工業材料II 第１日 なぜ、機械工学に材料学が必要か？ 部材の性能と加工法は大 きく関係する。 材料力学 熱力学 流体力学 部材の 性能 加工 加工学 鍛造、 塑性力学 押出し、 鋳造法 切削 システム学 機械設計 部材の性能と材料の性 能（強度、クリープ強度、 疲労強度、耐食性な ど）は大きく関係する。 どの加工法を選ぶかは材料の 性質と大きく関係する。 材料 工業材料学 強度、加工性、耐食性、 比重、作りやすさ 材料科学 機械技術者は基本的な材料学の知識がないと設計・開発ができない。 工業材料II 第１日 なぜ工業材料を学ぶか？ ケーススタディー１；自転車メーカーＢ社の設計開発担当Ａ氏 最近、わが社は売り上げが悪 く、経営が悪化している。なん とかM社よりヒット商品をださ なくてはならない。 コンセプトは従来より軽く持ち運び ができるツーリング用自転車だ！ 自転車のフレームには何がよいかな？ １．体重100kgの重さに耐える ２．重さは７kg以下 ３．耐食性（さびない） ４．美観、意匠性 ５．値段はフレームで10万 円以下 合金鋼、ステンレス鋼、チタン、アルミ合金、マグネシウム、炭素繊維複合材料？？？ の中には五万の材料がある。他社の真似をしているだけでは競争に勝てない。 世 工業材料II 第１日 こんな新しい！形状で作ってみよう B社製より重い！ 構造の決定 （概念設計） フレーム構造 価格は10万円以下、重量は７ｋｇ以下 フレームの大きさ、肉厚など 材料の性質、 加工法からくる 制約 検討事項 材料、加工方法の決定 フレーム構造、必要なフレーム剛性 アルミニウム合金 必要な材料強度（強度、疲労強度） 押出加工と時効処理 材料候補と加工方法の可能性 溶接と熱処理 工業材料II 第１日 Ｂ社での対策会議（できる技術者とできない技術者） アルミの強度レベルから 考えるとさらに細いチュー ブに変更可能だわ。 またマグネシウム合金な ら、さらに軽量化が可能 だわ。 マグネシウムは軽量だ けど、加工性が悪いか ら、このフレームに加 工するのは無理だわ。 ダイカスト法なら可能だ けどコストがかかるわ。 たとえばマグネシウ ムは温間加工で対応 きるが、その分、強度 が下がる。一方、アル ミは冷間加工できる ため、加工硬化により 強化できる。結果とし てアルミのほうか強 度が高くなる可能性 がある。 できない技術者 材料を単純比較して いる。造り込みによっ て変わるということを 理解していない。「工 業材料学」を勉強して いなかった。 おなじ材料でも加工方法に よって、強くもなるし、弱くも なる。材料の組織や加工条 件を変化させれば難加工材 も加工できるようになる。総 合的に判断しなくては。 材料を単純比較していない「工 業材料学」をよく勉強した。 できる技術者 工業材料II 第１日 Ｂ社できない技術者と材料メーカーとの会議 マグネシウムダイキャス トは強度レベルが、十分 とはいえないので、Zrを 高めたZK系をお勧めし ます。強度と靱性が十分 です。値段はキロあたり 1000円ほど高くなります が。 しめしめ、これで 在庫がはけるぞ。 Ａ社がダイキャストによ るマグネシウムフレーム を採用した新商品を出し たと聞いています。弊社 もこの開発を検討してい ます。 わかりました。至急に基 礎データをサンプルの提 供をお願いします。 工業材料II 第１日 Ｂ社できる技術者と材料メーカーとの会議 それなら、通常のマグネシウム で鋳込み温度を下げて組織を 微細化する方法を検討する。あ と、特に酸素の不純物には十 分に気をつけてください。 なかなか、やるな。 この人が担当の 時は、材質には 気をつけないと いけないな。 低純度の材料をう りつけるなよ。 相手の話に簡単にうのみにしない。選択の幅が広い。 工業材料II 第１日 ＣＳ２ ベアリングメーカーＮ社と材料メーカーの会議の風景 できない技術者 → 材料メーカーの技術者の話を鵜呑みにしてしまう。材料の知識が ないと材料不良が原因で不良品率が上がっても、材料メーカは認めないか、相手にして くれない。 もっと高い材料を売りつけられることもある。 Ｎ社の技術者 材料強度の規格は 500MPa以上なのに 400MPaで破損する ものがある。おかし いではないか？ そうか。最近、電気 炉の調子が悪いか らな。そのせいか な？ 材料メーカ技術者 溶接後に200℃で時効処 理を正確にしましたか？ B社からはクレームがき てませんよ？ 最近、コスト下げるため に、Ｃｕ量を下げている からな。もしかしたら、そ のせいかな？ 材料メーカーの話を鵜呑みにしていたら、他者より良い製品は作れない。 工業材料II 第１日 工具メーカーＮ社と材料メーカーの会議の風景（その２） できる技術者 → 相手にふりまわさわれず、相手を動かすことができる。 自転車メーカ技術者 組織を調べたら、時 効処理後の析出物 が少ない。成分にバ ラツキがあるはずだ。 信頼性のある材料に 変えてくれ。 いちいち調査して いたら納期に間に 合わないよ。 材料メーカ技術者 わかりました。上司に相 談して対処します。 この人は手強いな。 しかたない。在庫の上 級鋼種をまわすか。 原因はどちらにあるかの問題ではない（そんなことを究明している時間がない）。 相手に警戒さ せて、要求をのませるかである。 工業材料II 第１日 金属材料の性質（Properties)は金属の種類の固有のものではない。 加工条件によって大きく変化する。 強度、硬さ、延性、クリープ ヤング率、ポアッソン比、加工硬化 性質 加工法 （鋳造、圧延、鍛造） 加工温度 加工速度 etc 加工 成分 構造・ 組織 結晶構造 結晶粒径、転位、析出物 金属種 合金成分 純度、 工業材料II 第１日 材料開発の流れ 加工 組織 性質 性能 ・要求されるパフォーマンスの定義 ・どのような性質が材料の性能（パフォーマンス）を決めるのか。 ・関係する材料の性質の改善 硬さ 強度 ヤング率 ベアリングの性能 耐摩耗性、剛性、 工業材料II 第１日 工業材料IからIIへ 工業材料ＩＩでは材料力学で習得した応力、ひずみの概念を利用して材料強度や破壊 等の機械的性質についてより定量的に理解することを目的とする。 工業材料 I 材料の種類、 材料の構造や組織、 熱処理の種類 工業材料II ミクロ構造 平衡状態図 転位論 詳細な強化機構 評価方法 強化方法 引張り、破壊靭性 設計 定性的 定量的 「どのように」 から 「どれくらい」 へ
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