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[NRIMNews1984-07.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/1fc1a51e-3ac5-447c-9f66-c399d9bc5fb4/download)

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越川 隆光

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[金材技研ニュース 1984 No.7](https://mdr.nims.go.jp/datasets/cb493847-f36c-46d6-a91b-043f80f58078)

## Fulltext

金属技研ニュース　1984　No.7七〇一．ゼEoo一一0E蜆E0－oo］100．o0＝あ○蜆oo、］o．Eo一垣oo］10’0E0上oo○眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］○工←‘I金属材料技術研究所期待される新素材　FRM　複合材料としての特性を生かす　金属を強くしようとする努力は，古くから行われてきたが，最近，炭素，ホウ素，セラミック，ウィスカーなどの強度の高い繊維で金属を強化した複合材料F　RM（Fiber　Reinfor㏄d　Metals）が，新素材として注目1を浴びている。釣竿，クラブシャフトなど，我々の身近なものの材料として使われている複合材料F　R　Pは，素地がプラスチックであるのに対し，FRMは素地に金属を用いるため，F　R　Pでは得られない特性が期待できる。　F　RMやF　R　Pの強化機構は，強化用繊維の体積率に比例して強くなるという，単純な複合則によるものである。密度が小さく，弾」性率や強度が高い繊維を用いた複合材料の最大の特長は，比強度（引張強さ／密度），比弾性率が高いことである。素地及び強化用繊維に適切なものを選ぷことにより，鉄鋼の強さと，アルミニウムの軽さを併せ持った材料を得ることが夢ではなくなった。　F　RMは素地が金属であるため，ある程度高い温度でもこの特長を維持することができるほか，耐摩耗材料，防振・防音材料及び特殊な熱・電気特性をもつ機能材料としての利用も期待される。　現在実用化されているものとしては，自動卓のピストン系の摩耗防止のために，アルミニウム素地に強化用繊維としてアルミナ・シリカ（A1203・Si02）繊維を組合せたF　RMを，ピストンヘッドに使用したものなどがある。　繊維強化複合材料の研究は，工業技術院の「次世代産業基盤技術開発研究」テーマの一つとして，産学官の協力によって進められておつ，当研究所もこれに参画し，積極的な研究を行っている。　すなわち，FRMの中間素材としてのプレシートの作製，強化用繊維と金属の界面反応，FRMの耐摩耗性及び減衰能特性などについて多くの研究成果をあげ，この分野において高く評価されている。さらに最近，F　R　Mの疲労特性を調べた結果，繊維の高弾性率を最大限に活用して，高性能ばね材料用F　RM開発の可能性を見いだした。写真・B4C／B－Al　F　RM（×200）1ホウ素で強化したアノレミニウム含金襖含材料軽くて，へたらないばね材料への開発へ　複含材料の強度，弾性率などは，素地と強化用繊維のそれぞれの値から，複含則によって予測することができる。そこで，これまでのF　RMの研究は，できる限り複含則に近い性質をもったものを作ることが主流であった。しかしF　R　Mの成形技術の発達によって，その可能性の兇通しがついたので，最近は応用面に関心が高まりつつある。　当研究所では，F　RM用の強化用繊維のもつ高強度，高弾性率，特に比弾性率が商いという性質を有効に活用するために，ばね材料としての適用性について猿討している。そして，軽くて弾性率の高い繊維を金属素地申に適切に分布させることによって，少量の繊維で疲労特性が優れ，しかも“へた一ヅのないばね材料が得られる可能性を蒐いだした。　