クエリ: ニッケルチタン合金のように、変形させても所定の温度まで加熱することで元の形に戻る合金のことを何というでしょう?
文章: 形状記憶合金 形状記憶合金は、変態点以上の温度では、変形を受けてもすぐさま元の形状を回復する性質を持ち、この変形範囲(→弾性)は鋼などを使う通常のばね等に比べてはるかに広い。この性質を超弾性という。このため、特に変態点が常温以下の合金のことを指して、超弾性合金と呼ぶ場合がある。この合金は、チタンとニッケルの合金(ニッケルチタン)が一般的であるが、その他にも鉄-マンガン-ケイ素合金(→鉄系形状記憶合金)など、様々な素材で作られている。組成を変更することで任意の温度以上になった場合に、あらかじめ設定した形状に変形する性質(マルテンサイト変態)から、様々な分野での応用がみられる。このような合金の性質が確認されたのは1951年のことで、1970年代頃から利用が研究され始めた。しかし実用化が始まったのは1980年代に入ってからのことで、以後機械工学分野から医療分野にまで応用されている。
文章: 42アロイ 42アロイ(42Alloy)は鉄にニッケルを配合した合金である。常温付近での熱膨張率が金属のなかで低く、硬質ガラスやセラミックスに近い事から、ガラス封着される電子部品の電極材(リード)に用いられたり、ICリードフレームに用いられる。成分の例は重量%でニッケル42%、鉄57%で、微量の銅、マンガンが添加されることもある。 封着作業においては、硼珪酸ガラスが使用される。酸化膜剥離のおそれがあるので予備酸化は行われない。 高周波や電気炉等による加熱で温度を1000~1200°Cにして封着する。この際、還元炎による加熱は行ってはいけない。また、過剰焼鈍すると結晶粒の粗大化により、メッキ作業の際にトラブルの原因となる。 一方でガラスエポキシ基板との間では熱膨張率の差が比較的大きいため、はんだ接合部に応力が集中してクラックや剥離が生じる場合があるため注意が必要である。 文章: 鍛造 金属を叩く加工法は古代から天然の金銀銅で行われていたほか、鉄もニッケルを多く含む隕石を素材に叩いて加工されていた。鍛造は最も古い金属加工法である。古代エジプトで紀元前3000年頃に製作された隕石製とみられる鉄環首飾りが発見されている。紀元前15世紀頃にはヒッタイトが炭を用いた鉄の還元・加熱鍛造技術を発明し、前1200年のカタストロフを経て人類史に鉄器時代が到来する。産業革命の起きる18世紀まで鋳鉄は脆いものとされていたため叩いて作る鍛造品の鉄が重宝された。 今日では鍛造は銅や鉄に限らず、チタン、アルミ合金、タングステン、ニッケルなど、様々な金属や合金の加工製品化のために用いられている。 文章: 乾式製錬 溶融製錬(略して、溶錬ともいう)では、少なくとも一つの融体相中で熱を加えて目的の反応を行わせる。金属酸化物はコークスや木炭といった炭素を加えて加熱することにより、溶錬される。炭素が還元剤となり、金属酸化物から酸素を取り除き二酸化炭素とするつことで、粗金属が残される。現在心配されることとしては、温室効果ガスである二酸化炭素ガスが発生されることのみである。炭酸鉱は木炭で溶錬されるが、事前に煆焼が必要な場合もある。その他の物質を溶剤(フラックス)として加える必要がある場合もある。溶剤は酸化鉱の融解と、不純物と反応することによるスラグの生成を助ける。溶剤としては、ケイ素化合物等が利用される。溶錬は金属の融点を超えた温度で行われるのが普通であるが、鉱石とその他の装入物により、プロセスは様々である。 文章: オーステナイト系ステンレス鋼 そのため、常にマルテンサイト変態が起ころうとする駆動力がオーステナイトに働いている。しかし、駆動力が実際に変態を起こすのに充分ではないため、マルテンサイト変態が起きず、オーステナイトの状態が保たれている。このような熱力学的に不安定な状態のオーステナイトを準安定オーステナイトと呼ぶ。準安定オーステナイトであっても、常温長期間放置中に勝手に相変態を起こして平衡状態に達するようなことはない。しかし、組織中の準安定オーステナイトに塑性変形に加わると、準安定オーステナイトの一部または全部がマルテンサイト変態を起こす。塑性変形による力学的な仕事が加わることでマルテンサイト変態を起こすための駆動力を満たし、このようなマルテンサイト変態が生じる。外力が加わることによって発生するマルテンサイト変態を加工誘起マルテンサイト変態、そのマルテンサイトを加工誘起マルテンサイトと呼ぶ。 文章: 耐熱鋼 耐熱鋼(たいねつこう)は、高温における各種環境で耐酸化性、耐高温腐食性ないし高温強度を保持する合金鋼のこと。オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、析出硬化系などがある。 文章: 焼戻し トルースタイトのビッカース硬さは約400HVで、硬さを残しつつ靱性もある程度高い組織が得られる。ただし、トルースタイトは錆びやすいのが欠点の1つである。