『L・DK』上白石萌音&杉野遥亮インタビュー!

機械材料学なんですが、
拡散変態と無拡散変態の違いについて教えてください!!

それと、サブゼロ処理(深冷処理)の目的とか、その方法についても詳しく教えて欲しいです。。

よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

変態という現象が分かりますか?


金属材料ではbcc構造やfcc構造などをとりますが、このような構造が変化することを変態といいます。変態する理由としては、温度によって安定な状態が異なるからであり、ギブスの自由エネルギーから知ることができます。

その変態のメカニズムですが、一般に高温からゆっくりと冷却した場合は、拡散変態が起こります。
変態とは上でも述べたように構造が変化するわけですから、原子が拡散することによって変態が起こる拡散変態はイメージしやすいと思います。
それに対して、高温から急冷した場合には無拡散変態を起こします。即ち拡散を伴わずに原子が隣同士くっついたままひずむことによって構造が変化します。

拡散という現象は、原子が(熱)エネルギーを得ることによって起こるため急冷したときは、必要な熱エネルギーが得られず、拡散できません。しかし構造的には変化した方が安定な場合、変態温度からの過冷度を変態の駆動力として無拡散で変態します。また拡散できるためのエネルギーは原子の種類によって異なります(侵入型元素だったり置換型元素だったり母合金と結合力が強かったり)。そのため同じ冷却速度でも合金組成によっては無拡散変態をしたり、しなかったり、一部だけ無拡散変態をしたりします。

サブゼロ処理とは、急冷後の組織全面を、無拡散変態で得られるマルテンサイトにするために行なうもので、材料の均一化、体積変化(膨張)の抑制のために行ないます。
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Qミラー指数:面間隔bを求める公式について

隣接する2つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2) ・・・(1)

となる。

質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
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Q粒界拡散とは

粒界拡散とはどんなことでしょうか。できたら具体的な例で教えてください。おねがいします。

Aベストアンサー

拡散現象は酔歩問題(ランダムウォーク)を併せて議論されたりしますが、酔っ払いが一体どこにたどり着くかという問題に興味を持って、随分以前ですが少しだけ調べたことがあります(←大袈裟、ほんのさわりだけ)。
拡散の熱力学はmomotarosamuraiさんが書かれていますので異なる観点から少し述べてみます。
固体内の拡散機構として4つの機構が提案されています。
1)格子間機構:結晶格子間をランダム歩行しながら原子が移動。
2)空孔機構:熱励起や不純物の添加で生じた結晶中の空孔が隣接する原子と位置を交換しながらランダム歩行していく。
3)準格子間拡散機構:1)と2)を併せたようなもので、格子と格子の間に原子が移動して格子間原子となり、これが次々とランダム歩行していく。
4)リング機構:空孔のような格子欠陥の存在を必要とせず、隣接する原子同士がリングを作り、リングを作った原子が互いに同時に位置を交換し合い、この交換を順次繰り返して拡散していく。

拡散の種類として
1)固体内部の拡散を体積拡散
2)固体表面の原子が表面に沿って拡散するのを表面拡散
●3)粒界拡散:結晶粒界に沿って原子が拡散
→結晶粒界(結晶粒間に生じる界面)やその近傍では原子の配列が乱れていますので、その乱れのお陰で原子は拡散しやすいということになります。
4)転位拡散:結晶中の欠陥である転位(原子配列あるいは結晶格子の乱れが1つの線に沿って生じている欠陥)に沿って原子が拡散
尚、粒界拡散の具体例は「セラミックス」で検索されればそこそこでてくると思います。
下記URLはアルミニューム合金の拡散に関するレポートで拡散の概論を知る上で参考になると思います。

参考URL:http://inaba.nims.go.jp/diff/DIF_Hirano/DIF3/hirano3.html

拡散現象は酔歩問題(ランダムウォーク)を併せて議論されたりしますが、酔っ払いが一体どこにたどり着くかという問題に興味を持って、随分以前ですが少しだけ調べたことがあります(←大袈裟、ほんのさわりだけ)。
拡散の熱力学はmomotarosamuraiさんが書かれていますので異なる観点から少し述べてみます。
固体内の拡散機構として4つの機構が提案されています。
1)格子間機構:結晶格子間をランダム歩行しながら原子が移動。
2)空孔機構:熱励起や不純物の添加で生じた結晶中の空孔が隣接する原子と位置を交換...続きを読む

Qマルテンサイト変態による体積膨張のメカニズムについて

共析鋼をオーステナイトの状態から急激に冷却した場合、変態の完了していない部分は、約200℃までそのまま冷却され、その後、急激に膨張し始めて、室温になるまで膨張し続けるとありますが、そのメカニズムについて詳しい方がいらっしゃいましたら回答宜しくお願いします。

