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林 弘

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[金材技研ニュース 1976 No.2](https://mdr.nims.go.jp/datasets/f956799a-aac2-4bc7-9608-d060f0455794)

## Fulltext

金材技研ニュース　1976　No.2i〇一、ゼEoo一一〇［睨［o‘P○コ1000－○匝あo㎝oo．］o－Eo－o呵o］一〇〇〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈ωEo．ゼ≧里三…ω…Z－ooω］o〕f←㎜．2金属材料技術研究所ヘリウムタービン動翼用耐熱鋳造合金　直接サイクルヘリウムタービンの計画，国産ジェットエンジンの開発，火力発電を効率のよい高榊ガスタービンで行う案など，最近ガスタービンに関する話題が多い。鉄鋼材料研究部では，これらの新しい二一ズを考慮して，主としてタービン動翼を応用対象とする耐熱鋳造合金の開発研究を行っている。ヘリウムタービにおいては，高温ガ又原∫炉からのユ，000℃程度の高温のHeガスを閉サイクルで術環させてタービンを駆動させ発電を行う。このタービンについて，米国と西独では大規桃な研究開発が推進されており，我が国でも電機工業会が概念設計とテクノロジーアセスメントを行った。　夕一ビン材料の酸化やエロージョンにより微粉が生じこれが循環するガスに混じて原子炉の炉心を通辿して放射化され，かつ万一Heガスの漏洩が起きれば，放射能洩れが生じる危険がある。したがって，直接炉心に用いない材料でも，放射化されやすいCoやTaなど去含まぬことが要望される。しかし，CoはNi基合金の高温強度を上昇させる元素であり，多くのNi基超合金にCoが添加されている。そこで，まずジェットエンジンの夕一ビン動翼材料として用いられている世界最強のNi基鋳造合金，Mar－M200（重量％で，O．15C，10Co，9Cr，12，5W，5A1，2Ti，1Nb，O．015B，O．05Zr，残Ni）とこれからCoを除いた合金を真空溶解してロストワックス型で試験片の形状に鋳造した。これらを鋳造のままで80ト1，OOO℃のクリープ破断試験に供した血その結果を整理して，表のIとI1に示した。Coを除くとクリープ破断強さが20％程度低下する。クリープ曲線の検討と走査電子顕微鏡などによる組織や割れの観察から，Coを除くことによるクリープ破断強度の低下は粒界の組織が変化して粒界割れが生じやすくなるためと考えられたので，粒界強化に有効と考えられているBの増加，あるいはHfの添加を試みた。なお，Bの増量は他のNi基合金について当研究部の他のメンバーによつその有効性が示されてい・る。　Coを除いたMar－M200の組成に，O．2％のBあるいは1．5％のHfを添加すると，粒界の組織が改善され，表のmあるいは1Vのようにクリープ破断強さも改善された。このようにして，Mar－M200合金に匹敵するクリープ破断強さを持ち，ヘリウムタービンに使用可能な，CoもTaも含まぬNi基耐熱鋳造合金が得られた。　今後，さらに性能のよい合金の開発を続けると共に，ヘリウム中のクリープ試験や，定歪疲れ試験などを行う必要がある。表　Ni基鋳造合金の900℃，5万時間のクリ　　ープ破断強さ（㎏／㎜2）I．Mar－M200合金II，Mar－M200よりCoを除いた合金m．IIにO．2％のBを含有させた合金1V．IIに1，5％のHfを含有させた合金9．67，510，39．7一1一高純度アルミニウムの電子線照射効果　金属材料の放射線損傷についてはその実用的重要性から，また基礎的な見地から各国で精力的に研究が行われている。近年，この分野で注目されるのは電子顕微鏡の加速電圧の高圧化にともない，高いエネルギーの電子線を電顕内で直接試料に照射し，各種の金属材料中に放射線損傷欠陥を容易にコントロールしながら，導入することが可能になったことである。