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[NRIMNews1969-08.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/1bea5703-204a-41a9-9a12-c66812d0b2ad/download)

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佐々木 武

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[金材技研ニュース 1969 No.8](https://mdr.nims.go.jp/datasets/ea16f2dc-64cf-4b49-a9c2-98d2f494bfd4)

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金材技研ニュース　1969　No.8七①一．ゼEoo一一〇旦ωEo．oo］一〇〇〇一〇〇＝あ○蜆oo一］o－Eo－ooo］’oo’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．但≧聖三…ω…Z－ooω］0f←’1金属材料技術研究所Ti－2Co－6A1合金について　チタソは比重が4．6と軽く，鋸びず，その強さはほぽ鋼に匹敵するという優れた特徴をもった金属で，さらにこの長所を仲ぼしたものとして従来6A1－4V－Ti合金や5Al－2，5Sn合金が開発されている。ところが，これらの合金の高温強度は400℃以上になると急激に低くたるので，たとえぼ，VSTOL用の小型ジェットェソジソの軽量化をはかるため，タービソデイスクにこれらの合金を応用しようとするときには耐熱性の不足という問題がある。　非鉄金属材料研究部では，さきに8A1－4Co－Ti合金は強度で大で，かつ耐熱性も優れていることを見出したが，工業規模の大型鋳塊の製造に際しては正偏析を生じ易く微妙な条件の調節が必要となるなど，工学上の問題がありまたやや靱性が不足であ．った。　これらの間題点を基礎的に検討し，靱性が大で，強度および耐熱性に関Lては高いレベルを持ち，かつ製造が容易となるようTi－A1－Co系合金の改良をはかった。　すたわち，アルミニウムを6～8％としコパルトを2％に減らした結果，大型鋳塊製造において前述の高コバルト合金に見られた製造上の困難性の問題は解決し，製造条件の許容巾が広く，かつ偏析や組織の異常は認められなかった。これらの合金は作り易く，そのうち，Ti－6Al－2CO合金の鍛造性がもっとも良好である。熱問加工のまま　（α十β材）の強度は2Co－6，7および8Alとしたときの引張り強さは，それぞれユ09，117およびユ24kg／mm皇で，仲びは16～18％であった。　高温使用に適したアルフア型の熱処理を施した場合，強さはアルミニウム含有量に応じて変化し，Ti－2Co－6，7および8A1合金では，それぞれ室温の引張り強さは9ユ，108およびユ20kg／mm2で，従来のアルファ型合金の代表である，5A1－2．5Snの87kg／mm2に比べるといずれも強力である。　試験温度を室温から600℃まで変化したときの高温引張り試験の結果は，Ti－6Al－2Co合金の場合は図に示すようで，試験温度が高くなるに従って徐々に強度を低下するが，強度の急激な低下を示す温度は約500℃で，これは従来の強力合金に比較して高温使用限を50～100℃高くとることができる。　Ti－6Al－2Co合金で実物大のタービソデイスクを試作し，この鍛造素材より実体試験片を切り出して各部分の確性試験を行たった結果ほぽ満すべき性能が得られた。100EE只虐　50杣佃㎎図Ti－6Al－2Co合金の高温強さ40　§30も　畢2010言式彗黄’j註上隻C高速炉用ステンレス鋼の時効硬化性と時効組織　高速炉の燃料被覆管は，少くともユ0，000時間以　　高温で安定なためであろう。σ相はS－2試料（0．上の使用に耐えなけれぼならない。そこで1150℃　　06％C）にも少しく生成するが，それ以上の炭素で溶体化処理した種々の炭素濃度を含む304系と　　濃度ではみられない。そして析出炭化物は炭素含316系オーステナイト鋼の10，000時問までの時効　　量とともに微細にかつ量的に多くなり，時効硬化硬化性とその組織変化について検討した。　　　　　の上昇に寄与するが，0．3％C以上の試料では残　図1は700℃における304系鋼の硬さ変化で，極　　留炭化物の周辺での析出が顕著になり，析出粒子低炭素濃度のS一ユ試料は，1，000時問までほとん　　も粗大化してくる。写真1は316系鋼についてこど変化が認められないが，その後3，000時問まで　　れを示したものである。すなわち残留炭化物の存に硬さの上昇がある。