令和6年度 I-4-4

解説

この問題で問われていること

材料に関する5つの記述のうち、最も不適切なものを選ぶ問題。ステンレス鋼の定義、比強度の定義式、電気抵抗率の大小関係、ダイヤモンドの用途、水素脆化についての知識が問われている。

解き方

① 比強度=引張強さ÷密度、比剛性=ヤング率÷密度
② ②は比強度を「ヤング率を密度で割る」としており、比剛性と混同している
③ ②

正解が正しい理由

比強度は『引張強度÷密度』で定義される指標で、単位密度当たりの強さを表す。一方、ヤング率を密度で除した量は比剛性(比弾性率)と呼ばれる別の指標である。したがって、比強度を『単位密度当たりの引張強度』としながら『ヤング率を密度で除して求められる』とする②は、比強度と比剛性を混同しており最も不適切である。

各選択肢について

• ① JIS G 0203ではステンレス鋼はクロム含有率10.5%以上と定義されており、10%未満の鉄系合金はステンレス鋼ではないという記述は適切である。
• ② 比強度は引張強度÷密度であり、ヤング率÷密度は比剛性である。前半(単位密度当たりの引張強度)と後半(ヤング率を密度で除す)が食い違っており不適切。これが正答。
• ③ 20℃の電気抵抗率は、純銅1.68×10⁻⁸、純金2.44×10⁻⁸、純鉄9.70×10⁻⁸Ω·mで、純銅<純金<純鉄の関係が成り立つため適切である。
• ④ 適切。ダイヤモンドは極めて硬く熱膨張率も小さいため、切削・研削工具の素材として用いられる。
• ⑤ 適切。水素の吸収によって金属材料の延性・靱性が低下する現象を水素脆化と呼ぶ。

覚えるべきポイント

比強度(引張強度÷密度)と比剛性(ヤング率÷密度)は、どちらも「単位密度当たりの物性値」という点で似ているが、分子に用いる物性値(強度か弾性率か)が異なる別の指標であることを区別しておく。