| 科目名 |
実用金属材料学 |
| 担当教員 |
門馬 義雄 |
| 対象学年 |
1年,2年,3年 |
クラス |
院：専門001 |
| 講義室 |
Ｂ１０５ |
開講学期 |
１学期 |
| 曜日・時限 |
月２,木２ |
単位区分 |
選択 |
| 授業形態 |
一般講義 |
単位数 |
2 |
| 準備事項 |
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| 備考 |
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| 授業の詳細1 |
講義の目的
各種構造物や容器として、今日、広く用いられている鉄鋼及び非鉄金属合金について、その製造から利用を経て廃棄に至るプロセスを概観しながら、それぞれの金属材料の応用に必要とされている特性を化学組成や微細組織の制御により、どのように発現させているかを学ぶ.具体的な例としては、炭素鋼、鋳鉄、低合金鋼、ステンレス鋼、超合金、アルミニュウム合金、チタン合金などをとりあげ、それぞれの製造・加工・応用について述べる.また、金属材料の環境負荷評価に基づくエコマテリアルの視点からの研究開発の動向についても考察する.この講義は，実社会において，製造業における材料開発や材料応用および関連する業種での活躍を目指す学生を対象としたものである．
In this course we cover engineering steels and alloys widely used for structures and Vessels in modern societies. The particular properties associated with each type of steeland alloy are resulted from the processing history and microstructural controlling of the material. We learn the families of carbon steel, low alloy steel, stainless steel, superalloys, aluminum alloys and titanium alloys. The technology we examine includes processing, melting, and forming of the material to meet the requirements of applications.
We also review the trend of R&D towards the ecomaterials in the future |
| 授業の詳細2 |
授業の詳細2 講義の進め方
教員による解説と話題提供を中心とするが、一部、院生による金属材料のリサーチ・トピックスの紹介を含める.
達成目標
金属材料の利用に関する基本的な知識と技術的課題に関する視野の獲得．環境調和型材料技術の現状と展望．
授業の詳細3 講義計画
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| 授業の詳細3 |
授業の詳細3 講義計画
第１回 講義内容の俯瞰、金属材料の分類
各種金属材料がどんな箇所にどの程度、 使用されているかや
金属材料のマテリアルフローなどを概説する.金属材料の種類と
おおまかな特徴を述べ、特性・コスト・入手性・環境負荷などの
因子をどのようにして最適化するかを学ぶ.
第２回 鉄鋼材料の基礎
鉄-炭素系状態図から炭素鋼における熱処理と相変態中心に鉄鋼
材料の特性を変化させる技術とその材料科学的な背景を講義する.
また鋼のリサイクル性質についても言及する.
第３回 鉄鋼材料Ⅰ－炭素鋼
最も代表的な鉄鋼材料である炭素鋼の製法・特性を述べる.機械的
な特性ばかりでなく対環境性や電磁気特性についても学ぶ.
第４回 鉄鋼材料Ⅱ－低合金鋼
炭素鋼をベースにNi, Cr, Mo などの合金元素を少量添加し、加工熱
処理などにより、大幅に特性改善をはかった材料が低合金鋼である.
このクラスの材料はエコマテリアルの観点からも優れている.
第５回 鉄鋼材料Ⅱ－ステンレス鋼
低炭素鋼にかなりの量の NiやCrを添加して耐蝕および耐熱性を大幅
に向上させたものがステンレス鋼である.ファイルェライト系、オー
ステナイト系および２相ステンレス鋼の製法と特性を学ぶ.
第６回 超合金
ガスタービンやジェットエンジンの心臓部に使われてスーパー
アロイは極限的な材料特性を発揮ざせるために、高度な材料プロセス
により製造されている.高温で過酷な環境に耐えるのに必要な材料
特性の発現メカニズムを考える.
第７回 鋳物及び鋳造合金
歴史的に人類が最初に利用した金属材料は鋳物であった.今日でも
生産コストの面から鋳造合金が主役を閉めている分野がある.
第８回 金属材料の環境劣化（腐食防食）
酸素や水素は金属の表面から内部に入り込み、化合物を生成して、
材料特性を著しく劣化させることがある.そのメカニズムと対策に
ついて学習する.
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| 授業の詳細4 |
授業の詳細4 第９回 金属材料の溶接と溶接材料
長大橋や高層ビルなどの大型構造物に使われている金属材料は溶接
あるいは接合と呼ばれる技術で組み立てられている.同種および異種
の金属材料を接合させるための技術と、そこで用いられている材料に
ついて学ぶ.
第10回 アルミニュウムとマグネシュウム合金
軽金属と呼ばれる、これらの合金は微量の金属間化合物を析出分散
させることにより劇的に強度を上昇させることができる.航空宇宙
分野の基本材料として非金属系の複合材料と競合している.
第11回 チタン合金
チタンは地球上に比較的大量に存在する金属で軽く、高い強度の合金
を作る.一般的には脆いチタン合金を成分調整と組織制御により、
延性向上を目指している研究開発について解説する.
第12回 エネルギー分野の金属材料
蓄電池、原子力、水素貯蔵（燃料電池）、地熱発電、風力発電などで
利用されている金属材料の多様性を学ぶ.