Aベストアンサー

こんばんは。

まず、これは「冷却速度」に関係してきます。
金属の熱処理学の場合は、共析鋼とは言っても、冷却速度によって全く違う変態、組織構成を持つということを念頭においてください。

共析鋼C0.8%で冷却速度150℃/sec、完全焼入れを想定します。
オーステナイトの状態から急激に温度が降下し、200℃付近のマルテンサイト変態点Ar"に到達するまで、オーステナイトは『過冷却』状態のまま結晶構造を変化させません。
しかし、マルテンサイト変態点に到達すると、「過冷却」が打ち破られ、マルテンサイトに変態しはじめます。
この場合、面心立法格子の過冷オーステナイトが、マルテンサイトの完全な体心立法格子に変態を起こし、急激な体積膨張をおこします。

理論的に共析鋼のマルテンサイト変態の終了点Mf点は100℃より上で、Ar"より下です。Mf点は冷却速度によらず不変です。つまりMfにはマルテンサイト変態が終了しますので、マルテンサイト変態による膨張は起きません・・・と言いたいところですが・・・・実際には室温付近までマルテンサイト変態が続き、膨張が継続します。サンプルの深部温度が表面より高いと言う意見もありますが、私は過冷却から析出の場合、確率的に結晶ごとにムラがあるためだと思います)

共析鋼より高炭素な過共析鋼(C0.8%より上)になると、室温以下までMf点が降下するので、室温まであるいはそれ以下の温度までマルテンサイト変態が継続し、体積膨張が継続します。(またMf点の降下で普通の焼入れをしても、室温より下でマルテンサイト変態をせず残っているオーステナイトを「残留オーステナイト」と言います)

また合金鋼種が変わると、メカニズム、各論が変化しますのでその時は、別の質問でお願いします。

こんばんは。

まず、これは「冷却速度」に関係してきます。
金属の熱処理学の場合は、共析鋼とは言っても、冷却速度によって全く違う変態、組織構成を持つということを念頭においてください。

共析鋼C0.8%で冷却速度150℃/sec、完全焼入れを想定します。
オーステナイトの状態から急激に温度が降下し、200℃付近のマルテンサイト変態点Ar"に到達するまで、オーステナイトは『過冷却』状態のまま結晶構造を変化させません。
しかし、マルテンサイト変態点に到達すると、「過冷却」が打ち破られ、マルテン...続きを読む

Q質量パーセントと重量パーセント

質量パーセントと重量パーセントの単位はそれぞれ違うのでしょうか?
mass% wt%というのがありますが、それでしょうか?
また、このmass%とwt%の違いも教えていただけませんか?

Aベストアンサー

質量パーセント濃度と重量パーセント濃度は同じで、mass%とwt%も同じことを表わします。
でも、混ぜて使ってはいけません。
「質量」とmass%を使うほうが望ましいと思います。

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Q降伏点 又は 0.2%耐力とはなんですか?

降伏点 又は 0.2%耐力というものを教えて下さい。
SUSを使って圧力容器の設計をしようとして、許容引張応力とヤング率だけでいいと思っていましたが、どうも降伏点 又は 0.2%耐力というものも考慮しなければいけないと思ってきました。
どなたかご助言お願い致します。

Aベストアンサー

●二つの材料強度
 金属材料の機械的特性のうち、一般に強度と呼ばれるものには
 ・引張強度
 ・降伏強度
 この二つがあります。

 引張強度はその名のとおり、引張荷重を上げていくと切れてしまう破断強度です。
 いわば最終強度です。

●降伏強度とは
 さて、ある材料を用意し、引張荷重を徐々にかけていくと、荷重に比例して
 ひずみ(伸び)が増えていきます。
 ところが、引張強度に達する前に、荷重とひずみの関係が崩れ、
 荷重が増えないのに、ひずみだけ増えるようなポイントが現れます。
 これを降伏と呼びます。

 一般に設計を行う場合は、降伏強度に達することをもって「破壊」と考えます。
 降伏強度は引張強度より低く、さらに降伏強度を安全率で割って、
 許容応力度とします。大きい順に並べると以下のような感じです。

 引張強度>降伏強度>許容応力度

●0.2%ひずみ耐力
 普通鋼の場合は降伏点が明確に現れます。
 引張荷重を上げていくと、一時的にひずみだけが増えて荷重が抜けるポイントがあり
 その後、ひずみがどんどん増え、荷重が徐々に上がっていくようになります。

 ところが、材料によっては明確な降伏点がなく、なだらかに伸びが増えていき
 破断する材料もあります。鋼材料でもピアノ線などはこのような荷重-ひずみの
 関係になります。

