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[NRIMNews1982-03.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/38ef61b5-4235-47f4-9eaf-1c86c442f2a9/download)

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荒木 慎介

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[金材技研ニュース 1982 No.3](https://mdr.nims.go.jp/datasets/9bbcca49-6284-4b94-bbef-6fbf15e909e3)

## Fulltext

金属技研ニュース　1982　No.3i〇一．ゼEoo一一〇［㎝［o’’○コーooo－○匝あoωoo一］o－Eo－o何O］一〇〇一0E0f000蜆o〇一一〇〇一〇一蜆○蜆ωEo．由≧里三…ω…Z－ooω］0f←’’▲●　　●　　　●：■聰▼　‘1量　■．4山中く」∴金属材料技術研究所∵合金開発に新 しい息吹コンピュータで新しい合金を設計する　1907年，アルフレッド・ウイルムによって偶然に発見されたアルミニウム合金の時効硬化現象は，金属学の発展と合金開発にとって画期的なできごとであった。この合金は，現在では「ジュラルミン」として広く知られているものであり，金属の強化に析出硬化現象を最初に応用した合金である。その後，銅合金や鋼に対してもこの原理が応用され，数々の強力材料が開発されているが，中でも現在最も強靱な鋼であるマルエージ鋼や，1000℃以上の高温での使用に耐えるニッケル基耐熱含金は，その代表的なものと言えるであろう。　現在，ジェットエンジンなどに広く使われているニッケル基耐熱合金は，NiのほかにCo，Cr，W，Al，Ti，Nb，B，Zr，C，Ta，Mgなどの10種類以上の合金元素を組み合せ，その組織を巧みにコントロールしたものである。しかし，組み合せる元素の種類及び量と，得られる合金の性質との関係は明らかにされているわけではなく，長年の経験とカンをたよりにした試行錯誤により，新しい合金が開発されている。数種の元素の単純な組み合せの数だけでも天文学的な数になるため，組成，製法，熱処理等の多くの因子によって変化する合金の性質を理論的，定量的に把握するのは至難の技であり，新合金の開発には多大の労力と時間を要するのが常識となっている。　もし，合金の組織や特性を，組成その他の因子の関数として表わすことができるなら，未知の含金の性能をあらかじめ机上で推定することが可能となり，電算機を用いて多くの組合せの中から良い一性能を持つと予想されるものを選び出すことが一できる。こうして選び出された合金だけを試作して試験すれば，かつての試行錯誤による方法に比べて，新合金開発のテンポは大巾に向上するであろう。この方法は「合金設計」と呼ばれるものであり，新合金開発の新しい手法として注目されているものである。　当研究所では，独白の含金設計法によるニッケル基耐熱合金の開発を試み，大きな成果をあげている。この耐熱合金は，国の省エネルギ政策の一環として進められているムーンライト計画の一部として，高効率ガスタービンの翼材料として開発されているものであり，1000℃以上の高温ガス中で使用されるため，すぐれた高温強度と耐食性が要求されるものである。写　真　ニッケル基耐熱合金の顕微鏡写真。網目状のと　ころがγ相，網目内の黒　っぽいものがγ一相。白色　の犬きな析出物は炭化物。1合金設計による高効率ガスタービン翼材の開発当研究所での合金設計の実際　現在最もすぐれたニッケル基耐熱含金は，Niを主体とする金属槻一γ（ガンマ）相申に、800℃程度までは溜止度の」二昇とともに強度の増す化含物欄一γ’（ガンマプライム）相を分散析出させた商強度ニッケル含金である旬幾研究所では，この合金に対してこれまでに蓄穣された数多くの経験則を体系的に整理し，その結果得られた実験式に多くの条件を入力し，電算機によつ，すぐれた性質の新しいニッケル基含金を見出している。　この含金設討に際して留意する要索は，γ’の最適組繊および量，γ相の組成，有害なσ梱の生成の回避，γ相とプ相の格子定数の差（ミスマッチ）の制御，結縞粒界の強化などであつ，含金設喬十の実際の作薬の流れは，図1のようなものである。　γ棚の組成は，〆相の組成の関数として計算される。判定条件（・）の固溶指数というのは，この値を越えてγ’棚に強化元謙を加えると，含金の性質をかえって劣化させてしまう1限界値である。含金を脆くするσ欄生成の判定は，PHACOMPと呼ばれる電子論的半経験則によって行われる。又，γ．γ’両棉の整含性を良くするため、小さなミスマッチの値が・選ばれる。判定M一○O）のクり一プ破断寿命を示す。