原子番号）�

核子

1個あ

たり

の結

合エ

ネル

ギー

（核子

1個あ

たり

の質

量）

核融合�

核分裂�

16

地球の構成物質

Fe-Ni

32〜34 wt% (Fe)

4.70

17

【同素変態】同一の化学組成を有する固体の相が、別の相（結晶構造）に変化すること。�

温度�

Fe � 融点� 液相�固相�

1536℃

1392℃A

4

911℃A

3

δ

BCC

γ

FCC

α

BCC

特異�

18

温度�

Fe � 融点� 液相�固相�

1536℃

1392℃A

4

911℃A

3

δ

BCC

γ

FCC

α

BCC

770

℃

A

2強磁性� 常磁性�

19

FCC BCC

a r

FCC (001)

F

BCC

F

€

2 a = 4r

€

F =4 × 4

3π r3

a3=

2 π6

= 0.740

€

3 a = 4r

€

F =2 × 4

3π r3

a3=

3 π8

= 0.680

密度：�オーステナイト（FCC） ＞�フェライト（BCC） 鉄はオーステナイト（γ）からフェライト（α）に相変態すると、体積膨張する。�

FCC (γ-Fe

BCC (α-Fe

20

オーステナイトγ：FCC �

フェライトα：BCC �

21

γ ⇄ α 変態があるおかげで、鉄鋼は多様な相変態を通じて幅広い特性を獲得できる

l  A3 γ → α＋γ 二相域：フェライト変態

l  A1

l  γ → Ms TTT

l  γ → Ms

22