 そこで、このような明確に降伏を示さない材料の場合、0.2%のひずみに達した強度を
 もって降伏点とすることにしています。

●二つの材料強度
 金属材料の機械的特性のうち、一般に強度と呼ばれるものには
 ・引張強度
 ・降伏強度
 この二つがあります。

 引張強度はその名のとおり、引張荷重を上げていくと切れてしまう破断強度です。
 いわば最終強度です。

●降伏強度とは
 さて、ある材料を用意し、引張荷重を徐々にかけていくと、荷重に比例して
 ひずみ(伸び)が増えていきます。
 ところが、引張強度に達する前に、荷重とひずみの関係が崩れ、
 荷重が増えないのに、ひずみだけ増えるようなポイントが現...続きを読む

QWord 文字を打つと直後の文字が消えていく

いつもお世話になっています。
Word2000を使っているものです。
ある文書を修正しているのですが,文章中に字を打ち込むと後ろの字が消えてしまいます。
分かりにくいですが,
「これを修正します。」
という文章の「これを」と「修正します。」の間に「これから」という単語を入れたときに,その場所にカーソルを合わせて「これから」と打つと,
「これをこれからす。」
となってしまいます。
他の文書では平気です。
何か解決する方法があれば教えて下さい。

Aベストアンサー

入力モードが「挿入」(普通の入力)から、「上書き」になってしまっているのだと思われます。
キーボードに[Insert]というキーがあると思いますので、1度押してみてください。

Q凝集エネルギーについて

H2に対しては気体の測定から、レナードジョーンズパラメーターはε=50×10^-16erg,σ=2.96?であることが知られていて、この事からH2の凝集エネルギーをkJ/molの単位で求めよという問題についてなのですが、このとき計算に必要な原子の数Nは、2×(6.02×10^23)になるのでしょうか?
回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

そのLennard-Jones(LJ)パラメータはおそらくH2分子のものであり、乖離した原子水素の物ではないと思います。ですので、計算に必要な分子の数はアボガドロ個数個であり、必要かどうかは疑問ですが、その場合の原子の数はちょうど二倍の、仰るとおりの数になると思います。

Q炭素鋼の炭素含有量について

 炭素鋼の炭素含有量が多くなると硬さは硬くなるというのはわかるのですが、構造的にどう変化するのか教えてください。

Aベストアンサー

炭素量が増えるとセメンタイト(Fe3C)が増えます。このセメンタイトが硬いのです。ちなみにセメンタイトはフェライトとともにパーライトというものをつくり、炭素量が増えるほどパーライトが増えていくわけです。組織観察していただければわかると思いますが、炭素量が多くなりパーライトの割合が増えるとセメンタイトも同様に増えるので結果として硬くなるわけです。

Q全率固溶型状態図について、、、

全率固溶型状態図についてできるだけ詳しく教えてください!お願いします!!

Aベストアンサー

>できるだけ詳しく教えてください
と、言われても文字数に制限もありますし、toooruさんがどのような点をお知りになりたいのかわかりませんので、回答がつきにくいように思います。
「液相線」「固相線」「固溶体」等の用語は大丈夫でしょうか?
ある組成(均一液相)の「冷却曲線」の場合を回答します。
※成分A(融点TA)と成分B(融点TB)[TA>TB]とします。

1.冷却時にその組成での「液相線」上のある温度になると、その温度の「固相線」上の組成の固相(固溶体)が析出し始めます。
2.このとき「最初の液相の組成」と「析出する固相の組成」は異なり、CAs(:固相での成分Aの濃度)>CAl(液相での成分Aの濃度)ですから、結果として液相の組成Aの濃度は低下します。こうして液相中での成分Bの濃度が上昇し、固-液相平衡温度は低下します。
3.(2)の平衡状態を保ちながら、固相および液相中の成分Bの濃度が上昇しつつ温度が下がり、固相の成分比が最初の均一液相の組成比と等しくなった温度で全部の相が固体になります。

こうして過程(1)と(3)で冷却曲線が「折点」を2つもつ様になるのです。
取りあえずこんなもんで、いかがでしょうか?

>できるだけ詳しく教えてください
と、言われても文字数に制限もありますし、toooruさんがどのような点をお知りになりたいのかわかりませんので、回答がつきにくいように思います。
「液相線」「固相線」「固溶体」等の用語は大丈夫でしょうか?
ある組成(均一液相)の「冷却曲線」の場合を回答します。
※成分A(融点TA)と成分B(融点TB)[TA>TB]とします。

1.冷却時にその組成での「液相線」上のある温度になると、その温度の「固相線」上の組成の固相(固溶体)が析出し始めます。
2.この...続きを読む


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