目次目 次第1章

機械と材料 ........................................... 1

1・1序論 ................................................................ 12・6・52・7ダイヤモンドとガラスの結晶構造 . 19

高分子材料の構造 ...................................... 19

1・1・1

機械材料とは ....................................... 1

2・7・1高分子材料の分類 ............................. 19

1・1・2

なぜ機械工学で材料学を学ぶのか .... 1

2・7・2

高分子の結合形態 ............................. 20

材料の基本的特性........................................... 22・7・3

合成様式とその構造 ......................... 21

1・2

1・2・1

材料の分類と種類 ............................... 21・2・2

材料の特性とは ................................... 3

1・2・3先進の機械材料 .................................... 3第3章

材料の強さと変形 ............................. 231・3本書の使い方 ................................................ 43・1剛性と強度 .................................................. 23

1・4単位について ................................................ 53・1・1弾性変形時の応力とひずみ ............. 23練習問題 .......................................................... 63・1・2単軸負荷時の応力とひずみ練習問題 ....................................................... 21の関係 .................................................. 25

第2章

材料の構造 ............................................. 72・1原子の構造と結合 ......................................... 73・1・33・2

材料の強度 ........................................ 27

塑性変形 ..................................................... 292・1・1

原子構造と金属元素 ............................ 73・2・1

完全結晶の変形 ................................ 292・1・2原子の結合 ............................................ 83・2・2

転位の運動と塑性変形 ..................... 30

金属の結晶構造 ............................................. 83・2・3

すべり系 ............................................ 323・2・4

転位の増殖 ........................................ 332・22・2・1

原子配列と結晶構造 ........................... 82・2・2

配位数とは ......................................... 102・3結晶構造の指数表示 ................................... 113・3

強化機構と強化法 ...................................... 34

3・3・1パ イエルス力 ..................................... 342・3・1

結晶面の表し方 ................................. 113・3・2

固溶強化 ............................................. 352・3・2結晶方位の表し方 ............................. 123・3・3

析出強化と分散強化 ......................... 352・3・3

六方晶における結晶面・結晶方位

3・3・4

結晶粒微細強化 ................................. 35の表し方 .............................................. 133・3・5

ひずみ硬化および回復 ..................... 362・3・42・4結晶構造の X 線解析 ......................... 13

金属の結晶組織 ........................................... 143・4材料の破壊 .................................................. 373・4・1

破壊とは ............................................ 372・4・1

固溶体と合金 ..................................... 143・4・2

ぜい性破壊と延性破壊 ..................... 382・4・2結晶構造の欠陥 ................................. 153・4・3

応力拡大係数と破壊じん性 ............. 392・5金属組織の観察法 ....................................... 163・5材料の疲労 .................................................. 432・5・1

光学顕微鏡法 ..................................... 163・5・1

疲労と S−N 曲線 ............................... 432・5・2走査電子顕微鏡法 ............................. 173・5・2

疲労のプロセス ................................ 44

2・5・3

透過電子顕微鏡法 ............................. 173・5・3

疲労に関する補足 ............................. 452・6セラミックスの結晶構造 ........................... 173・6材料試験 ..................................................... 452・6・1セラミックスの結晶構造の分類 ...... 173・6・1

材料試験とは .................................... 452・5・2MX 型の結晶構造 .............................. 183・6・2引張試験 ............................................ 462・6・3MX2 型の結晶構造 ............................. 183・6・3

硬さ試験 ............................................ 462・6・4ABxXy 型の結晶構造 ........................ 193・6・4

