クイズ問題: 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?
答え: 形状記憶合金

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: 大竹交通
text: 金属結晶中では金属原子は最外殻電子を切り離し陽イオンとなっている。この切り離された電子が自由電子となり結晶構成原子間を自由に動き回ることで結晶が保たれている。このため金属結晶は延性、展性、電気伝導性や熱伝導性に富み、独特の金属光沢をもつ。結晶なのに延典性(塑性加工性)に富むことを驚きの出発点とし、とくに米国人により転位論が確立され、材料強度学における重要な地位を確立している。また、強度やトライボロジー特性に優れた鉄鋼材料の一種である工具鋼などは、熱処理を行うことで急激な金属結晶の変化が生じマルテンサイト構造になることでその優れた特性を得、塑性加工などの過酷な摩擦現象がおこる用途に用いられる。
title: 弾性
text: 超弾性とは、応力によって誘起されたマルテンサイト変態が、一定の温度条件下で逆変態しもとの形状に戻ることによって生じる弾性を指す。通常の弾性変形に比べて大きな変形が生じ、その変形はフックの法則には従わない。この性質を応用したのが形状記憶合金である。また特に弾性回復温度が常温以下の形状記憶合金は、超弾性合金とも呼ばれる。
title: エラストマー
text: 熱可塑性エラストマー(thermoplastic elastomer)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。TPEやTPRと略記することもある。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。
title: 加工硬化
text: 加工硬化(かこうこうか、英語:work hardening、strain hardening)とは、金属に応力を与えると塑性変形によって硬さが増す現象。ひずみ硬化とも呼ばれる。金属に応力を与えると結晶面に沿ってすべりが生じるが(塑性変形)、このすべりは結晶格子を構成する原子の配列に対し一様にズレるのではなく、歪みすなわち、転位を生み出す。転位は順次に結晶格子内を移動していくが、加工硬化を起こし易い金属あるいは合金では、加工を繰り返すことで転位密度が高まり、転位は解放されずに次第に蓄積して絡み合い、そのすべり面に対しての抵抗が徐々に増してくる。すなわち、冷間加工により変形が進む程、転位は増加・重層化(ポリゴン化)して抵抗が大きくなり硬さを増していくことになる。これが加工硬化である。この性質を利用して、加工材料の強度の向上をさせることができる。
title: オーステナイト系ステンレス鋼
text: 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。次の実験式が、それぞれの材料の組成から加工誘起マルテンサイト変態に対するオーステナイト安定度の目安を与える。
title: 弾性
text: ゴムのように、金属などに比べて大きな変形をする材料の弾性は エントロピー弾性に分類され、金属材料等の示す弾性(エネルギー弾性)とは弾性の生じる原理が異なる。材料科学ではこのような物質をエラストマー(elastomer)と呼ぶ。
title: マルテンサイト
text: また、常温でオーステナイトの状態の鉄に応力を加えることによりマルテンサイトを生じることもある。これを応力誘起マルテンサイトとよぶ。マルテンサイト系の形状記憶合金はこのマルテンサイト変態を利用したものである。ステンレス鋼のSUS301(17-7ステンレス鋼;室温でオーステナイト組織を有する)は冷間加工に対して不安定なため、室温下でプレス加工、切削加工、鍛造などを行うとマルテンサイトに変態する。これを加工誘起マルテンサイト変態という。
title: アーク溶接
text: アーク溶接中において、溶融している金属と大気が接すると、大量の窒素が金属の中に溶け込む。溶融金属が凝固するときに、この窒素が一気に析出し泡となってそのまま固まってしまう。この状態をブローホールといい、この状態になると溶接部分の機械的強度が著しく低下する。水を急速に凍らせると、炭酸ガスが析出して真っ白な氷になるが、これと同じ現象である。
title: 再結晶
text: 常温で圧延などの加工によって変形した金属は加工硬化(加工ひずみ)を起こし、物理合成によって合成したセラミックスや酸化物など粗結晶は結晶中に格子の歪みや、欠陥などが存在する。これをある温度まで加熱すると急に軟化し、変形した結晶が、多角形の細粒に分割結晶する。増加していた転位も消滅し、結晶粒は内部ひずみ(内部応力)を持たない安定したものとなる。金属工学・材料工学ではこれを再結晶と呼ぶ。再結晶が始まる温度を再結晶温度といい、金属の種類や加工の度合により異なる。再結晶の後もさらに加熱を続けると、結晶粒成長が起こる。再結晶温度以下での加工を冷間加工、再結晶温度以上での加工を熱間加工という。冷間加工では常に加工硬化が起こるので、焼なましによって内部応力を下げる作業が必要になる。
title: 靱性
text: 材料の高強度化に伴い、一般に靱性が低下する傾向にある。セラミックス材料などと比較して金属材料は高靱性であることが長所である。セラミックスは高強度だが延性が小さい典型的な脆性材料である。ただし、ジルコニアの一種である部分安定化ジルコニアはセラミックス材料ながら高い靱性を有しており、セラミックス材料の高靱性化も研究されている。金属材料の中でも、鉄鋼材料は安価ながらに強度と靱性を備えており構造材料として広く使用されている。
title: オーステナイト系ステンレス鋼
text: オーステナイトが常温でも安定に存在するのがオーステナイト系ステンレス鋼であるが、オーステナイト系であっても、オーステナイトが常温で熱学的に安定ではない鋼種も多い。そのような鋼種の場合、常温ではオーステナイトの自由エネルギーと比較してマルテンサイトの自由エネルギーが小さい状態にある。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。