実際の製品としては高級刃物やばね類などに適用される。500 - 650°Cから焼き戻すとソルバイトと呼ばれる組織が得られる。ソルバイトのビッカース硬さは約280HVで、鋼の組織の中では最も靱性が高いのが特徴となっている。適度の強さと高い靱性を得られることから機械構造用鋼に適しており、実際の製品としても、トルースタイトと同じくばね類も含め、機械部品全般で広く採用される。日本工業規格によれば、高温焼戻しでトルースタイトかソルバイト組織を得る焼入焼戻しを、特に調質と呼ぶ。または、ソルバイト組織を得る焼入焼戻しに限って調質と呼ぶ場合もある。高温焼戻しが適用される製品としては、上記で述べたもの以外では、軸、高強度ボルト、軽中荷重用歯車などがある。 文章: 耐火金属 耐火金属は、照明、工具、潤滑剤、原子核反応の制御棒、助触媒、その化学・電気的性質を利用する用途などに用いられる。その高い融点のため、耐火金属を用いる部品は鋳造では製作しない。粉末冶金という方法が用いられる。純粋な金属の粉末を圧縮し、電流を用いて加熱し、さらに焼なましをしながら冷間加工が行われる。耐火金属は、針金、地金、配筋用材、板金、箔といったものに加工することができる。 モリブデンをベースとした合金は、性質的にはより優れているタングステン合金に比べて安価であることから、広く用いられている。もっとも広く用いられているモリブデンの合金は、チタン-ジルコニウム-モリブデン合金を略してTZMと呼ばれるもので、チタン0.5パーセント、ジルコニウム0.08パーセント、残りをモリブデンで構成したものである。この合金は高温においてより高いクリープ耐性と強度を持ち、摂氏1,060度より高い温度でも用いることができる。また、モリブデン70パーセントとタングステン30パーセントの合金であるMo-30Wは、溶融した亜鉛による攻撃に対する強い抵抗性から、亜鉛の鋳造作業に理想的な材料となっている。溶融亜鉛用のバルブの製作にも用いられる。 モリブデンは、水銀と合金(アマルガム)を形成せず、水銀による腐食に強いことから、水銀接点継電器に用いられる。 文章: チタン合金 チタン合金(チタンごうきん)とは、チタンを主成分とする合金である。チタンが持つ長所の向上や短所の改善のために、各種の元素が添加される。チタニウム合金とも。機械的性質を向上させた合金や、チタンが持つ優れた耐腐食性をさらに向上させた合金などがある。優れた比強度、耐腐食性能や生体適合性を持ち、これらの特性を生かして、航空機、化学プラント、スポーツ器具、医療などで使用される。欠点として切削加工の難しさや、高コストであることが挙げられる。金属組織の状態によって、大きく α 型合金、β 型合金、α+β 型合金の3つに分類される。熱処理による特性変更が可能で、溶体化処理および時効処理によって組織を変化させ、特性を変えることができる。α+β 型に属する Ti-6Al-4V 合金は、強度と靭性を兼ねることができ、溶接性や加工性も良好で、チタン合金の中で最も多用される。 文章: エラストマー 熱可塑性エラストマーとは、熱を加えると軟化して流動性を示し、冷却すればゴム状に戻る性質を持ったエラストマーのこと。その性質から、材料を加熱して射出成形するによって迅速に成型加工を行なえる利点がある。反面、熱によって容易に変形するため、耐熱性を要する用途には適さない。 文章: ZAPP (企業) 工業用のみならず、インプラント用途を含めた医療用などの金属材料を製造している。 炭素鋼をはじめ、ステンレス鋼(オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系)、チタン・チタン合金、ニッケル・高ニッケル合金、コバルト合金、高性能工具鋼(粉末冶金)等の鋼種を取り扱っている。製品形態はワイヤー、棒材、異形材、帯鋼、チューブ材等。 文章: プラット・アンド・ホイットニー JT9D 素材の面では耐熱合金が開発された。1960~70年代にはファンや圧縮機などの低温部にはチタン合金が、高温部には耐熱合金であるニッケル合金が使用されるようになった。 製造方法の面では、耐熱性を高めるために、精密鋳造による空冷タービンが開発された。従来の精密鍛造で加工されたニッケル合金は、加工が困難であることから、精密鋳造を利用してタービンブレードを中空成形し、相対的に低温の圧縮空気をブレード内部に流すことで冷却が可能になったのである。また,精密鋳造により耐熱合金の結晶構造を操作することで、耐熱性が改善された。高温での金属破壊のほとんどは、金属の原子配列の向きが乱れた領域である結晶粒界に沿って発生する。そこで、破壊の原因を取り除いた一方向凝固ブレードや単結晶ブレードが開発された。 一方向凝固ブレードは、遠心力のかかる外方向への結晶粒界を少なくすることで高温強度が高められた。その製法は、セラミック製の鋳型に溶湯を注ぎ、徐々に炉から引きだすことにより結晶を一方向の柱状に凝固成長させるというものである。