強化用繊維としては，ばね材料としての靱性を考え，炭化ホウ素（B4C）を化学蒸着で被覆したホウ素（B）繊維を使った。また素地には，軽量化のために強化アルミニウム含金（606正）を選んだ。試料の作製は，当研究所で闘発した独自の装置によって繊維を配列し，これに不活性なアルゴン（Ar）雰囲気で6061含金をガス炎溶射して，シート状の中間複含素材を得た。そしてこのシートを積み重ね，ホットプレス法によって成形し試験片とした。　F　RMの性質には，繊維の分布や配列，ホットプレスにおける各種の条件などの多くの因子が関係するが，特に繊維の分布状態について調べた。すなわち、板状試験片の荷重方向に垂直な申立面に対称な平面上に同一の繊維分布を持った各種のFRMを作製した。　そしてこれらのF　R　Mの弾性率を振動法によって狽淀した結果，ほぼ理論値に近い値を示すことを確めた竈この板状試験片・についての曲げ疲労試験を，定振幅の片振サ）で行うととも．に，疲労試験申に弾性変形量が減ずることによる応力低下，いわゆる“へたザを試験過程で測定した。　図に示す実験結果は，上下に各王層のみ繊維を酉己した板状試験片について，種々の初期応力で繰返し曲げ試験を行い，その闇の応力変化を調べたもので，ヱ00θ万回後でも，へたりによる応力低下があまりないことがわかる百またこの試料の曲げ強さは90k豪／獅㎜2と非常に高く，しかも曲げ強さの80％以上という高い応力の繰返し試験にも耐えることができる。一方，素地含金（6061）のみの場含は，図の下方に見られるように，複合材の1／5にも満たない低い応力でも，1000万回に至る以前に破断した。　なお」二下に各2層ずつ繊維を配置した場合には，曲げ強さは向上するが，疲労試験の結果は，1層の場含と圃程度か，やや劣る傾向が認められた。そして繊維の配置は，表繭層に近い程有効に働くことを確認した。　以上のように，この種の橡含材料は，従来の鋼製のばね材と同程度の曲げ特性を持つにもかかわらず，見掛け密度が1／5程度しかないことから，高逮で駆動する部品への応用が期待される。　1GO叶　　△→トー一一一一一一△試験初期IG1　　　103　　　三05　　　IG7　　　　　　　　繰　返　し　数図　上下表層各1層のみにB4C被覆B繊維を含む　　　6061A1含金FRMの疲労によるへたつ特　　　性（初期応．カと繰返し試験後の応カ）スポツトニユ｝ス初析フ〕ニライト中の合金元素の分配率を究明　含金鋼には，炭誰（C）o）ような侵入型固溶原子と，マンガン（Mn），ニッケル（M）及びケイ繁（Si）のような灘換型圃溶原予の二つのタイプの含金元一繁が含まれているが，この両者の鋼申での拡敬遼度は数桁のオーダで’異なっている。そのため、オーステナイト相からフェライト相が生ずるときの核生成と成媛のメカニズムは非常に複雑である。二つの相の漉在を利周して組織を微綱化し，鋼を強靱化するためには，このメカニズムを解甥することが必要である。　そこで当研究所では，Fe－C－X（XはMn，S…など）3元含金を用い，初析フェライトーオーステナイト界繭付近の磁換塑含金禿繁の濃度（分配率）などを溺定して，これが2梢級織生成時の弊面の二三1互衡条件及び成一長遼度にどのような効梁を及ぽすかを詳細’に調べている。このような研究は，鑓の複雑な変態挙動の解明に貫献するとともに翁覇の強革吸化に籍考一するものと期イ寺さ．れている。　　　　　　　　（強力材’瀞1・弼チ究翻三）世界最強の単結晶M基耐熱合金を開発　壌一σ）緒晶からできている繭寸熱含金は，商綴で腕弱な繕晶粒界を含まないため，優れたクリープ破断強度を示す。当研究所では，電算機を用いた含金設計法により，これまて“TMS一至（7，5Co－5．5Cr－16，6W－5．2Al－5．1Ta一残Ni）含金など≡数穫莚の，クリープー波断強度カ｛櫨めて商いガスタービン動撚用蝉結晶爾亨熱含金を脳発した。　これらの開発含金は，13工3K（1040℃）・137MP註く14k　gf／㎜㎜2）の言式鰍＝条件下で，正5001制’養1以上のクり一プ破断寿命を添した。