title: 析出硬化系ステンレス鋼
text: マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼は、固溶化処理の急冷途中にマルテンサイト変態を起こさせ、固溶化処理後は室温で組織がマルテンサイトとなる鋼種である。次いで、析出硬化させるための熱処理(時効処理)が施される。析出硬化のみならず、マルテンサイト変態も高強度化の機構として利用する鋼種といえる。
title: 放電加工
text: 放電加工(ほうでんかこう、electrical discharge machining、EDM)は、電極と被加工物との間に短い周期で繰り返されるアーク放電によって被加工物表面の一部を除去する機械加工の方法であり、主として、従来の機械加工技術では加工できなかった硬い金属に適用される。放電加工を使えば、極めて硬い鋼鉄やエキゾチックメタル(例えばチタン、炭化物)に複雑な輪郭を切り出すことができる。電極と被加工物間の放電による除去加工という特性上、被加工物が電気を通す材質(導体)でなければ加工できない。放電により溶融した一部の材料は除去されずに再凝固するため、放電加工面は一般に引張の残留応力が生じる。このため、加工面にはクラックと呼ばれる微小な割れが生じやすい。
title: 転位
text: 転位(てんい、英語: dislocation)は、材料科学の用語で、結晶中に含まれる、線状の結晶欠陥のことである。外力等によって、転位近傍の原子が再配置されることによって転位の位置が移動し、材料が変形するため、変形に要する力は原子間の結合力から理論的に計算される力よりも小さく、金属の硬さ(変形のしにくさ)は、転位の動きやすさが決めている。転位が動くことによって、金属等は外力に対して、破壊せずに変形する塑性変形を起こす。このようなメカニズムをエゴン・オロワン(英語版)らが解明することによって結晶力学は飛躍的に進歩し塑性変形強度の基本原理となった。
title: 金属
text: 金属に弾性限界を超える外的な力を与え、永久ひずみを起こして望む形状や寸法に加工することを塑性加工と言う。これには、加熱した状態で行う「熱間加工」と常温で行う「冷間加工」に分類され、前者は再結晶が伴い、後者は常温で再結晶する一部の金属を除いて再結晶化が起こらない。
title: ステンレス鋼
text: ステンレス鋼で特に問題となる成形時の欠陥が、オーステナイト系の時期割れ、フェライト系の縦割れやリジングである。成形性を向上させる場合、オーステナイト系の場合に重要なのが加工硬化特性である。オーステナイト安定度を調整して適切な度合いの加工硬化が起こるようにすると、成形性が向上する。フェライト系の場合は、炭素量・窒素量を減らす高純度化とチタンなどの合金元素添加が成形性向上に有効である。
title: 脆性
text: 脆性破壊とは弾性変形を越えた応力によって、固体材料の原子結合が切断されるために起こる破壊現象であり、ガラスの室温での破壊が代表的である。対して、延性破壊は塑性変形(すべり変形、原子の移動)が進んだ後に破壊に至る現象であり、金属材料では転位の集積によりマイクロボイドが発生・合体することで生じる。結果として、延性破面はディンプルと呼ばれる孔が連なった複雑な形状を呈し、脆性破面は平滑な面(金属材料では破面単位や有効結晶粒と呼ばれる)が連なった形状を呈する。
title: デカラビア
text: 塑性(そせい、英語:plasticity)は、力を加えて変形させたとき、永久変形を生じる物質の性質のことを指す。延性と展性がある。荷重を完全に除いた後に残るひずみ(伸び、縮みのこと)を永久ひずみあるいは残留ひずみという。この特性は加工しやすさを意味し金属が世界中に普及した大きな要因である。またこの特性を結晶学的に説明することに成功したのがOrowanらによる転位論である。
title: 黄帝紀元
text: 通常、木材などの炭素化合物が主成分の素材を加熱すると燃焼が起こり、炭素は周囲の酸素と結合して気体の二酸化炭素となってしまうが、酸素を遮断した状態で加熱を行うと、炭素化合物は分解が生じ、その中から揮発性の低い固体の炭素分が比較的多く残る。この現象を一般的に炭化(たんか)と呼ぶ。
title: ステンレス鋼
text: 析出硬化系ステンレス鋼とは、銅やアルミニウムといった元素を添加して母相に析出させ、析出硬化と呼ばれる材質の硬化現象を起こして用いるステンレス鋼である。一般的に使われている析出硬化系の母相の種類は、オーステナイトとマルテンサイトの2つである。硬化を起こす微細な析出物を母相中に分散・現出させて、析出硬化を起こす。析出物自体は、光学顕微鏡では視認できず、電子顕微鏡などを使って確認できるレベルの大きさである。
title: 析出硬化系ステンレス鋼
text: セミオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼は、固溶化処理によるマルテンサイト変態を起こさせず、固溶化処理後は室温で組織がオーステナイトとなる鋼種である。固溶化処理後のオーステナイトは準安定なオーステナイトとなっており、再度の熱処理または冷間加工を行ってマルテンサイト変態を起こしてマルテンサイト組織にし、時効処理を行う。セミオーステナイト系も、マルテンサイト変態と析出硬化を高強度化機構として利用する鋼種といえる。このようにオーステナイト化を挟む理由は、形状を成形するときにはオーステナイト組織の特性を活かして加工しやすくためである。なおかつ、使用時にはマルテンサイト組織の特性を活かして高強度を実現するため、最終的にはマルテンサイト化させる。
title: 潤滑剤
text: グリースは増ちょう剤に潤滑油を保持させることで揺変性(チキソトロピー)を与えた、粘着性の潤滑剤。揺変性物質は静置状態では流動せず、外から力を加えられることで流動性を示すが、流動に要する力の大きさをちょう度と呼び、ちょう度が大きいほど柔らかいグリースである。グリースは温度が高くなると増ちょう剤の3次元網目構造の崩壊などにより、静置状態においても非流動性を保てなくなるが、その温度を滴点と呼んでいる。