炭素濃度がS　2，S　3，S　　在は析出炭化物の過時効による試料の軟化を促一4試料と次第に高まると，IO，000時問までに硬　　す。これらの結果は！0，OOO時問まで時効硬化性をさが除々に増加し，その硬化量は炭素含量の多い　　維持する適量の炭素濃度があることを示しておものほど大きい。　　　　　　　　　　　　　　　　り，図ユからこれを求めるとS－4試料（0．21％　しかし残留炭化物が最初から存在しているS　　　C）ということになる。■6試料では30時問以降軟化する傾向がみられ，高　　　　　特殊材料研究部　特殊材料第2研究室炭素含量のS－6試料ではこれが顕著である。3ユ6　　　　材料強度研究部　高温強さ研究室系鋼の硬さ変化も304系鋼と類以しているが，同一炭素含量でユO，O00時問における硬化量を比較すると316系鋼の方が304系鋼よりもビッヵ一ス硬さで約10程度高く，Moの合金化が時効硬化性を高めることを示している。　そこで10，000時問後の組織変化と炭素濃度との関係をみると，極低炭素濃度のS－1試料には塊状のσ相が存在しているが・1・000時問までの　　　　　1　　　　10　　　　　　　　1，oo03．oo010，ooo時効ではσ相がみられない。　　　　　　　　　　　　　　加熱時間（h一　　　　　　　　　　　　　　　　　　図ユ　304系鋼の70（ドC1時効硬さ変化におよぼすCの影響したがって1，O00時問から3，000H寺問にわたる硬化はσ相の析出に原因している。ユ0，OOO時問後のσ相の生成量を時効温度を変えた場合に両鋼種について比較してみると，304系のS　1試料でに、700Cで最大となり，800℃でほとんど消失するのに対し，316系のS－7試料では700℃で少なく800℃で最大となる。これはFe－Cr系のσ相よりも（Fe，Mo）Crのσ相の方が260！・伽、・…〕r　r　1　i／220／㌧6一一十1上Os ／＝く！！札鰹180K ／1」／＼／ l　i 『ボS－3（O．1I％C〕 1＼■／㌧1＼一、．！1＼’！i＼S一ユ（O．O06％）！00＾s；ol．1310301003001，OO03．OO010，O　　　O．06％C　　　　　　　〇一1ユ％C　　　　　　　O．31％C写真316系オーステナイト鋼の200．Cで10，OOOhr加熱後の組織（x400×516）Ni－Cr合金の微量元素添加による耐酸化性向上について　Ni－Cr基合金は耐熱構造材料あるいは電熱線として，古くから，実用に供されてきており，耐熱性向、ヒの目的で第3元素を添加することについての多くの研究がなされている。　金属化学第2研究室では，Ni－Cr2元合金の高温酸化機構におよぽす徴最元素添加の影響について基礎約な研究を行なっている。80Ni－20Cr含金に，イオソ半経が小さく，酸素との親和力の大きいBeおよびA王を選び，微量添カl1lの影響を検討したが，その酸化速度および酸化膜の構造から，0・吻Be添加令金で著るしい耐酸化性を示すことがわかった。これらの含金を1％Si，2％Mnを含む市販ニクロム禽金（NCK一王）および第3元素無添加含金と比較してみた。　表1に比較菊験に用いた4試料の分析値を示す。　　　　■　　誠料の化学組成（璽餓％）・i1・・1・・1・・」・i0．04119，281B・1一　酸化実験はあらかじめ1，000℃に加熱した炉に4試料を挿入し，5時聞カ■11熱後炉外に取り出した。試料にJ：っては冷却過程で激しく酸化膜の剥難が起った。この操作を511巨燃り返し，その郁度，剥雛した酸fヒスケールを含めた酸化増鐙と蜘離最を絆鐙し，表蘭の状態を顕徴鏡で観察した。その酸化増最と蜘離分を図1に示す。5阿繰り返し酸化後，酸化璃最は0．1％Be禽金が鍛も少なく，次いで1％A1禽金，NCH一ユ，最も多い試料は第3元索無添加合金であった。急熱急冷での繰り返し酸化にもかかわらず，0．ユ％Be合金および1％A1禽金はほぽ放物線則に近い形で駿化が遮行している。斜線で示した酸化膜の剥離分は，NCH一ユと無添カロ試料は多最であるが，1％A1含金では催かで，0－1％Be含金では殆んど示されていない。　5厄妻聯り返し酸化後のO．1％Be禽金の酸化被膜は，ち密で均一な蝋一隅を示しており，酸化鰯から合金内へ線状にはいりこんだ内榔酸化物が見られる特徴をもっている。王％A1合金の酸化被膜も0・ユ％Be含金ほど均一ではないカミー様な被1嘆を形成し，線状の内部酸化物も見られる。無添加試料の酸化膜はち密た層とポーラスな層が入りくんで厚く生長している。またNCH－1では厚い部分・薄い部分あるいは剥離して存在しない部分がある。　これらの酸化物を電子線回折，X線回析およびX線マィクロプローベアナライザーで同定した緒果，0－！％Be禽金と1％A1合金の酸化物は像とんどがCr203で構成され，NCH－！