理工学研究科Graduate School of Science and Engineering
MTL500X1（材料工学 / Material engineering 500）耐熱材料特論High Temperature Materials
木村 一弘Kazuhiro KIMURA
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学研究科Graduate School of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2023 |
| 授業コードClass code | YA007 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 火3/Tue.3 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | 2 |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| カテゴリーCategory | 機械工学専攻 |
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Outline (in English)
【Course outline】This course provides a basic knowledge of heat resistant metallic materials.
【Learning Objectives】At the end of the course, students are expected to acquire preliminary understanding of creep deformation at the elevated temperatures and creep rupture life prediction.
【Learning activities outside of classroom】Before/after each class meeting, students will be expected to spend 4 hours to understand the course content.
【Grading Criteria /Policy】Final grade will be calculated according to the following process Short reports (50%), and in-class ontribution (50%).
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
・材料にとっての高温とは？
・耐熱材料の用途と必要条件
・高温での金属組織の回復と転位の上昇運動
・室温での強化因子であるひずみ強化と結晶粒径の微細化は高温では軟化因子
・一定応力下での高温変形(クリープ変形) の特徴
・転位クリープと拡散クリープとは
・クリープ変形の強化因子
・耐熱鋼と耐熱合金の種類と特徴
・クリープの破壊機構と材質劣化
・クリープ強度特性に関連した設計基準と許容応力
・長時間クリープ寿命予測とクリープ変形特性評価
到達目標Goal
・高温では転位の上昇運動がクリープ変形を引き起こすため、室温強度特性とは異なることを理解する
・転位の上昇運動は空孔の拡散に依存するため、変形が温度、時間依存型(クリープ変形) であることを理解する
・室温での強化因子であるひずみ強化と結晶粒径の微細化は、高温では再結晶や回復を促すことを理解する
・転位クリープは遷移、定常および加速域からなることを理解する
・フェライト系およびオーステナイト系耐熱鋼と超合金の強化機構に基づいて理解する
・高温構造用機器の設計基準におけるクリープ強度特性の意味を理解する
・長時間クリープ強度の予測評価法を理解する
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」「DP2」「DP3」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
耐熱金属材料を取り上げ、まず高温変形の特徴を室温の変形と比べることで理解した後、ひずみ速度が小さいクリープ変形を転位クリープの機構に基づいて示し、高温クリープでは室温での強化因子とされるひずみ強化及び結晶粒径の微細化は弱化として働くことを教示する。高温クリープの強化因子を示した後、耐熱鋼および耐熱合金の種類とそれら強化機構の特徴を教示する。ついで、高温構造用機器の設計基準におけるクリープ強度の重要性を教示した後、長時間クリープ強度の予測評価法を解説する。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[対面/face to face]：ガイダンス。14 回の講義の目的と内容を詳述する。
耐熱材料の用途とその重要性を解説する。
第2回[対面/face to face]：室温での主要な強化機構と転位の役割を理解しよう。
鉄鋼材料の主要な強化機構であるひずみ（加工）硬化と結晶粒微細化（Hall-Petchの関係）と転位との関係を解説する。
第3回[対面/face to face]：室温と高温の「応力ーひずみ曲線（引張変形挙動）」の違いを理解しよう。
室温と高温における引張変形挙動の違いに着目して、高温変形の特徴と「拡散」の重要性を解説する。
第4回[対面/face to face]：転位の上昇運動と金属組織の「回復」、「再結晶」を理解しよう。
「拡散」による空孔の移動が「転位の上昇運動」を引き起こすこと、金属組織の「回復」と「再結晶」は転位の運動と消滅に起因することを解説する。
第5回[対面/face to face]：「クリープ変形」と「遷移、定常（最小）、加速クリープ域」の特徴を理解しよう。
「クリープ変形」は時間依存型の変形であり、クリープ変形を構成する「遷移」、「定常（最小）」、「加速」の３つの領域の発現機構を解説する。
第6回[対面/face to face]：低応力条件における「Cobleクリープ」と「Nabarro-Herringクリープ」の特徴を理解しよう。
転位の運動による「転位クリープ」の他に、拡散による原子の移動が変形をもたらす２種類の「拡散クリープ」モデル（粒界拡散支配と体積拡散支配）の変形機構を解説する。
第7回[対面/face to face]：クリープの強化機構を理解しよう。
クリープ強化機構として、固溶強化、析出強化、粒界析出強化、結晶形状制御強化について、それらの強化機構を解説する。
第8回[対面/face to face]：フェライト系耐熱鋼とオーステナイト系耐熱鋼の特徴を理解しよう。
フェライト系耐熱鋼とオーステナイト系耐熱鋼の金属組織とクリープ強度特性について、特徴と違いを解説する。
第9回[対面/face to face]：超合金（Fe基、Co基、Ni基）の種類と特徴を理解しよう。
超合金にはFe基、Co基及びNi基があることをそれらの特徴と併せて説明するとともに、超合金の開発の経緯について解説する。
第10回[対面/face to face]：クリープの破壊機構を理解しよう。
材種や試験条件（温度、応力）等により、クリープの破壊形態には種々のタイプがあることを解説する。
第11回[対面/face to face]：長期使用に伴う材質劣化と基底クリープ強度を理解しよう。
種々の強化機構によりクリープ強度は向上するが、高温長時間使用に伴う組織変化によりクリープ強度は低下（材質劣化）し、長時間域では基底クリープ強度に支配されることを解説する。
第12回[対面/face to face]：クリープ強度特性に関連した設計基準と許容応力を理解しよう。
火力発電プラントや圧力容器等の設計基準に規定されている高温の許容応力は、クリープ強度特性に基づいて策定されていることを解説する。
第13回[対面/face to face]：長時間クリープ強度の予測法を理解しよう。
比較的短時間のクリープ試験データを用いて、外挿により長時間クリープ強度を予測評価する手法を解説する。
第14回[対面/face to face]：クリープ変形特性評価法を理解しよう。
クリープ曲線を数式表示することによるクリープ変形特性評価法を解説する。
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習時間は、各４時間を標準とします。】興味のある学生は以下の【参考書】欄に示す参考書を読むことを薦める。
テキスト（教科書）Textbooks
テキストは講義開始にあたって配布する予定。
参考書References
(1) O. D. Sherby and P. M. Burke: Progress in Materials Science, 13(1968), pp.323-390
(2) J. Cadek: Creep in Metallic Materials, Materials Science Monographs, 48, (1988)
(3) R. W. Evans and B. Wilshire: Introduction to CREEP, The Institute of Materials, (1993)
(4) 太田定雄: 叢書 鉄鋼技術の流れ 第一シリーズ8巻 フェライト系耐熱鋼、日本鉄鋼協会、(1998)
(5) 耐熱合金: 新制金属講座新版材料篇、(社) 日本金属学会
(6) 三橋章: 初めての金属材料学、ビギナーズブック31、工業調査会、(2003)、p.130-132
(7) 丸山公一、中島英治: 高温強度の材料科学、内田老鶴圃、(1997)
成績評価の方法と基準Grading criteria
・小テストあるいはレポートについての評価(取り組みが意欲的になっていることを特に高く評価する)/50%
・平常点(講義での質疑応答を特に高く評価する)/50%
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
学生からの意見等は大いに参考にしたい。