令和7年度 I-4-3

解説

この問題で問われていること

金属材料の性質に関する5つの記述のうち、最も不適切なものを選ぶ問題。被削性、結晶構造、結晶粒径と強度の関係、再結晶、衝撃試験に関する知識が問われている。

解き方

① 結晶粒は小さい(細かい)ほど強い(ホール・ペッチの関係)
② ③は「粗大化させると強度が上がる」で逆。①硫黄快削鋼、②体心立方は2個、④再結晶で延性回復、⑤シャルピー試験=じん性、はいずれも正しい
③ ③

正解が正しい理由

③は「鋼材は結晶粒を粗大化させることにより強度を向上させることができる」としているが、実際にはホール・ペッチの関係により、結晶粒を微細化する(小さくする)ほど降伏強さなどの強度が向上することが知られている。結晶粒を粗大化させると、粒界による転位の移動阻害効果が弱まり、むしろ強度は低下する。したがって③の記述が誤りであり、これが正答。

各選択肢について

• ① 硫黄はMnSなどの介在物を形成して切りくずを分断しやすくするため、硫黄含有量の多い鋼材(快削鋼)ほど被削性に優れるという記述は正しく、不適切な点はない。
• ② 体心立方構造(BCC)の単位胞は、頂点8個(各1/8が単位胞に属する)と中心1個の原子から構成され、原子数は8×1/8+1=2個となるため、この記述は正しく、不適切な点はない。
• ③ 結晶粒を粗大化させると強度が向上するという記述は、ホール・ペッチの関係(結晶粒微細化により強度が向上する)と逆であるため誤りであり、これが正答。
• ④ 加工硬化した金属を加熱し再結晶させる(焼鈍する)と、内部のひずみが解消され延性が回復・増加するという記述は正しく、不適切な点はない。
• ⑤ シャルピー衝撃試験は衝撃荷重下の吸収エネルギー測定で金属材料のじん性(脆性・延性の程度)を評価する標準的な試験法であり、この記述は正しく、不適切な点はない。

覚えるべきポイント

ホール・ペッチの関係により、結晶粒は微細化するほど強度(降伏強さ)が向上する。「粗大化で強度向上」という記述は典型的な誤りパターンなので、「結晶粒は小さいほど強い」と正しく覚えておく。