title: バイト (工具)
text: サーメット・セラミックス・cBN・ダイヤモンドは、超硬合金に対して硬度や耐摩耗性に優れる反面、粘りがなく脆いという特徴がある。このうちサーメットは超硬合金に近い性質を持ち、原料としてタングステンを大量に消費する超硬合金を代替する動きもある。ダイヤモンドは非常に高い硬度を有するが、700°C以上で鉄と化学反応するため、鉄鋼の加工には向かない。
title: 焼入れ
text: 焼入れ完了した加工品に常温放置中に生じる割れを置割れ、あるいは自然割れ、時効割れなどとも呼ぶ。特に、焼入れ後に焼戻ししないで加工品を放置すると発生しやすい。焼入れ後の組織には、マルテンサイトの他に残留オーステナイトも発生する。残留オーステナイトは常温でも時間経過によりマルテンサイトへ変化するので、その際の変態応力の発生で加工品の残留応力のバランスが崩れて割れに至る。これが置割れの原因である。
title: シリコーンゴム
text: なお、シリコーンゴム(シリコーンラバー)の元となる素材(材料)は、液体の状態で市販されており、触媒を加える事でシリコーンの重合反応により硬化する。反応のタイプにより付加反応型と縮合反応型とに大別される。
title: ヒケ
text: 射出成形では、溶解したプラスチックを金型内に射出して製品を形作るが、樹脂の種類によって程度差は有るものの、冷えて取り出された製品は溶けた樹脂の状態と較べて多かれ少なかれ収縮する。そのため出来上がった製品は金型の内面そのままの形状とはならず、へこんだり、極端な場合には深い穴が開いてしまったりする。この収縮による不良をヒケと呼ぶ。
title: ステンレス鋼
text: ただし、普通鋼などと比べると、ステンレス鋼は一般的に強度が高いため加工負荷が大きく、金型の異常摩耗や焼付きも起きやすい。そのため、金型の材料や表面処理、潤滑油の選定がよりきびしくなる。ステンレス鋼では、プレスを離した後に弾性変形分だけ元に戻ろうとするスプリングバックが大きく、特に曲げ加工で所定の曲げ角度を狙うときはこの大きなスプリングバックの考慮が必要である。一般的に、オーステナイト系が大きな加工硬化を起こすためスプリングバックが大きく、オーステナイト・フェライト系も降伏応力が高めのためスプリングバックが大きい。
title: 素敵なダイナマイトスキャンダル
text: 例えばマグロやカツオは釣り上げた後、すぐさまに船内で急速冷凍され、凍結されたままで市場で売られ、小売店に到着する。凍結にかかる時間が長いほど、或いは温度が高い(たとえ0°C以下であっても)ほど、氷の結晶が成長して食材の細胞が破壊され、風味を著しく低下させる。解凍して再凍結を繰り返すと、最悪の場合スポンジ状になる。これを逆に利用したのが高野豆腐や寒天などフリーズドライである。
title: 第13族元素
text: アルミニウムは種々の金属と強度の大きい合金を形成し、軽金属の中心となる元素の一つである。また、酸素との親和性が高くテルミット法に利用される側面を持つ一方、強固な酸化皮膜が不動態を形成する(アルマイト)ので単体金属も広く金属製品素材として利用される。
title: ソフトマター
text: ソフトマターの大きな特徴のひとつに力学的振舞いが変形の速度に依存することがあげられる。すなわち、ソフトマターのほとんどは、変形の速度が大きいと流動的に振舞うのに対し、変形の速度が小さいと弾性的に振舞うのである(粘弾性)。具体的な例を挙げると、皿にのったゼリーを指でそっと触れば、ゼリーから反発力を感じる。このとき、指を離せばゼリーはもとの形に戻る(弾性)。しかし、強く指を押し付けると、指はゼリーにつきささり、指を離してもゼリーの形は元に戻らない(粘性)。
title: チタン
text: 硬いスポンジ状(というよりは「軽石」といった方が近い)チタンでは板にも線にもできないので、溶かして緻密な鋳塊にする必要があるが、先述のようにチタンは普通に加熱すると真空か不活性化ガス中でも炉の内壁と反応してしまうので、アーク溶接の方法で鋳塊を作る。これを「消耗電極アーク溶解法」という。
title: 形状記憶合金
text: 似たような温度による変形という性質を持つものではバイメタルがあるが、こちらは熱による膨張率の異なる金属同士を張り合わせた素材で、必ずしも合金ではなく、またあらかじめ設定した形状に変形するのではなく、膨張率の差から設計された所定の範囲内で反りが発生するという点で異なる。
title: アーク溶接
text: 鉄をアーク溶接すると、溶融部は液相から急激に固相に移行し急激に冷却されることになる。また溶接周辺部も急激な加熱のあと急激な冷却を受けることになる。鉄はこれらの熱影響によって成分や結晶構造が変化し、鉄の種類によっては強度が不足したり、変形したり、亀裂が生じたりする。鋼材をある程度まで熱してから急激に冷却すると、いわゆる焼きの入った状態になって硬化を起こす。鋼材には炭素が含まれているためで、この炭素が鉄と化学反応を起こしたり、結晶構造を変化させるなど結果として硬化が起きる。鉄鋼が硬くなると脆くなるため機械的強度が低下することがある。そのため、一般に炭素が少ない鋼材のほうが溶接性が良いとされる。
title: マルテンサイト
text: マルテンスにより19世紀末に発見される以前から経験的に利用されており、一時期マルテンサイトであることが鋼の定義でもあった。日本でもすでに日本刀などの刃先に形成されていたものを科学的に再認識したものであり、現在でも工具鋼を中心にステンレスや構造用鋼にも展開応用がなされている。ここで重要なのが、炭素濃度でマルテンサイトの構造が変わるということである。炭素量0.6 - 0.7 wt%以下で、マルテンサイト化に成功した材料は全ての組織がラスマルテンサイトという組織となるが、それ以上の濃度域ではレンズ状マルテンサイトという組織が形成され、これにより非常に脆くなる。浸炭の不具合などにみられるのもこういった組織構造に由来する。