この方法は大規模な損傷設備を必要とせず，かつ，安全に損傷効果を実験室的にシュミレートできるという点で極めて有効な手段である。　金属物理研究部では金属、合金の照射欠陥の挙動を調べる目的で，まず予備実験として高純度アルミニウム（6ナイン）の電子線照射効果を調べた。写真はアルミニウムのマトリックス中あるいは双晶境界に形成された照射欠陥を示す。マトリックス中には典型的な黒白コントラストをもつ点状の微細欠陥が観察される。これらの欠陥はコントラストの解析から格子間原子が集合してできた転位ループであることがわかった。一方，双晶境界面には特徴的な三角形の形状をもつ欠陥が観察される。そして双晶境界近傍には欠陥の存在しない，いわゆるdenuded　z㎝eが認められる。上述の三角形欠陥の形状は一様であり，照射時間を増すとその大きさは成長する。これらの三角形欠陥はやはり格子間原子型ループであり，その一様な形状は双晶境界面における原子配列の幾何学的構造に起因すると考えられた。また，三角形ループの成長過程はその深さ位置に依存し，試料表面近傍と内部では明らかな差異が認められた。すなわち，試料表面に近くなるに従ってその成長速度は大きかった。この結果は，欠陥形成に関与する格子問原子に対するシンクとして試料表面と残留空孔が支配的であると理解された。写真室温で電子線照射したAlの双晶境界に形成され　　た三角形ループ。　　200kV．6分照射写真双晶境界における三角形ループの成長とマトリッ　　クス中の点状欠陥。　　200kV．26分照射一2一Mo，Taの再結晶集合組織におよぼす微量不純物の影響　W，Mo，Ta，Nb等の高融点金属の再結晶集含組織の制御は，学問的興味は勿論のこと実用面から見ても，圧延板の成形加コニ性とか，またW，Moの場含には板の再結晶脆性を改良する上からも効果があると考えられる。　非鉄金属材料研究都では，上記のような立場から，これらの高融点金属単結晶の再結晶集合組織の制御に関する研究を進めている。　前報で圧延された（1ユ1）［n2〕方位単結晶から得られる再結晶集合組織は，MoとTaで異なることを轍告したが，今回は高純度のMoおよぴTaの再結晶集合組織は微量の不純物によって，ある場含は極めて急激に変化することを見出したので，その結果について報告する。　結果は表1および表2に示した通リであるが，Moではゾーン精製の回数が1回の場含は，出現する再結晶粒は（511）口05］1（5n）［105〕1（この方位は言式料方位と双晶関係にある）が圭成分となる。しかしゾーン精製の卿数が3回になると，ほとんど完全に（110）［00正〕方位王成分となり，以後ゾーン精製の回数を増しても変わらない。　一方Taの場含，その変化はMoの場合ほど急激ではないが，ゾーン精製の回数が増加するにつれて，（u0）〔001〕方位成分が減少し，（115）〔；52〕側方位成分が増して来る。このような傾向はMR　C社の高純度Taでは特に著しい。　そして検出された再結晶粒方位の大部分は試料方位と良好なコインシデンス関係を保持していることが特徴的である。　以上のような興味ある現象は，試料の処理条件から考えて，ゾーン精製の回数に応じて微妙に変化する不純物によるものであると撤則される。　すなわち，筆者らは再結晶粒方位を決定する因子は極めて複雑であるが，重要な因子の一つは，再緒晶核形成の初期において圧延マトリックス（試料方位とほぼ同じ）と圧延マトリックス中に存在する核のエンブリオの間に低エネルギーのコインシデンス境界が形成されるか否かによるとの説を取っているが，ある種のコインシデンス境界は何んらかの元素（表2からみて炭素が有力）の折出の前駆的段階によってその形成が抑止されるために，出現する再結晶核の方位が変化するものと思われる。表1　Mo，Ta（m）〔112〕方位雌縞　　　鳳に含まれる主要不純物　　　（wtpPm）ゾーンC　N O検出された金属 非R鮒K／精製固数 不純物 R4．2・K，T。