単結晶ブレードは、一方向凝固ブレードでは外方向に結晶が何層にも成長するのに対して、一方向凝固ブレードの製造装置に豚の尻尾のようなセレクタを取り付けることで、一つの結晶を選択して、ブレード全体を一様の結晶質に製造したものである。 文章: ニッケルクロム鋼 ニッケルにより材質を粘り強くし、クロムにより焼入れ性を向上させており、通常は焼入れ焼戻し処理して使用される。炭素鋼と比べ、強さ・じん性・焼入れ性・焼き戻し軟化抵抗性が向上している。欠点として、焼戻し脆性と呼ばれる、焼き戻しの際に脆化する傾向が強い。これを避けるために、焼戻し時は徐冷ではなく急冷が推奨される。但し後述の通り、焼き戻しを二段階にて行うと、この特性に大きな変化をもたらす。 また合金鋼の中では比較的高価である。同様の長所を備えながらより安価なクロムモリブデン鋼に代替されることも多い。ニッケルクロムモリブデン鋼やクロムモリブデン鋼が発達する以前の第二次世界大戦までは、合金鋼の主流であった。クランク軸やピストンピン、歯車などで使用される。 Cr-Ni系ステンレス鋼もニッケルやクロムを利用した合金鋼だが、ステンレスはこれらの元素をより多量に含んでいる。 文章: MiG-25 (航空機) MiG-25の実際の性能はベレンコ中尉亡命事件によって明らかになった。1976年(昭和51年)9月6日、ヴィクトル・ベレンコ中尉が搭乗するMiG-25が演習中に突如急降下して日本に向い、函館空港に強行着陸した。 ベレンコのMiG-25は函館空港から百里基地に米軍のC-5ギャラクシーで移送され、格納庫の中で日米共同による調査が行われた。なお、函館空港では運搬のために最小限の解体が行われたが、その際、電子機器類に自爆装置がセットされていることが確認されている。自爆装置はアメリカ軍技術者の手により解体された。 高速飛行での高熱に曝される部分において、レアメタルのチタン合金を大量に使用していると見られていたが、実際にはニッケル鋼が多く使われていた。主成分のアルミニウムが600 °C台で融けてしまうジュラルミンなどのアルミニウム合金よりは耐熱性に優れているが、これでは機体表面を常時300 °Cに加熱させるマッハ3での飛行に耐えられず、MiG-25 が安全に飛行できる最高速度は実際にはマッハ2.83程度だった。チタン合金に比べニッケル鋼は大幅に重いため、機体の通常重量は36,720 kgと重くなり、機体にアルミニウム合金を使用していた西側のF-4の18,825 kg(運用時重量)と比べ2倍近い重量があった。機体重量を減らすため、コックピットの座席には非常時に脱出するための射出座席は装備されておらず、大型の主翼は機動性を高めるためでなく、その重量を浮かび上がらせるための揚力を得るためであることが判明した。 文章: チタン合金 チタン合金(チタンごうきん)とは、チタンを主成分とする合金である。チタンが持つ長所の向上や短所の改善のために、各種の元素が添加される。チタニウム合金とも。機械的性質を向上させた合金や、チタンが持つ優れた耐腐食性をさらに向上させた合金などがある。 優れた比強度、耐腐食性能や生体適合性を持ち、これらの特性を生かして、航空機、化学プラント、スポーツ器具、医療などで使用される。欠点として切削加工の難しさや、高コストであることが挙げられる。 金属組織の状態によって、大きく α 型合金、β 型合金、α+β 型合金の3つに分類される。熱処理による特性変更が可能で、溶体化処理および時効処理によって組織を変化させ、特性を変えることができる。α+β 型に属する Ti-6Al-4V 合金は、強度と靭性を兼ねることができ、溶接性や加工性も良好で、チタン合金の中で最も多用される。 文章: 焼入れ 工具用鋼は、炭素含有量0.6 -1.5%の炭素工具鋼、炭素工具鋼に合金元素を加えた合金工具鋼、タングステンなどさらに多くの合金元素を加えた高速度鋼の大きく3つに分類される。工具鋼の場合は、高い硬さを利用するために、焼戻しする場合も組織はマルテンサイトのままにして利用される。また、変形や割れなどを避けるため、組織の炭化物が球状化した状態で焼入れする必要がある。そのため焼入れ前には球状化焼なましが行われる。 合金鋼は、合金元素の総量が5%以下のものを低合金鋼、5 - 10%のものを中合金鋼、10%以上のものを高合金鋼と呼ぶ。また、用途別に見ると、構造用合金鋼、合金工具鋼、特殊用途用合金鋼に大別される。焼きを深くまで入れたいときなどに焼入れ性の良い合金鋼が使用される。 前述の通り、A3線あるいはA1線から30 - 50°C高い温度を焼入れ温度とするのが普通だが、高合金鋼使用の場合はさらに高く焼入れ温度を設定する。これは、クロムやモリブデン、タングステン、バナジウムといった合金元素を十分にオーステナイトに固溶させるためで、このような高合金化したオーステナイトの焼入れ焼戻しにより、耐熱性の高く硬い組織が得られる。高速度鋼などでは鋼の溶融温度に近いような1200 - 1300°Cを焼入れ温度にする。