title: 焼戻し
text: 焼入れされた鋼は、金属組織的にも内部応力的にも不安定な状態にある。焼入れで得られたマルテンサイト組織を再加熱していくと、マルテンサイトから過飽和に固溶されていた炭素や合金元素が吐き出され、安定な組織に近づいていき、機械的性質も変化していく。これが焼戻しの基本原理である。以下、焼入れ後の組織を再加熱していくと、組織にどのような変化が発生していくかを説明する。
title: 形状記憶合金
text: 形状記憶合金は金属結晶構造の10%以内の曲がり(歪み)に対して、所定の温度を加えると弾性を発揮、元の形状に戻ろうとする性質を発揮する。ただし金属結晶構造が変わってしまうほどの極端な変形、または結晶構造が崩れるほどの高温を加えると、この弾性が損なわれ可塑性により、その時の形状が「記憶」されてしまう。
title: プロセスチーズ
text: ナチュラルチーズを加熱すると、チーズに含まれるカゼインを構成するアミノ酸の鎖がほぐれてとろけるが、プロセスチーズはすでに加熱してあるので、とろけない。半加熱状態でプロセスチーズを作ることで「とろけるスライスチーズ」を作る技術は、1987年に雪印が世界で初めて実用化した。
title: クリープ
text: クリープ(creep)は、物体に持続応力が作用すると、時間の経過とともに歪みが増大する現象。主に高温環境下における材料の変形を説明するために用いられる。
title: 焼結
text: 焼結(しょうけつ、英語:Sintering)は、固体粉末の集合体を融点よりも低い温度で加熱すると、粉末が固まって焼結体と呼ばれる緻密な物体になる現象。出来上がった物は焼結品などと言われる。類似用語として焼成がある。
title: サーメット
text: サーメット (cermet) は、金属の炭化物や窒化物など硬質化合物の粉末を金属の結合材と混合して焼結した複合材料。定義上は超硬合金と呼ばれる炭化タングステン (WC) を主成分としたものも含まれるが、これを別のものとして扱うことが多い。名称はceramics(セラミックス)とmetal(金属)からの造語である。これは、1959年にセラミックスよりは靭性の点が少し大きい工具材料として開発された。
title: アモルファスシリコン
text: 本来ダイヤモンド構造を有する結晶シリコンの構造がランダムになり、シリコン原子同士が無秩序に結合したものである。熱力学的に結晶シリコンに比べて不安定な物質であるが、未結合手(ダングリングボンド)に水素を結合させる(水素化する)ことで安定な固体となり、実用に供される。このため水素化アモルファスシリコンとも呼ばれ、しばしば a-Si:H のように表記される。
title: 固体
text: セラミックスの他の応用例として、1980年代初めにトヨタ自動車は約 3,300 °Cで動作するセラミック・エンジンを研究したことがある。セラミック・エンジンは冷却機構が不要なため軽量化でき、燃費が向上することが期待されていた。通常の金属製のエンジンでは融けてしまうのを防ぐために熱を常に放出する必要がある。似たような考え方で、セラミックス製のガスタービンエンジンの部品も開発されている。タービンエンジンをセラミックスで作れば、効率が向上すると考えられた。しかし、セラミックスの部品を十分な精密さと耐久性をもって大量生産することが難しいため、量産には至っていない。セラミックスでできた部品には微視的なヒビが無数に存在し、エンジン部品のような用途ではそれが大きなヒビに成長して故障の原因になりやすい。
title: 重合体
text: ポリマーを含む固体材料はひずみを繰り返し長時間与えられるといずれ破壊される。この現象を疲労という。ポリマーはひずみを与えられると内部で発熱を生じ、動的粘弾性を変化させる。動的粘弾性の急激な変化は疲労破壊とその直前で観察される。
title: ステンレス鋼
text: オーステナイト系は常温でも主要組織をオーステナイトとするが、添加される合金元素組成によって存在するオーステナイトの安定度が異なる。オーステナイト安定度が低い場合は、塑性加工が施されたり、低温下に置かれたりすると、一部のオーステナイトがマルテンサイトに変態する。このような鋼種は「準安定オーステナイト系ステンレス鋼」と呼ばれる。一方、オーステナイト安定度が高い場合は加工などを施しても相変態が起きず、このような鋼種を「安定オーステナイト系ステンレス鋼」と呼ぶ。
title: ステンレス鋼
text: オーステナイト系ステンレス鋼とは、常温でオーステナイトを主要な組織とするステンレス鋼である。上記で述べたとおり、通常は常温ではオーステナイトは残存しないが、オーステナイト生成元素を添加することでオーステナイトが安定化して常温で存在可能になる。通常、高温で材料全体をオーステナイト化・合金元素を十分に固溶させ、急冷して完全なオーステナイト組織にする。
title: 形状記憶合金
text: 形状記憶合金(けいじょうきおくごうきん、英: Shape memory alloy, SMA)は、ある温度(変態点)以下で変形しても、その温度以上に加熱すると、元の形状に回復する性質を持った合金で、この性質を形状記憶効果(SME)という。
title: オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼
text: 微細で均一な結晶粒組織の二相系では超塑性現象が起こることがある。融点の半分以上の高温域で、伸びが1000%を超えるような塑性変形が起こる。超塑性を応用して、通常では困難な形状を一体成形品として製作できる。
title: ステンレス鋼
text: 浸炭は、一酸化炭素、二酸化炭素、炭化水素などの高温ガス雰囲気中で起こる現象で、炭素原子が内部に拡散して炭化物を形成する。窒化は、アンモニア雰囲気などの窒素を含む高温雰囲気中で起こる現象で、窒素原子が内部に拡散して固溶体や窒化物を形成する。浸炭も窒化も材質を脆化させたり、クロム欠乏帯をつくり異常酸化の原因となったりする。浸炭に有効な合金元素には、保護性のある酸化物を形成するクロムとケイ素、炭化物を形成しないニッケルが挙げられる。窒化の場合は、特に有効な合金元素はニッケルで、ニッケル含有量が多いほど耐窒化性が増す。