衝撃試験 ............................................ 47i

ii
練習問題 ....................................................... 48

5・7・1

変形機構図 ......................................... 71

5・7・2

拡散クリープ ..................................... 71

第4章

平衡状態図 ........................................... 51

5・7・3

べき乗則クリープ ............................. 72

4・1

平衡状態図とは .......................................... 51

5・7・4

粒界すべり ......................................... 73

4・2相律 .............................................................. 51

4・3二元合金状態図 .......................................... 52

練習問題 ........................................................ 74

4・3・1

全率固溶型 ......................................... 55

第6章

相変態と熱処理 ............................... 75

4・3・2

共晶型 ................................................. 56

6・1

相変態とは .................................................. 75

4・3・3

包晶型 ................................................. 57

6・1・1

連続冷却変態 ..................................... 754・3・4

偏晶型 ................................................. 586・1・2

恒温変態 ............................................. 76

4・4

実用材料の例 ................................................ 596・2

熱処理 .......................................................... 774・4・1

鉄－炭素合金状態図 ......................... 596・2・1

焼ならし ............................................. 77

4・4・2

アルミニウム－銅合金状態図 .......... 606・2・2

焼なまし ............................................. 77

三元合金状態図 ............................................ 60

6・2・3

焼入れ・焼もどし ............................. 78

6・2・4

恒温（または等温）熱処理 .............. 80

4・54・5・1

三元合金状態図の読み方 .................. 604・5・2

実用材料の例 ..................................... 61

練習問題 ....................................................... 61第5章

拡散・高温変形 ............................... 635・1

拡散とは ...................................................... 635・2

フィックの第１法則 ................................... 64

6・3

回復と再結晶 ............................................... 816・3・1

回復 ..................................................... 816・3・2

再結晶 ................................................. 826・4

時効処理 ...................................................... 83
練習問題 ........................................................ 84

5・2・1

拡散の駆動力 ..................................... 64

第7章

材料の電気・化学的性質 ................ 87

5・2・2拡散流束 ............................................. 647・1材料の電気的性質 ....................................... 875・2・3

拡散係数 ............................................. 647・1・1

電気伝導度 ......................................... 87

フィックの第２法則 ................................... 657・1・2オームの法則 ..................................... 875・35・3・1

定常と非定常 ..................................... 657・1・3

温度の影響 ......................................... 88

5・3・2連続の式 ............................................. 65

7・1・4

格子欠陥の影響 ................................. 88

5・3・3

拡散方程式 ......................................... 66

7・1・5

電気的特性の実用合金への活用 ...... 885・4拡散の機構 .................................................. 67

7・2材料の化学的性質 ....................................... 885・4・1

空孔拡散と格子間拡散 ..................... 67

7・2・1金属材料の化学的安定性 .................. 89

5・4・2短回路拡散 ......................................... 67

7・2・2電気化学反応 ..................................... 89

5・4・3化合物の拡散 ..................................... 67

7・2・3電極電位とは ..................................... 90

自己拡散と相互拡散 ................................... 67

7・2・4電位－pH 図 ....................................... 91

5・55・5・1

純金属における拡散 ......................... 67

7・2・5防食法 ................................................. 91

5・5・2

濃度勾配下での拡散 ......................... 687・2・6

機械的要因と化学的要因の重畳 ...... 91

5・5・3

カーケンドール効果 ......................... 68

5・5・4

固相反応 ............................................. 69

5・6

高温変形とは .............................................. 69

練習問題 ........................................................ 92

第8章

材料の製造と加工 ............................. 93

8・1

金属素材の製造法 ....................................... 93

5・6・1

動的復旧 ............................................. 69

5・6・2

クリープ変形 ..................................... 70

8・1・1

製鋼法 ................................................. 93

5・6・3

定常変形 ............................................. 70

8・1・2

電解精錬法 ......................................... 94

5・7

高温変形の機構 .......................................... 718・2鋳造 .............................................................. 94

目8・3

塑性加工 ...................................................... 96

次10・2・1純銅の特性 ..................................... 126

8・3・1

圧延 ..................................................... 96

10・2・2黄銅の特性 ..................................... 126

8・3・2押出し ................................................. 97

10・2・3青銅の特性 ..................................... 127

8・3・3

引抜き ................................................. 98

10・2・4

その他の銅合金 .............................. 128

8・3・4鍛造 ..................................................... 99

8・3・5

せん断 ............................................... 10010・3・1ニッケルの特性 .............................. 128

8・3・6曲げ ................................................... 101

10・3・2ニッケル合金の種類と特性 .......... 128

8・3・7深絞り ............................................... 101

10・3・3耐熱ニッケル合金 .......................... 129

8・3・8その他の加工 ................................... 102

10・3ニッケルおよびニッケル合金 ............... 128

10・4チタンおよびチタン合金 ....................... 130

8・4粉末成形，粉末冶金 ................................. 103

10・4・1チタンの特性 ................................. 1308・5接合 ............................................................ 104

10・4・2チタン合金の種類と特性 .............. 1308・6射出成形 .................................................... 106
練習問題 ...................................................... 107第9章

鉄鋼材料－その特性と応用－ ....................... 109

9・1炭素鋼および合金鋼の状態図と組織 ..... 109

9・2

機械構造用鋼とその特性 ......................... 111

9・2・1

機械構造用鋼 ................................... 111

9・2・2快削鋼 ............................................... 113

9・2・3

鋳鉄および鋳鋼 ............................... 113

9・3工具鋼とその特性 ..................................... 114

10・5マグネシウムおよびマグネシウム合金

131

10・5・1

マグネシウムの特性 ...................... 131

10・5・2

鋳物用マグネシウム合金 .............. 131

10・5・3

展伸用マグネシウム合金 .............. 133

10・6低融点金属とそれらの合金 ................... 133
練習問題 ...................................................... 134

