問題 21

【前提条件】 1 次の文章（1）〜（8）は、工業材料における加工と評価に関する説明である。文章中の空欄【 A 】〜【 H 】に当てはまる最適な語句を各〔語句群〕から選び、その番号を解答用紙の解答欄【 A 】〜【 H 】にマークせよ。 工業材料のうち、【 1 】は、それを構成する原子配列と電子構造の作用により、表面では光を効率よく反射し、内部では熱や電気をよく伝導する性質をもつ。また、外力を加えても折れにくく、変形した形状を安定して維持できるため、プレス加工などの成形が容易である。

製品を構成する部品や部材は様々な素形材加工によって製造される。その中で、原材料を融点以上に加熱して溶解させる【 2 】では、溶融金属を砂型や金型に注ぎ、冷却・凝固させることで複雑な形状が得られるが、この方法では内部欠陥が発生しやすいという課題がある。

金属材料は、成分と温度によって固相と液相の境界や固相内の構成が変化し、それが機械的性質などに影響を与えるため、成分と温度で相変化を示した【 3 】が欠かせない。さらに、熱処理を駆使して【 3 】にはない相を出現させることもあるので、ミクロ組織の観察が重要である。

鉄は、非鉄合金と同様に、主要な添加元素によってその機械的性質、耐摩耗性、耐食性などを向上させている。鉄における最も重要な添加元素は【 4 】であり、0.3 % 以上の含有により相変化が顕著に現れる。特に、適切な焼入れ処理を施した鉄鋼材料では、最高焼入れ硬さと【 4 】の含有量との関係は、鋼種に関わらず一つの曲線で表すことができる。

溶接・接合のうち、液相を利用する溶融接合では、材料が溶融した後に、短時間で冷却・凝固するため、母材は急熱急冷の熱処理を受けることになる。この急冷により、炭素含有量の高い鉄鋼材料では、溶接ビードの周囲に【 5 】と呼ばれる硬い組織が形成され、割れが生じやすくなる。そのため、溶接構造用圧延鋼材の炭素含有量は、一般に 0.2 % 以下に抑えられている。

金属材料の表面処理には、純金属、酸化物、金属化合物などの皮膜を形成する方法と、金属の表層を改質する方法があり、得られる機能は皮膜の構成元素に大きく依存する。その中でも【 6 】の皮膜は透明性をもつため、光の干渉や吸収によって様々な色を発色させることが可能であり、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼などの外観の色彩を豊かにできる。

硬さ試験は、熱処理の判定にも使用され、その硬さからおよその引張強さや疲労限度などを把握できる。この試験法のうち、ピラミッド形状を逆さにしたようなダイヤモンド圧子を用いる【 7 】は、低荷重モードでは金属の相や表層の局所断面の硬さを知ることができる。その場合、試験片を樹脂に埋め込んで固定し、その断面を十分に研磨する必要がある。

表面や内部の目に見えないきずや欠陥を、材料を壊さずに検出する非破壊試験法の一つに、弾性波を材料に入射し、欠陥からの反射波を受信して評価する【 8 】がある。この方法は、主に鋳造材や溶接部の内部欠陥の検出に用いられる。