title: アクリル樹脂
text: 一般的にレジンと呼ばれるものは、完全に固まると剛性を持つが靭性や弾性に欠ける場合(ハードタイプ)が多いが、中には完全硬化後も強い靭性や弾性をもつものがある。光硬化性樹脂でも、このような物性を持つタイプ(ソフトタイプ)が存在する。
title: 形状記憶合金
text: 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。
title: 脆性
text: ある材料において、脆性破壊と延性破壊のいずれか、或いは両方が起こるかは、材料の応力状態や温度に強く依存する。すなわち、ある応力状態で原子結合が切断される方が容易であれば脆性破壊が、原子・転位の移動が容易であれば塑性変形が起こる。こうして材料の一部が脆性破壊ないし塑性変形すると応力状態が変わり、続いてその時点の応力状態で容易な脆性破壊か塑性変形が次々と起こっていく。塑性変形が続くと、やがて転位のような格子欠陥が集積してマイクロボイドを生じて、延性破壊に至る。
title: 東海グランプリ
text: この限界を超えた固体は塑性変形を開始し流体のように振舞うようになることを利用して、超音速でハンマーを振り下ろすことで冷間のまま金属を加工するコールドハンマーや、爆薬の爆轟による衝撃波で金属のユゴニオ弾性限界を超えさせることで金属を加工する爆着などがある。
title: ベーキング
text: 腐食、溶接、酸洗浄、電気メッキなどの過程で金属中に吸収された水素により強度が低下する水素脆化(ぜいか)現象への対策として、金属を加熱処理して水素を除去する工程をベーキングという。
title: クドア
text: ジェリーミート(死後筋肉融解)は魚を収穫した後に筋肉が溶けて商品価値が失われる現象で、ホシガタクドア(Kudoa thyrsites)などが引き起こす。魚の死後にタンパク質分解酵素を分泌して周囲の組織を融解するのが原因とされている。
title: 転炉
text: 鉄の性質は、含まれる炭素の量で大きく変る。鉄鉱石を溶解して直接取り出した炭素が多い銑鉄は、もろくて可塑性がなく、叩いたり、曲げたりすると割れてしまう。もろい銑鉄から炭素を除去すると強靭な鋼鉄となって可塑性を持ち、曲げたり、延ばしたりの加工が可能になる。転炉は、銑鉄から炭素を除去して鋼鉄にするための設備である。
title: 蒸発熱
text: 固体が気化する場合は、液体とは違って、沸騰して気体になることはない。固体が気化する場合はいつも、固体の表面から気化が起こる。固体の気化を昇華という。液体の蒸発の場合と同様に、固体の昇華にはエネルギーが必要である。よく知られた例は、ドライアイスの昇華である。ドライアイスが炭酸ガスに変化するとき、気化に必要なエネルギーを周囲から熱として吸収するので、熱を奪われた周囲の温度は下がる。固体が昇華するとき、多くの場合、昇華に必要なエネルギーは熱として物質に吸収される。この熱を昇華熱という。
title: 合成樹脂
text: 熱可塑性樹脂 (英: Thermoplastic resin) は、ガラス転移温度または融点まで加熱することによって軟らかくなり、目的の形に成形できる樹脂のこと。線状樹脂ともいう。一般的に、熱可塑性樹脂は切削・研削等の機械加工がしにくいことが多く、加温し軟化したところで金型に押し込み、冷し固化させて最終製品とする射出成形加工等が広く用いられている。成形法にはほかにも、金型から押し出して成形する押出成形など様々な成形法が存在する。熱硬化性樹脂よりも靭性が優れ、成形温度は高いが短時間で成形できるので生産性が優れる。
title: マルテンサイト
text: 焼入れとは鋼をこの組織へ変態させる作業である。この無拡散変態によって結晶が歪むため、焼入れにより変形が起こる。マルテンサイトが形成されると硬度が向上する一方で靭性が低下するため、さらに焼き戻しを行った上で利用することが多い。
title: ニッケル
text: 微粒子状の金属粉末は水素および窒素ガスなどを吸蔵し、水素付加反応を活性化させる作用を持ち、融解状態でもこれらの気体を吸収し、凝固時にその大部分を放出するため表面が巣穴になりやすい。また、鉄と同様、融解状態では炭素を6.25パーセントまで溶解し、凝固するとグラファイトを析出する。
title: 融剤
text: また、岩石成分の除去のためではないが、アルミニウムの電解製錬(ホール・エルー法)は、酸化アルミニウムの融点が非常に高く、単独では融解しがたいのを、氷晶石に酸化アルミニウムが融けこみやすいことを利用し、800 °C 前後まで融解点を下げることで可能となった。これも酸化アルミニウムの共有結合性の高い3次元網目構造に、1本の結合手しかないフッ素原子が入り込むことによる。
title: 転がり抵抗
text: タイヤの転がり抵抗は、タイヤを構成しているゴムが繰り返し変形する際に起きるエネルギー損失(ヒステリシス・ロス)が、転がり抵抗の9割程度を占める 。 ゴムは、弾性と粘性の両方の性質を持つ粘弾性体であり、特に粘性は変形時の運動エネルギーを熱エネルギーに換えて散逸させる性質が強い。タイヤは、部位によって、様々なゴムをはじめ、カーボンブラック等の充填材、有機繊維等の補強材料を組み合わせて構成されており、走行中のひずみも部位によって異なる。このため、各部位のひずみエネルギーとヒステリシス・ロスを解析して、安全性、耐久性、低燃費を追求する取り組みが行われてきた。例えば、1990年代以降には、ヒステリシス・ロスが全転がり抵抗の半分以上を占めているトレッド部について、カーボンブラックの一部を高比率でシリカと代替することによりロスを低減し、他の機能を犠牲にすることなく転がり抵抗を低減させるようになった。
title: 合金
text: 金属元素のなかには、Crのように、その酸化物が、皮膜(不動態)を作り内部までの酸化の進行を防ぐ性質をもつものがあり、それらの金属の添加により耐食性のある合金とすることが行われる。ステンレスが例である。