第 11 章高分子・セラミックス材料－その特性と応用－ ..................... 135

11・1

高分子材料の種類と特性 ....................... 135

11・1・1

熱可塑性プラスチック .................. 135

9・3・1

炭素工具鋼 ....................................... 114

11・1・2

熱硬化性プラスチック .................. 138

9・3・2

合金工具鋼 ....................................... 115

11・1・3

加工法と製品例 .............................. 138

9・3・3

高速度工具鋼 ................................... 115

11・1・4

各種プラスチックの強度特性 ...... 140

9・4ステンレス鋼とその特性 ......................... 117

11・2

無機材料の種類と特性 ........................... 141

9・4・1

フェライト系ステンレス鋼 ............ 118

11・2・1

セラミックスの結合様式と特性 .. 141

9・4・2

マルテンサイト系ステンレス鋼 .... 118

11・2・2

セラミックスの製造法による

9・4・3オーステナイト系ステンレス鋼 .... 118

9・4・4

析出硬化および二相ステンレス鋼

9・5

特性変化 ........................................ 142

118

11・2・3

機械構造用セラミックス .............. 143

耐熱鋼とその特性 ..................................... 118

11・2・4炭素材料 ......................................... 144

練習問題 ...................................................... 120

11・2・5バイオセラミックス材料 .............. 145

11・2・6

セラミックスの機械的・熱的

第 10 章

非鉄金属材料

性質 ................................................ 145－その特性と応用－ ..................... 121
10・1

アルミニウムおよびアルミニウム合金

練習問題 ...................................................... 145

121

第 12 章複合材料・機能性材料

10・1・1

アルミニウムとは ......................... 121

10・1・2

アルミニウムの特性 ...................... 121

10・1・3

アルミニウム合金の種類 .............. 122

12・1

複合材料とは ........................................... 147

10・1・4

鋳物用アルミニウム合金 .............. 123

12・2高分子基複合材料 ................................... 148

10・1・5

展伸用アルミニウム合金 .............. 124

12・3強化理論 ................................................... 149

10・2銅および銅合金 ....................................... 126－その特性と応用－ ..................... 147

12・3・1

複合則 ............................................. 149

iii

iv
12・3・212・4

応力伝達機構 ................................. 149

13・4

各種製品における機械材料 ................... 164
練習問題 ...................................................... 167

繊維強化プラスチック材料の成形 ....... 150

12・4・1

プレス成形法 ................................. 150

12・4・2

フィラメントワインディング法 .. 151

第 14 章環境と材料 ...................................... 169

12・4・3

オートクレーブ法 ......................... 151

14・1材料への環境要請 ................................... 169

12・4・4RTM 成形法 .................................... 151

14・2CO2 発生の抑制 ....................................... 170

金属基複合材料の成形 ........................... 152

14・3循環型社会 ............................................... 171

12・512・5・1電着法 ............................................. 152

14・4有害懸念物質 ........................................... 173

12・5・2溶浸・含浸法 ................................. 152

14・5LCA .......................................................... 173

12・5・3粉末成形法 ..................................... 153

12・6練習問題 ...................................................... 174

機能性材料 .............................................. 153

12・6・1機能性材料とは ............................. 153

付録 .................................................................... 175

12・6・2形状記憶合金 ................................. 154

A･1結晶構造の幾何学 ...................................... 175

12・6・3制振材料 ......................................... 154

A･2

ポテンシャルエネルギーと弾性定数 ....... 176

12・6・4水素貯蔵合金 ................................. 155

A･3

ぜい性破壊に関するグリフィスの理論 ... 178

12・6・5アモルファス合金 ......................... 155

12・6・6超電導材料 ..................................... 156

付表 .................................................................... 181

12・6・7超塑性合金 ..................................... 156

S･1

ギリシャ文字の読み方 ............................... 181

これからの課題 ...................................... 156

S･2

主な物理定数 .............................................. 181

練習問題 ..................................................... 157

S･3

主な金属元素の結晶構造 ........................... 181

S･4

元素記号の読み方 ....................................... 182

12・7

第 13 章機械設計と材料技術 .................... 159

S･5

周期表 .......................................................... 183

13・1

機械設計における材料の選択 ............... 159

S･6

主な元素の特性 .......................................... 184

13・2

材料選択における経済性 ....................... 161

S･7

実用金属材料の物理的性質 ....................... 185

13・3

機械材料における JIS 規格 .................... 162

S･8絶縁材料の電気的性質 ............................... 186

13・4材料の加工法と熱処理を考慮した

S･9

主なプラスチックスの強度特性 ............... 186機械設計 .................................................. 163