平成30年度 I-4-4

解説

この問題で問われていること

金属の変形や破壊に関する4つの記述(塑性の原因、結晶粒径と降伏応力、変形に伴う格子欠陥の増加、疲労破壊の定義)の空欄補充問題。

解き方

① 金属の基本: 塑性=自由電子があるので原子がずれても結合が切れない、結晶粒が小さいほど強い、変形が進むと加工硬化、疲労破壊=繰返し負荷による破壊
② ア=自由電子で①②③。ウ=加工硬化で②
③ ②

正解が正しい理由

(A)金属の塑性は、自由電子が存在するために原子の移動が比較的容易で、移動後も結合が切れないことによる。(B)結晶粒径が小さくなるほど、粒界による転位の移動の妨げが増え、降伏応力は大きくなる(ホール・ペッチの関係)。(C)多くの金属は、室温での変形が進むにつれて格子欠陥(転位)が増加し、変形しにくくなる加工硬化を示す。(D)疲労破壊は、繰返し負荷によって引き起こされる破壊である。したがってア=自由電子、イ=小さく、ウ=加工硬化、エ=繰返し負荷の②が正しい。

各選択肢について

• ① ウが「加工軟化」となっている点が誤り。室温での変形が進むと格子欠陥が増加し、材料は硬くなる(加工硬化)。
• ② ア=自由電子、イ=小さく、ウ=加工硬化、エ=繰返し負荷が金属の変形・破壊の原理と一致しており、これが正答。
• ③ イが「大きく」、ウが「加工軟化」、エが「経年腐食」となっている点が誤り。結晶粒径は小さいほど降伏応力が大きく、疲労破壊は繰返し負荷による破壊である。
• ④ アが「同位体」、イが「大きく」、エが「経年腐食」となっている点が誤り。金属の塑性は自由電子の存在に起因し、疲労破壊は繰返し負荷による破壊である。
• ⑤ アが「同位体」、ウが「加工軟化」となっている点が誤り。同位体は塑性と無関係で、変形が進むと加工硬化する。

覚えるべきポイント

金属の結合(金属結合)は自由電子によるため、原子がずれても結合が保たれ、塑性変形しやすい。結晶粒が小さいほど強度が高い(ホール・ペッチの関係)、塑性変形で転位が増えると硬くなる(加工硬化)、繰返し負荷で起こる破壊が疲労破壊、という基本事項を押さえる。