title: スポット溶接
text: レーザーはパルス発振またはパルスゲーティングモードで用いられ、連続レーザー溶接はもとより、抵抗スポット溶接と比較しても、高出力の割に加熱時間が非常に短いのが特徴である。このため熱の入りが少なく、溶接後も低ひずみで母材の鋭敏化も起こらない。鋭敏化とは、母材内部に不純物として存在している炭素が、不適切な熱履歴によって周囲のクロムと結びついて炭化物となり、結晶粒界に沿ってクロム濃度が18 %(18-8ステンレス鋼などオーステナイト系の場合)を下回ることを言う。鋭敏化が起こるとその部位の耐食性は損なわれる。
title: マルエージング鋼
text: 強度、靭性に優れている。可鍛性(塑性加工時の加工硬化が小さい)。時効処理によるひずみの発生が少ない。窒化処理が容易である。熱膨張率が少ない。耐低温脆性に優れている、などの優れた特徴をもっているが、高価な合金成分を多く含むために高価であるのが最大の欠点である。 特に窒化処理は時効硬化処理温度と近いことから、窒化を行うことで同時に時効硬化も兼ねることができる利点がある。
title: 焼入れ
text: オーステナイトあるいはオーステナイト+セメンタイトの高温状態から、逆に冷却していくとする。ゆっくり平衡的に冷やしていくと上記で説明した順序を逆にたどって変態が起こるだけだが、冷却速度を上げて冷やすと、パーライトやフェライトに変態する時間が足りず、マルテンサイトと呼ばれる平衡状態図には示されない相が現れる。この変態をマルテンサイト変態と呼ぶ。マルテンサイト組織は、α鉄が過剰に炭素を強制固溶した組織で、非常に硬い性質を持つ。このように、急冷によるマルテンサイト変態を起こして鋼を硬くさせる操作が、一般的な鋼の焼入れである。
title: ポルトランドセメント
text: 焼成後のクリンカーを急冷するのは、ビーライトの常温安定相への転移を防ぐためである。ビーライトにはいくつかの多形がある。高温で安定なα型、α'型、β型は水硬性を有するが、γ型は水硬性を持たない。また、高温型からγ型へ転移する際には「ダスティング」と呼ばれるクリンカーの粉化現象が生じ、クリンカーのハンドリングが困難となる。
title: オーステナイト系ステンレス鋼
text: 具体的な組成や製造過程によるが、オーステナイト系の耐食性はステンレス鋼の中で高い部類に入る。延性に優れ、極低温環境でも脆化の程度は小さい。高温環境でも他のステンレス鋼種と比較して強度低下は小さい。塑性加工を加えることでマルテンサイト変態を起こす性質を持ち、これを利用したオーステナイト系の高強度鋼種もある。通常、固溶化熱処理して実用に供される。切削加工においては被削性はやや劣る。ある高温度域に一定時間晒されると耐食性が低下する鋭敏化という現象があり、オーステナイト系の溶接や熱処理においては注意を要する。
title: ガレージキット
text: ホワイトメタルと呼ばれる、錫や鉛、アンチモン、ビスマスを主体とした低融点の合金を、耐熱性シリコーンゴム型などに注型(鋳造)して生産されるキット。硬化時間が短く、レジンキャストとは違い、鋳込みに失敗した材料を再利用できる。発泡は少なく、複雑な形状でも、単純な遠心成形で欠損のない成形品が得られ易い。レジンキャストと同様、ゴム型は熱により消耗し大量生産には向かない。金属を材料としているため、接着と塗装は多少難しい。金属の鋳造法には石膏型を用いるロストワックスや、金型を用いるダイカストなどもある。ロストワックスはホワイトメタルより強度の高い真鍮などによる精密鋳造が可能で、強度と精密さが必要な部品などに使用される。ダイカストは大量生産に向いた方法であり、ミニカーなどの玩具に用いられることが多い。
title: 放熱グリス
text: ベースとなるのは、常温からある程度の高温まで、粘度の変化が少ない変性シリコーン等のグリスである。このグリスに、熱伝導率の高い金属あるいは金属酸化物の粒子(フィラー)を混ぜ込んだようなものが多い。
title: アーク溶接
text: 炭酸ガスアーク溶接における高電流の状態では、溶融した溶加材は大きな滴になって移行し、一部の溶融金属が飛び散るなどの現象が生じる。これをグロビュール移行という。飛び散った溶融金属はスパッタといい、溶接ビードの回りにこびり付き、溶接の外観を悪くする原因となる。しかし、うまくコントロールできればグロビュール移行は高速な溶接ができるという長所がある。
title: エムロード (原子力潜水艦)
text: ダイヤモンドに次ぐ硬さを持つ物質で、またダイヤモンドに比べて熱に強く鉄との反応性が低いという性質を持つため、その粒子を超高圧下で焼結したものは、硬質材料の切削に留まらず鋼や鋳鉄の超高速切削といった分野でも用いられる。
title: 炭素
text: 炭素は4本の共有結合ができ、結合の状態によって数種類の同素体を形成する。炭素同士がsp混成軌道を形成し、正六角形の平面構造を取った膜が重なったものがグラファイトになる。2009年、グラファイトの基本構造である薄いグラフェンは非常に高い硬度を持つことが判明した。しかし、グラファイトから薄いグラフェンを経済的に剥ぎ取る技術は確立されておらず、事業性の確立は今後の開発を待つ必要がある。また、炭素がsp混成軌道を形成して正四面体の立体結晶構造を取った巨大分子となったものがダイヤモンドとなる。同じ炭素の同素体であるが、前者は電気伝導性が高く軟らかい、後者は絶縁体で硬いなど、まったく異なる性質を示す。ダイヤモンドが炭素の同素体であることを示したのはラヴォアジエである。実験内容は、密閉容器に納めたダイヤモンドを虫眼鏡により燃焼させると二酸化炭素だけが生成されるというものである。
title: 潤滑油
text: 不純物とは不溶性金属粉(スラッジ)であり、金属表面が摩擦すると微少ながら金属が削れて溶解性金属分子のスラッジ前駆体(スラッジプリカーサ)が現れる。スラッジ前駆体が油中に蓄積していくと多数の前駆体が重合して高分子量の不溶性成分となる。不溶性成分が凝集若しくは沈殿してスラッジとなる。潤滑面に存在すると摩擦や摩耗の原因となり、潤滑油に混入すると潤滑油の酸化や劣化の原因となる。すると、機械の焼き付きや故障につながる。