国 産 O 8025 10 33〃 1 3013 5Fe，Ni，W，Si850Mo 〃 3 2θヱ3 5 7，000〃 20凹10，㏄OMRC社＞玉 玉8一正O W，Ta，S1，Fe 凹国　産 O 4013 玉8 65〃 1 ■　　　　　　　　　　’’ Nb，W，Si，Fe200Ta 〃 3 2012 5 300〃 20’　　　　　　　　　　’凹500㌔MRC社＞1 5　3 5 Nb，Fe，W 凹＊は残働紙抗比表2M。，T。（111）〔n2〕方位単結　　　晶から得られた再結爆1粒方位　　　の分類とゾーン精製条件ゾーン（州（OO1〕（舳o05〕（115順2〕 　■（mX112〕その他の精製回数 棚）／蝸〕 方位国　産 玉 O 25 0 O 5〃 3 56 O 1 O ’Mo 〃 20 all O 0 O 凹MRC社 ＞1 5 4 0 1 I3〃 10 aH O 0 0 凹国　産 1 37 0 7 O 一Ta 〃 3 46 2 23 1 4MRC社 〉I 工1 0 I8 6 4一3一【特許紹介】　　　　水　中　溶　接　法　　公背番号昭50－13203（昭和50年5月17日）　　　　　　日召和50年9月19日　　発閉者蓮井淳　この発明は水申溶接中に粘性液体によリ溶接部等を包被しブローホール等のない健全な溶接継手を作ることを特徴としている。　水中溶接は海洋開発関連技術として，海洋構造物の建設工事等で必要であるためこの研究開発が進められている。現在，被覆アーク溶接棒を用いる手溶接法が適用されているが，これはアークの発生と維持が不安定で母材及び溶融金属の加熱効果が小さく，溶接都にアンダーカットや融含不良部が生じたつ，また溶接能率が良くなくいろいろな障審をもたらす。　この研究所では，水中溶接において良好な溶接継手を作り施工面からもより優位の方法を開発するため研究が進められている。加工材及び溶融金属の加熱状態が良好なプラズマ水中溶接法について、特にプラズマ起動を容易にするシールドガス送給の制御法の技術を公開した（特公昭48－3742，特許705，718）。これによるとアンダーカットがなく外観が良好で機械的性質のすぐれた溶接部が得られるが，アークのふれが原困になって溶接金属中にブローホ一ルの発生が認められる。この発明は，ブローホールのない完全な溶接継手を容易に得るようにするため，アーク又はプラズマのふれを粘性液体の慣一性と粘性とによって防止し，水中溶接の技術的魍難性を軽減させるものである。　図1は，この発明を適用した水中アーク溶接法の例である。溶接卜一チ1と同軸に設けた溶接ワイヤ2を送給用ノズル3の端から送給し、加工材5の閲にアーク6を発生させる。溶接電源7は溶接ワイヤ2と加工材5とに緒線してある。粘性液体8は送入口4からノズル3の外周を軸方向に送給され，トーチ先端から流下してアーク及ぴ溶融金属を覆いこれらを水9から遮断する。粘性液体は水ガラス等に炭酸カルシウムなどのアーク安定剤を混入したものである。　図2は，この発明を適用した水中プラズマ溶接法の例で、構成の要部は溶接棒9，トーチユ0，陰極11，ノズル12，加工材13，粘性液体送入［］I4，プラズマアーク15，電源16，17，粘性液体流出口18である。プラズマ作動ガスと粘性液体8の中に有効に空洞が形成され，その中でプラズマは安定に維持されて溶接熱源になる。　この溶接法によるとプラズマ及び溶融金属は粘佳液体によって雰囲気の水から完全に遮断され，粘性液体内で形成される空洞の揺動が少ないので，溶接が安定に行われる上に、水による溶接都の急冷が防止される結果，溶接部の外観が美しく，ブローホール，アンダーカットのない良好な溶接ができる。図　1⑦図　2　　　　　　　遜巻　繁206号編集兼発行人　　　　　　　林　　　　　　　弘印　　　刷　株式会社ユニ才ンプリント　　　　　　湧迂京蕃個）ヒ」三邊区弓］クモ8－3G－2　　　　　　一」　東京（03）753－6969（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都富黒区中目黒2丁目3番i2号　　　　　　　電議　東京（03）719－2271（代表）　　　　　　　郵鰹番号（ユ53）一4一