第13回 特殊用途の金属材料
対摩耗、彫塑性、形状記憶、超伝導など、いわゆる先端材料の分野
で活躍している金属材料の具体例を採り上げて、他の材料との対比
を検討することにより、金属材料の有利性を明らかにすることが
できる.
第14回 金属材料のエコマテリアル性
金属座が功績から精錬・溶解・加工を経て実用に供された後に再利用・
リサイクルされる課程を学ぶ.鉄鋼やアルミ合金のように、高度にリ
サイクルされているものと、そうでない材料との違いを学ぶ.
第15回 期末試験
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| 授業の詳細5 |
Syllabus
1. Classification of Engineering Steels and Alloys
We need to identify the type of steels and alloys used for each application. The features and performance for each class of the material will be discussed together with the properties, cost, availability and environmental load.
2. Fundamentals of Steel
The topics here are the processing of plain carbon steel: heat treatment and transfor-mation. How to change the properties of a steel through the mechanisms based on the materials science. We also learn the decidability of steel products.
3. Steel 1 - Carbon Steel
The carbon steel is the basis of metallic materials. We learn the processing and properties of the steel. The interaction of the steel with the environment, and other properties in addition to the mechanical ones will be discussed.
4. Steel 2 - Low Alloy Steel
If we add a small amount of the alloying elements such as Ni, Cr and Mo to the low carbon steel and the proper thermo-mechanical treatment, the improvement of mechanicalproperties is remarkable. The class of the steel is also known by lower environmental load, thus a good candidate of the ecomaterial.
5. Steel 3 - Stainless Steel
The addition of more alloying elements of Ni and Cr to the low carbon steel makes a family of steels with good anti-corrosion and heat-resistant properties: stainless steel. The production and properties of ferritic, austenitic and dual phase stainless steels will be covered.
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| 授業の詳細6 |
, austenitic and dual phase stainless steels will be covered.
6. Superalloys
The superalloys used in the heart of gas turbines and jet engines are most expensive materials we use today. They can withstand severest environment of very corrosive and high-temperature. Unique processing technology has been developed for this family of material.
7. Casting and Cast Alloys
The first metallic material the mankind found was the casting. In some applications still we used the casting process for better performance with low cost.
授業の詳細7 8. Degradation of Metallic Materials (Corrosion and counter-measure)
Oxygen and hydrogen can penetrate into the metal and form compounds that eventually deteriorate the materials properties. We learn the mechanism and how to cope with the chemical attack.
9. Welding of Metals
In order to build the gigantic bridges and skyscrapers the welding and joining similar and dissimilar metals are required. We learn the welding process and related technology.
10. Aluminum and Magnesium Alloys
Here we cover a family of metals called the light metals. They have versatile applications to housing and aerospace structures. The secret here is to control the strength by heat treatment of aging.
11. Titanium Alloys
Titanium is one of common metals found on the earth and has good properties. The R&D efforts to make the intrinsically brittle Ti alloy into ductile one is still active theme of the materials science.
12. Steels and Alloys Applied to Energy Systems
Batteries, nuclear power, fossil power, hydrogen storage (fuel cells) geothermal power, and wind power generation are another examples of the versatility of steels and alloys.
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| 授業の詳細7 |
授業の詳細8 13. Metals for Special Applications
There are yet another applications such as abrasive-resistant, superplastic, shape memory, superconducting alloys. They are often called the advanced materials.
We can compare the merits of the advanced materials with other existing ones.
14. Metals as Ecomaterial
Metals are processed from the ore, smelting, refining, hot and cold working to yield the product. After years of service they must retire safely. A good amount of life cycle assessment studies are available for steels and aluminum alloys
15. Final Examination
授業の詳細9 テキスト：使わない、プリントを随時配布
参考書：
1) JISハンドブック鉄鋼ⅠⅡ、非鉄、熱処理、日本規格協会
2) 鈴木朝夫編「金属材料活用辞典」、産業調査会（2000）\29,800
3) 西川精一「金属工学入門」、アグネ技術センター（2001）、ISBN4-900041-92-0, \6,000
4) 大和久重雄「 鉄鋼材料選択のポイント」、日本規格協会（1992）ISBN4-542-30389-6 \1,900
5) 高橋恒夫「新版 非鉄金属材料選択のポイント」、日本規格協会（1994）ISBN4-542-30363-2 \3,495
6) 田中良平編「ステンレス鋼の選び方・使い方」、日本規格協会（1994）ISBN4-542-30370-5, \4,500
7) 谷野 満・鈴木 茂「鉄鋼材料の科学」内田老鶴圃（2001）ISBN4-7536-5615-2 \3,800
成績評価： ４回の課題(50%)と期末試験（50%）
履修上の注意：
備 考：
履修前の受講が望ましい科目： 材料科学、材料の構造と性質、材料の変形と破壊
Text(s): Handouts
Reference(s): Ashby and Jones: Engineering Materials 1&2, Butterworth-Heinemann,
JIS Handbook Steels, Nonferrous Materials, Heat Treatment, Welding, JSA
Evaluation Procedure: Report Assignment (50%) and Final Examination (50%)
授 |
| 授業の詳細8 |
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| 授業の詳細9 |
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| 授業の詳細10 |
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