title: ゴム
text: 分子間を共有結合で結合し、三次元網目構造を形成する高分子は、ガラス転移温度以上ではゴム弾性という特殊な性質を示すゴム状態となる。ゴム弾性とは、ゴムのように弾む性質ではなく、一見柔らかく塑性変形を起こしやすそうに見えるが、元に戻る応力が大きく、変形しにくいといった性質を指し、次のような特徴を持つ。
title: 電解ニッケルめっき
text: 高電流部やエッジ部において、ニッケルイオンの消耗が大きく、ニッケルイオンの供給が十分に行われないと、水の電気分解が起こり、水素ガスが発生する。このとき、陰極界面のpHが上昇してニッケルの水酸化物が生じて陰極面に析出し、いわゆる『焦げ』が生じる。焦げの発生を防止するためにはめっき浴の撹拌を行い、陰極界面へニッケルイオンを十分に供給する必要がある。撹拌の方法としては、エア撹拌、液流動、カソードロッキングなどがあるが、ニッケルめっきの場合はエア撹拌が一般的。
title: エラストマー
text: 熱硬化性エラストマー(thermosetting elastomer)とは、ある一定の温度範囲において、熱を加えても軟化することの無い、比較的耐熱性の高いタイプのエラストマーのこと。一般に「ゴム」と呼ばれるのはこのタイプである。
title: 焼戻し
text: 前述で説明した通り、焼戻し温度によって得られる組織が異なる。高温焼戻しと呼ばれる焼戻し温度域の中でも、400 - 500°Cから焼き戻すとトルースタイトと呼ばれる組織が得られる。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バネ類などに適用される。
title: マルテンサイト
text: 鉄-炭素合金(Fe-C系合金)の結晶は、高温ではオーステナイト(面心立方格子構造)が、常温ではフェライト相(体心立方格子構造)が安定している。このため高温のオーステナイトを冷却するとフェライトに変態しようとする。フェライトはオーステナイトと比べ少量の炭素しか固溶できないため、変態する際には結晶中から炭素を移動させなければならず、移動のための拡散が伴わなければならない(拡散変態)。
title: 発泡スチロール
text: 最も古くからある発泡スチロール素材であり、また様々な用途に利用され、一般でも良く見かけられる素材である。割ると小さな粒が集まって固まったように見えるが、これらはその各々が「ビーズ」と呼ばれる小さなポリスチレンの粒を発泡させたものである。
title: エンジニアリングプラスチック
text: 多くの材料がその結晶工学的見地から、アモルファス状(ガラス状)である。これはへき開などを防止し力学的強度を増すためと思われる。
title: エネルゴン
text: 完成したエネルゴンキューブは火気に対し敏感であり、発生する炎は小さいものの、炎上しやすい。劇中では、せっかくエネルギーを奪い完成させたエネルゴンキューブが戦闘により被弾、燃え上がり、苦労が水の泡となるシーンも見られる。
title: 京極高光
text: ボロナイジング(英語: boronizing)とは、耐摩耗性、耐焼付け性の改善を図るため、鉄鋼製品にボロン化合物の表面層を生成させる処理。ホウ化処理とも呼ぶ。
title: 炭酸ガスアーク溶接
text: 一般に炭酸ガスでアーク溶接を行うと、不活性ガスを使うよりスパッタが多くなり、溶接外観が悪くなる。その一方で、炭酸ガスはアークと化学反応を起こすため、炭酸ガスとアークの間に反発力が発生し、アークが細くなる。そのため、熱エネルギーが集中し溶け込みが深くなると言われており、不活性ガスを使用可能でも、あえて炭酸ガス溶接を用いる場合もある。
title: 析出硬化系ステンレス鋼
text: 一般に、時効処理の温度と保持時間によって、最終的な機械的性質が左右される。時効温度が高いほど強度は下がるが、靭性は上がる。マルテンサイト系では複数の時効処理条件が規格化されているが、強度・硬さと靭性のバランスを配慮して時効処理条件が選ばれる。セミオーステナイト系を冷間加工でマルテンサイト化する場合は、圧下率が高いほど硬さも上がる。圧下率 50 % を超えると他の処理よりも高硬度となる。析出硬化系の機械的性質の例を以下に示す。
title: ステンレス鋼
text: ステンレス鋼が弾性変形しても、不働態皮膜もそれによく追従して破壊されることはない。上記でも述べたとおり、もしステンレス鋼表面が傷ついて皮膜が機械的に破壊されても、瞬時に再生する性質を持つ。また、ステンレス鋼の不働態皮膜は半導体型で、クロム 20 % 程度までではn型半導体、それ以上ではp型半導体となっている。
title: アモルファス金属
text: アモルファス金属の特徴として、強靱性、耐食性、軟磁性が挙げられる。アモルファスでは金属結晶のようなすべり面がないため、強度と粘りを両立することができる。また、一般にアモルファス金属は化学的な活性が高いため、合金中にクロムのような不動態をつくるような元素を添加すると、厚い不動態被膜を作りやすく、高い耐腐食性を示す。アモルファスは均一性が高く、腐食の起点となる結晶粒界が存在しないことも耐腐食性の高さに寄与している。アモルファス金属の組成中に強磁性金属を添加することで、優れた軟磁性材料が得られる。アモルファスには異方性が無く、磁壁の移動を妨げる粒界が存在しないためである。この軟磁性を利用して、アモルファス金属は電源用トランスやノイズフィルタ、磁気ヘッドなど、電子機器の基幹材料に用いられている。
title: 押出成形
text: 押出成形で、表面にヒビ割れが生じることがある。この押出加工材とダイスやダイス表面のメタルとの間のせん断力によって生じる押出加工材表面の傷は「テアリング」と呼ばれ、低品質なものや不良品として扱われる。温度設定、摩擦、押出速度が高すぎるのが主な原因である。また、温度が低すぎて素材が金型に固着して発生することもある。また、摩擦が大きすぎたり、周辺と中心部で温度差が生じたりすると、不純物や酸化物が製品の中心部に集まることがある。また、金型の設計が流体静力学的に問題があると、製品内部にヒビや空隙が生じることがある。