この値は，米圃で最近実燭化された単緒綴含金AHoy堪54の約3倍でク㎜ム（Cr）を含有する笑州含金としては■泄芥搬独のもσ）である。　なお本研究結衆は，コl1薬披榊院σ）「次世1代産薬’基盤芋支術鰯発研究」に参繭し，その中の1テーマ「瀦雌能緒繊糖1」欄含金の概究」において得られたものである。　　（エネルギー機欝材料研多琶グループ）ルビジウムー酸素系に低融点共晶の存在を確認　車歪力（1均ヨ燃ミ＊斗σ）拝手処墾整到寺｛こ芳宜辻ヒされるク5jプトン（Kr）一85は，半滅期約至0隼でβ一崩壊してルビジウム（脇）一85に変化するが，その固収及び・授期員宇蔵披術カ｛，世1弊各灘で検討されている。当研究所で一も，動燃事薬鐵からの委託により，脳及びそれに混入する駿談（02）や力（分による握危｛ヒ，腐爽，応力腐食などに注1蔓して，貯蔵容機月署材料0）安全評価σ）ための研究を行っている。　Rbの腐食に対する淡入蟄菱繁σ）彬辮を調べる研究一過稚で’，跳の鰍、虹が02添加こよって藷しく下がることを兇いだした。そこで，熱分析によ十）Rb一○系0）相状態を言羊細に調べた。その緒果跳一Rb酸化物（恐らくRb40）系に，　一1がCの講虫、叙を持っ○皇約至．8璽鐙％の共燃一叙が存冶≡することを初めて問嘱らかにした。　同じ系の貯蔵物質が鰯依か液体であるかは，貯蔵容籍用材料の脆イヒ，｝衡食などの牛寺一陛に大きな莞杉幾…を及ぽすと一饗、われる。　　　　　　（臓子炉孝孝料研究部）難加工性金属間化合物TiAlの塑性加工に見通し　チタン（γi）とアルミニウム（Al）が原乎％で1　：王の含金は，」ニヒ璽が3．6の金脚’1当1化合物である。こ二のネ孝＊斗圭ま、　宇喜’溜、カ｝ら玉ユOO王く（827oC）の萬猟まで400MP固（約遂肱g麦／㎜m2）以一1二の強さを保つ優れた特／彗三をボすが，加工しにくく絨り強さがない、1匁が実燭化をl1憎、んで’いる。　当研究所て’は、これまでの基礎自勺な研究成榮を踏まえ，新しい冶金技術と加工技術により金属間化含物材料の楠つ強さを改善する研究を積極的に進めている。そして鍛近、TiAlを塑性加工する際の」鍛適な条件を見いだした。　溶解して作ったTiA1鋳塊は，在来の鍛造や圧姪などの方法では加工できない。しかし棚熱淑度がおよそ1400Kで，堆位時間当たりに変形する諸11含が10…3宮一1以下では加工に必要な力も小さく，充分な獲性を示し，容易に成形加工できる見通しを孝尋た。さらに，20μm以■ドの極めて微綱な緒晶粒を有する均質な組繊になることも知られた。　　　　（金燭加工研究部〕海洋環境での強力鋼の腐食疲労解明へ　鉄鋼材料が海水111コで，腐食と繰返し｛術璽（与慶今チ）の…衡コツゴを圃時に・受｛ナたときの牛静性を，工I三項蓬に言評｛醐することは，構造物の安全惟にとって璽饗な間魍である。　・裟研究所ではこれまて、種々の鶴一i気からこの閥魑に取り組んできた。　強度の商い〔竺10昌MP・（約100㎏f／㎜㎜2）〕鋼材を燭い，　種々の温度（0～数工0℃）に保った人工海水申で疲労奮式験を行い、腐食環境下で一の披労き裂が拡大する状況を検討した。・　その緒果，き裂が拡大する遼さは，雀鰯の申に入ってきた水’素の移動する遼さによってコントロールされる場含があること，さらに，き裂が拡大する遼さは，普適は繰一遮し祁了璽をかける遼さの｛彩重鐵；を受Iけるが、このような条件下では影饗を・受けない，特棚な荷璽範囲カ｛あることなどを問児らかにした。　この成梁は，強度の商い鋼の海水申での腐食疲労特一1墾を，さらに究粥する璽要な手掛かりとなる自　　　　　　　（強力材料研究部）　　　　　　　　　　　　　　　受託研究の現況　当研究所は，科学技術庁受託研究規程（科学技術庁訓令第36号）によって，金属材料の品質の改善を図るために必要な研究を受託している。最近2年問におけるテーマは次のとおりである。　　　　　　　　　　　　　　