と無添カ姶金にはCr20富の他に外層にNiOおよびスピネル型酸化物NiCr20。が岡定され多層構造を示している。　これらの実験結果は900℃あるいはユ，ユ00℃でもほぽ同様の傾向を示した。　以上の実駿結果から，80Ni－20Cr禽金の高漁酸化に対して，0．脇Beの添加は！，000℃附近で繰り返し酸化を行なっても，酸化速度を遅くし，酸化膜の密着性を良くして，耐酸化性を向．1二させることがわかった。このCr203を主成分とする保護被膜は急熱急冷によって生ずる応力に対しても破れることなく，金属との密着性も良い。また比較的早い酸化時間でも，界繭から合金へはいりこんだBeを念むと思われる内郁酸化物が見られ，このような酸化鱈の構造が耐酸化性を解幽する重要な手がかりになるのではないかと考える。iユ、51／ 駄’／／／囮．1．o L 山」山占品γ寓／韻H ；三 ．L浅一 蓄d竃皿5 Z 価■　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　■〕o．脇臨＾一一］％＾1トーoNCH…1←■呂0N 2㏄roヨ繰仮！」鵜仲問勒　　　　；蘭 誰o板1酷仲孝砧1〕，重L冨黄4ヒ匝…］室虫　　　　　　ヨ震コ圭｝’〕返L査童イヒ　｛≡碩］lOOO＝C5ヨ寺揮ヨ　　　壬妻σ〕萱珪イヒi醤餐…と垂■」籠珪琵葦繰り返し酸化による酸化J鮎11と剣離撹F　3　一受託試験の現況　近年，二〔業技術の進展に伴い，高温用金属材料の用途が急速に拡大した結果，材料の効率的，経済的選定の必要性の増大，ならびに新しい耐熱材料の開発研究の活発化に伴い当所に対する金属材料のクリープ試験，クリープ破断試験の依頼が増加傾向にある。　当所は，贈和42年7月より金属材料技術研究所材料試験受託規程（囑和42年科学技術庁訓令第69号）に基づき，クリープ試験機300台を受託試験用に当てて，これら試験を実施しているが，現在迄に，鉄鍋，非鉄金属材料等材料メーカーをはじめ機械，重電機，化学，輸送機器等の関連企業からの委託で，炭素鋼，低合金鋼，ステソレス鋼および耐熱合金等各種耐熱材料について44年6月3ユ日現在延69件の試験を受託した。　（表）　最近の試験傾向としては，石油化学ユ1業籍における高温高圧操業への移行を反映して，これらのブラ1■トメーカーおよび材料メーカから反応容器，改質塔等，8CO℃をこえて使用される溶接継手を含む各種材料についての委託試験の増加と王0，000時間をこえる長時闇試験の実施などがあげられる。　童た，クリープ試験のほか金属材料の疲れ試験については，昭和44年度を初年度とする3ヶ年計函のもとに，設備および人員の整備を図りつつあり毎6年度以降において大型疲れ試験機による受託試験の実施を検言寸中である。　　表　受託試験受理状況L＿∵＿一＿．分＿、j叫・・年吐年苧，l／一ブ1二理．グ数1・件い’；、1ク／一プ1．受理件数11・件鰍ニダ、撃概〆㌢㌢。　受皿竺皿件数11・件1・・件11・門　　　I，42年度は7月以降の実績をホす。　　　2－　44年度は4月～6月の爽績を示す。計15件99本6255在件480本ユ56ユ4769件853本国際溶接会議（nW）と当所の見学　7月12Bから7月19日重で，京都において開催された国際溶接会議nW第22回年次大会は33ヶ風66団体，内外ユ，O00名を越る溶接関係専門家が参加して開催された。開会式に引続いて，記念講演会，PubhcSession（公開討論会）および16の各C0狐mitionでの討論会などが行なわれた。　当所からは，所長をはじめ溶接関係職員1ユ名カミ出席し，Pubic　Sessionおよび各COm㎜itiOnに11件の論文（7月号4頁に掲載）を提出した。PubIicSessionの主題である「商張力材料の利用」に対して当所からは「高張力鋼の多層溶接継手の冷問割れとその低凝における破壊強度への影　　　　（遜准　第ユ28号）編集兼発行人佐々木　武印　　刷奥村印刷株式会社．　　　　　　東京都千代1幻区西辛時咽1－1－4響」を提出し，公開討論に参加した。またCom－mition　Wに提出した片面白動溶接に関する2つの論文については内外の関係者から非常に大きな関心がもたれ，会議終了後もしぼしは間合せがあった。　組織委員会が計顧したIIW　post　Assemb1iyVistisの一つとして7月23周に16ケ国，約50名の溶接専門家が当所を訪ずれ，溶鐘部を1斗1心とした見学が行なわれ，また，このほか7月21冒から8月4Bの期閲に約30名の各圏溶接専門家が当所を訪ずれ，主として溶接に関する見学と討議が行たわれた。発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　　　東京都爵黒区中目黒2丁目3番12号　　　　　　　　　　　　　目黒（719）2271（代表）　　　　　　　　　　　垂毛仮≡毒…＝号　　　　ユ53堆　一