title: ジルコニア
text: 安定化ジルコニアは、酸化物無添加のジルコニアに比べて、強度、及び靭性などの機械的特性に優れる。これは、破壊の原因となる亀裂の伝播を正方晶から単斜晶への相変態によって阻害し、亀裂先端への応力の集中を緩和するからである。この特異なメカニズムを「応力誘起相変態強化機構」と言い、最大で正方晶の約40パーセントが単斜晶に変態する。また、変態を完全に抑制した完全安定化ジルコニアよりも、添加剤の量を減らしてわずかに変態出来るようにした、部分安定化ジルコニアの方が機械的特性に優れることが知られている。
title: オーステナイト系ステンレス鋼
text: 延性の程度を示す伸びは、同じく固溶化・冷延薄板の SUS 304 の場合で 約 60% である。オーステナイト系の高い延性は、加工誘起マルテンサイト変態によって生み出される。一般的な鉄鋼材料や安定なオーステナイトを引張試験をすると、試験片はある程度まで均一変形にして伸びた後、一部分が括れ出し、その括れに変形が集中して破壊に至る。一方、準安定オーステナイトの場合、発生した括れ箇所に加工誘起マルテンサイト変態が起き、その箇所が強化される。それによって、括れ箇所の代わりに他の箇所で変形が進む。結果的に、破断までに大きく一様に伸びることができる。このような加工誘起マルテンサイト変態によって伸びが増大する現象を変態誘起塑性と呼ぶ。
title: ステンレス鋼
text: ステンレス鋼の金属組織をミクロに観察すると、金属組織を主に占めている相の種類には、体心立方構造のフェライト、体心正方構造のマルテンサイト、面心立方構造のオーステナイトの3つが存在する。こういった合金の金属組織は、含有する化学成分の種類と濃度(組成)、加熱・冷却・一定温度保持などの材料が受けた熱履歴、および加工履歴などによって決まる。フェライト、マルテンサイト、オーステナイトは結晶構造がそれぞれ異なっており、結晶構造の違いがステンレス鋼の材料特性の違いとなって現れる。特に物理的性質と機械的性質が、金属組織の種類によって変化する。
title: 合金
text: 共晶をつくる合金(例えばSn-Pbなど)では、それぞれの単独の金属の融点に比べて合金の融点を下げることができるため、より低融点の金属を得ることができる。このため、二種類の金属を接した状態で加熱すると、それぞれ単独の金属では融点に達しない温度であっても、接している部分から合金となって融けてゆく現象が起こる。たとえば、低融点の金属を加熱して液体とし、そこに高融点の金属を固体のまま投入することで、融かし込んで合金を作ることができる。太古から青銅作りなどで経験則的に利用されていた。
title: 発泡スチロール
text: ビーズ法発泡スチロール (EPS) は、ポリスチレンを、主にブタン・ペンタンなどの炭化水素ガスで発泡させて製造される。具体的には、直径1mm程度の細粒状ポリスチレンであるポリスチレンビーズに炭化水素ガスを吸収させ、これに100°C以上の高温蒸気を当てて樹脂を軟化させると共に圧力を加えて発泡させる。発泡したビーズ同士は融着し合い、冷却時に様々な形状となって発泡スチロールとなる。
title: 窒化アルミニウム
text: アルミニウムは地金を新造する際に「電気の缶詰」といわれるほど多量の電気を消費するが、再生する場合には新造時の約 3% のエネルギーしか要さないためリサイクルの優等生と言われる。しかし、実際には融解時に空気中の窒素と反応して窒化アルミニウムとして一部が失われる。
title: オーステナイト
text: オーステナイト状態にある鉄を急速に冷却することで鉄はマルテンサイト状態になる。この、加熱後急冷してマルテンサイト状にする(マルテンサイト変態)行為を焼入れと呼ぶ。すなわち鉄を焼入れする時は、オーステナイトになるA3変態点を超えるまで加熱しなければならない。
title: インベストメント鋳造
text: 複雑な形状の製品を簡易に製造できる手法として用いられる。ワックス(蝋)や発泡スチロールのように高温で消失する素材で原型を製作する。ワックス(蝋)を使用する場合にはロストワックス鋳造(lost wax casting)と呼ばれる。
title: 金属
text: アモルファス金属は、強い磁性に機械的強度や耐食性に優れ、温度変化による熱膨張や剛性低下の係数が低い。アモルファス金属の製造法には複数の手法が提案されているが、工業的には直接合金を得られる溶融金属の急冷凝固法が優れている。
title: 残留応力
text: 鉄鋼のような金属塑性材料に対しては、表面に小さな鋼球をぶつけることで表面に塑性変形による加工硬化と表面応力の均一化及び圧縮残留応力を与えて強度向上を図るショットピーニングと呼ばれる技術がある。疲労による破壊に対しても圧縮残留応力の付与は有効で、疲労限度の向上や疲労き裂進展速度の低下に寄与する。
title: 凝固
text: 硝子やグリセロールなどの一定の物質は結晶化なしに硬質化する。これをガラス化と呼び、このようなプロセスで生成される物体は非晶質固体と呼ばれる。
title: カラギーナン
text: 特徴としては、力(せん断応力)をかけると容易に流動し、静置すると粘性を回復してゲル状になる性質(チキソトロピー)がある。この性質は工業的利用に有利で、特に食品に用いた場合には食感が滑らかになるという利点もある。これから以下のような用途に用いられる。
title: 固体
text: 力学的には、セラミックスは脆く、硬く、圧縮に強いが、切断と引っ張りには弱い。もろい素材であっても、静的な負荷にたいしては強度を発揮することがある。じん性は素材が破壊されるまでにどれだけのエネルギーに耐えられるかを示し、破壊じん性 (KIc) は欠陥(割れ)の成長に抵抗する素材の能力を意味する。素材の破壊じん性が高い場合、破壊力学の基本原則によれば、延性破壊を生じる可能性が高い。セラミックスやガラスセラミックスはぜい性破壊を生じることが多く、一般に KIc は低い。