H23

3M 機械材料学
前期中間試験（赤字で配点を示しています）
June 14, 2011
出席番号
1. 下に示す非鉄金属材料と，各々の特徴および用い
Aluminium
電磁シールド性がある
10 円玉
Magnesium
優れた抗菌性がある
1 円玉
Copper
Lead
人体に害がある
名称：
ゴルフクラブ
比強度が高い
パソコンのフレーム
生体親和性がある
放射線防護服の一部
2. 以下の各種鉄鋼材料とその JIS 記号を線で結べ．
語群：S-N curve, TTT curve, S-S curve, Creep curve,
1 点×6=6 点
炭素工具鋼・
ニッケルモリブデン鋼・
ハイス・
一般構造用圧延鋼・
ねずみ鋳鉄・
機械構造用炭素鋼・
名称：
1 点×5=5 点
られている製品を線で結べ．
Titanium
氏名
CCT curve, 温度―衝撃値曲線
・SS400
・S50C
・SNCM439
4. 次の文の空欄に当てはまる語句を語群より選び，
アルファベットで答えよ．
1 点×10=10 点
・FC250
・SK3
結合する原子の双方が (1) を 1 個ずつ出し合い，
・SKH57
その 2 個の (1) を双方の原子が共有する結合を
(2) という．水素分子 H2 は， (3) 個の水素
3. 次に示す各種線図の名称を語群から選べ．また，
各図の縦軸と横軸の物理量を書け．
2 点×6=12 点
名称：
名称：
原子が結合してできているが， (3) 個の水素原
子が近づくと，各原子の (4) 個の
(1) は，互
いに他の原子核とも引き合うようになる． (2)
によってできた結晶は融点や沸点が高く，電気伝
導性は (5) ．一方，金属原子が
(1) を出し合
って (6) になり，放出された (1) が
して金属イオン間を動き回る結合を
(7) と
(8) という．
(8) によってできた結晶は電気伝導性が (9)
． (8) による結合力は分子間力よりも (10) ．
語群：a 陽イオン，b 陰イオン，c 自由電子， d 価
電子，e イオン結合，f 水素結合，g 共有結合，h
名称：
名称：
金属結合，i 分子間力，j 原子核，k 1，m 2，n 3，
p ある，q ない，r 電子雲，s 強い，t 弱い
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
5. 格子定数が x である bcc 結晶中の原子半径を，x を
用いて表せ．
10. 単相合金と二相合金について，絵で説明せよ．
1 点×2=2 点
単相合金
2点
結晶粒
二相合金
6. 格子定数が y である fcc 結晶中の原子半径を，y を
用いて表せ．
2点
結晶粒界
11. 以下の文の下線部に入る語句を下から選び，対応
するアルファベットを書きなさい．1 点×3=3 点
物質は原子の特性により固有の結晶構造をとる．
結晶構造の最も小さい単位を単位胞といい，その
7. ある金属は構造が bcc であり，格子定数は 0.2nm
結晶格子は金属では，ほぼ 3 群に分類できる．例
である．この金属の原子半径はいくらか？
えば，アルミニウムや銅は
2点
(1) ，常温における
鉄やタングステンは (2) ，マグネシウムや亜鉛
は (3) をとる．
語群：a
(1)
fcc 構造，b hcp 構造，c bcc 構造
(2)
(3)
8. fcc 構造をもつ金属において，単位格子中の原子が
12. Miller 指数が(112), (110), (110), (112)である結晶
占める体積率（充満率）を求めよ．
2点
1 点×4=4 点
面をそれぞれ図示せよ．
(112)
(110)
z
z
y
y
9. 長さ 200mm のアルミニウム棒を加熱して 100℃
だけ温度上昇させた．アルミニウムの線膨張率を
23×10–6 [1/K]とすれば，伸びは何 mm か？
2点
x
x
(110)
(112) z
z
y
x
x
y
13. Steel と Brass はどちらも典型的な合金である．
16. 図に示す Cu-Ni 系合金の平衡状態図において，
40wt%Ni 合金 5kg を温度 t1 から t2 まで冷却した．
それぞれの構成元素を示しなさい．
2 点×2=4 点
Steel →
現在，この合金は温度 t2 で平衡状態にあるものと
と
する．このとき，以下の問いに答えなさい．
計 14 点
Brass →
と
(1)α相と L 相それぞれの濃度はいくらか？2 点×2
14. 次の文の空欄に当てはまる語句を語群より選び，
1 点×5=5 点
アルファベットで答えよ．
ダイヤモンドの結晶は，1 個の炭素原子に
(2)α相と L 相それぞれの重量はいくらか？3 点×2
(3)α相中に含まれる Cu と Ni の重量はいくらか？
2 点×2
(1)
個の炭素原子が (2) をしながら立体的に結合し
た巨大分子となっている．そのため，極めて硬く，
電気伝導性は
(3) ．しかし，ダイヤモンドの同
素体である黒鉛は，電気伝導性が
(4) 事に加え
て，軟らかいという反対の性質をもっている．こ
れは
(5) 個の炭素原子が平面的に並び，これが
層状に重なり合っているためである．このとき，
(1) 個の価電子のうち 3 個は
(2) をしているが，
1 個は結晶内を自由に動き回っている．
語群：a 陽イオン，b 陰イオン，c 自由電子， d 価
電子，e イオン結合，f 水素結合，g 共有結合，h
(1)
金属結合，i 分子間力，j 原子核，k 1，m 2，n 3，
α相の濃度
p 4，q 5，r 6，s ある，t ない
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
L 相の濃度
(2)
15. 固溶体は，合金元素の原子の入り方によって，2
種類に分類される．それぞれについて，名称と合
金元素原子（●）の入っている様子を書け．
2 点×2=4 点
型固溶体
母体金属（溶媒）
α相の重量
L 相の重量
(3)
型固溶体
母体金属（溶媒）
Cu の重量
Ni の重量
温
度
17. 下図は Pb-Sn 二元合金の平衡状態図である．
いま，
2kg の Pb と 6kg の Sn とで合金を作るため，それ
次に，さらに温度 0℃まで冷却して平衡状態に達し
たとする．このとき，以下の問いに答えなさい．
らを混ぜて 400℃に加熱し，完全に溶融させた後，
(3)存在する相を語群から選べ？
2 点×2
183.1℃（共晶温度よりも僅かに高い温度）まで冷
(4)存在する相の重量比はいくらか？
1 点×2
却した．現在，この物質は温度 183.1℃で平衡状
態にあるものとする．以下の問いに答えなさい．
計 21 点
(3) 語群：L 相，初晶α，初晶β，共晶(α+β)
(1) α相，β相，L 相それぞれの濃度はいくらか？
2 点×3
存在する相
(2)α相，β相，L 相それぞれの重量比はいくらか？
3 点×3
(1)
α相の濃度
β相の濃度
L 相の濃度
(2)
α相の重量比
β相の重量比
L 相の重量比
ヒント：共晶線よりも上部においては，全率固溶型の
平衡状態図と見方は一緒です！
(4)
と