最近2年間における受託研究年度5758 12345678910研　　　　　　究 題　　　　　　目圧力容耕構造材料の強度安全性評価法に関する研究II炭素繊維一マグネシウム系複合材料に関する基礎研究I1高強度素材の伽性試験研究高速炉用燃料被覆管のクり一プ試験（第12次≡式験）高速炉燃料被覆管用材料のプロトン照射によるスユりング評価に関する研究回収クリプトン貯蔵シリンダの健企性評価一ルビジウムによる腐食評価（I）高温ガス笑験炉用ハステロイXRの高温疲れ特性に関する研究高温ガス炉ヘリウム雰囲気にさらされた耐熱合金の表面変質状態の解析貴金属材料の粉末の製造に関する試験研究高速炉用燃料被覆管のクり一プ試験（第13次試験〕高強度素材の靱性試験研究回収クりプトン貯蔵シリンダの健全性評価に関する研究一ルビジウムによる腐食評価（II）高温ガス実験炉用ハステロイX　Rの高温疲れ特性に関する側1＝究（II）ヘリウム雰囲気におけるハステロイXRの浸炭挙動の研究低融点金属粒子の製造に関する試験研究溶接継手の疲労亀裂伝播に関する研究ジョセフソン接合素子関連極低温材料パラメータに関する研究長期使用ボイラ過熱器管の内圧クり一プ試験瑚1＝究担当剖≦疲　　末L　試　　験　　音旧機能材料研究部強力材料研究部クり一プ試験部原子炉材料研究部原子炉材料研究部疲れ試．験部原子炉材料研究部工業化研究部クり一プ試験部強力非オ料研究部原子炉材料研究部疲れ試験部原子炉材料研究部工業化研究部疲　　末し　言式　験　　普晴極低温機器材料研究グループク　リープ試験部◆内山　郁科学研究官　逝去◆　　　　6月26日（火〕しめやかに研究所葬　内山郁科学研究官は，6月4日午後2時心筋梗塞のため急逝されました。　金属材料技術研究所葬は、6月26日（火〕午後1時から港区南青山の都営青山葬儀所にてしめやかに執り行われました。引き統き午後2時から告別式が行われ，約230人が参列し，葬儀と併せ約700人が最後の別れを告げました。ψ　　　　り◆短　信◆○受讐科学技術庁長官表彰（業績表彰）　下記の者は以下の業繍に対し，昭和59年5月19日（科学技術庁創立記念日）に表彰を受けた。杣本　剛　金属物理研究部長　未開拓化合物半導体の研究に従事し，それらの単結晶育成法を確立し，物1生の解明と新機能及び高性能半導体素子の開発に貢献した。武内朋之　機能材料研究部長　鉄単結晶の塑11生変形に関する研究に従事し，加工硬化，材料強さ等に関する学術及び技術の発展に貢献した。天野宗幸　機能材料研究部　水素吸蔵合金の研究に従事し，高性能な鉄一チタンー酸素系水素吸蔵合金の開発に貢献した。小鳥量信　金属加工研究部　金属材料の成形加工に関する研究に従事し，新しい高温バルジ加工法を考案して汎用性が高く成形性の優れた加工技術の開発に貢献した。目本鋳物協会功労讐　金属加工研究部・菊地政郎は，永年にわたり協会の運営に尽力し，その発展に多大の貢献をしたことにより昭和59年5月19日，賞を受けた。目本材料学会論文賞　クリープ試験部・田中千秋，大場敏夫は，「高温ボルト用耐熱鋼の再負荷応カリラクセーション挙動に関する研究」により，昭和59年5月28日，賞を受けた。村上配念会村上奨励讐　原子炉材料研究部・平岡裕は「モリブデンの溶接に伴う脆性の改善に関する研究」により，昭和59年6月9日，賞を受けた。●海外出張武井　厚　腐食防食研究部　第9回国際金属腐食会議に出席のため昭和59年6月2日から昭和59年6月10日までカナダヘ出張した。入江宏定　溶接研究部　レーザ・電子ビームによる金属加工の実情を調査するため，昭和59年6月25日から昭和59年7月23日まで米国へ出張した。●人■異助　　昭和59年6月4日　　　　死亡　　内山郁　科学研究官　　　　　　　　　通巻　第307号編集兼発行人　　越川隆光印　刷株式会社三興印刷　　　　　　　東京都新宿区信濃町12　　　　　　　電話東京（03〕359－3841（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都目黒区中目黒2丁目3番12号　　　　　　　電話　東京（03〕719－2271（代表〕　　　　　　　郵便番号　153