この試験における現在までの鍛高寿命は，TM－236の1440時間である。鋳造幡の表面有害層を削り取ると使用可能となるTM－210は，更に長寿命である。表面処理技術の進歩によつ，翼材料の耐食性に対する要求が以前に比べて緩和されてきたため，最近の含金設討は高温強度に目標を絞っている。その結果，初期のTM－47，49に比べて，クリープ破断寿命が約4倍に飛躍した。　このようにして開発された高強度含金にも，延惟が小さいという闘魑がある。この点を改善するため，最近は，（1）γ’量，（2）γ’の組成，（3）結晶粒界強化元索であるB等の添加元素の鑑，（4）適当な熱処理，なども考慮した含金設計を行い，TM－185やTM－218の延性を改善したTM－234やTM－259が得られている。　さらに，結晶を繊維状にある特定方剛こ揃える一方向凝固という鋳・造法を用いると，強度も延性も大巾に改善することができる。図2のTM－49とTM－117に，その例を示す。条件（b）において推定される性能には，鋳造のしやすさ，耐食性，密度，熱膨張係数，クリープ強度等の項目がある。これらは計算機内で全て数値化されて取り扱われ，一定の基準に達した含金のみをピックアップし，更に総含的な評個検討を行った後，実際に含金を試作して試験を行うこと・になる。　ガスタービン翼には回転遠心力によって翼がゆっくり変形して行く力が加わるので，試作した含金の健能試駿は，主としてクリープ試験による。図2に，当研究所の含金設計法により開発された含金（Tプ棉の総成を仮窪γ摺の組成不余楮　劃溶指数　　　　σ相生成　　　　ミスマッチγj樋の競　　合機・一半1」定条f字（刮）炭化物ホウ化物合金の全体組成不含格　　　　維憲性能　　　　　　含格1…ooTH一別O表繭けんま1肪o†；叢叢1111ε姦襲㌃撞箏e“　伽控sμ｝鋼為曲き）ρ…oo嚢§一一・辛11定条｛牛（b）　　　　　　棚合金の溶解評個試験図1　含金設計の作業季」l1頚当吾臓定目穣TM・盟疽丁拙・2201ぷ、TM．里OコoW　l　・TM・別呂o＿雌舳！㎜　　。♂止川筥　　　　TM・”lT淳工：lll・鵠（榊㎞邊丁珊．　　　　　　o開発含金1盟撚笥：整璽鰍鴉　　　101’加■ユ1O■里10■11　10I　”呈　珊］　　　　　るつほ談験での窩食鼠（嘔而〃0h〕　　　　〔犬←商温の窩食に酎える傾向〕図2　ニッケル皇1皇耐熱合金の1瑚発の現状スポヅトニュース「高性能結晶制御合金」の研究始まる　昭和56年度に創設された「次世代産業基盤技術研究開発制度」　（通産省工業技術院）のテーマの一つである塙桃能緒晶制御含金」に，当研究所は昭和57年度よリ参蘭することになった。　この研究は，（A）ニッケル某耐熱含金を単結晶化したり酸化物等の微粒子を分敬させたりして，高溜。強度を大巾に向上させる研究（ガスタービンエンジン動翼を指剛，（B）ニッケル基耐熱含金の結晶粒を微細化して趨塑性加工を行い強靱な部材を成形する研究（圃ディスクを指向），及び（C）チタン含金について同様の趨塑性加工を行う研究（同コンプレッサー翼を指向）に分かれている。　当研究所の主な役割は，ムーンライト計両で行ってきた含金の設計法をさらに発展させて（A），（B），（C）それぞれの力口工法に適した強力な含金を設計・開発するこ・とであり，一部予備実験を闘始した。　（エネルギー機播材料研究グループ）　Al－B複合材料の軽量板バネを開発　金属系複含材料は、製造コスト高，ニニ次加工のむずかしさ等の理由から，その用途開発が遅れてお上），高機能材料化が望まれている。当研究部では，腕げ特性に稽圏し，バネ朋金属系複含材料の開発を進めている。繭げ特性は，強化線材の配置位置に依存しており，線材が表面に近い穫雌1げ強度は増加する。例えば，繊維含有率9％でB線材を表面に配したAl－B複合材の蝕げ強度は，同じ材料の引張り強さの約3倍となつ、普遜材の場含の約ユ．4倍よりも施げ特性が高い。またA1板の上下をB線材を含んだ層ではさんだ，摩さ約1㎜㎜の複合材の繭げ疲労特惟は，焼入才一ステンパーした布販のバネ．用材料SK5に匹敵し，比璽はその3分の1である。　　　　（機能材料研究部）　新しい複合化加工法を自指して　工業材料への要求の多様化にともない，異種の材料を組含せ，単体の材料では得られない特性や機能をもたせた材料及びその製造が注貿を集めつつある。しかしその方法は隈られており，材料組含せやその形態への多様な要求に応えるには，新しい複含化法の開発が必要とされている。　当研究都では，溶融金属に接した固相金属に塑性変形を与えたとき，その界面における新生面，圧力，淑度が両材料の接含融蒲を促すことに蒲国し，この原理を利用した新しい複合化工法の開発を目指した恢究に蒲手した。竃下，固液2相の界面における基礎的な研究と並行して，表面被覆法を申心とした具林的な加工様式について歓討を進めている。　　　　　　　　（金属加工研究部）質量分析法による耐熱合金の分析　鮒熱合金の物理的化学的特性の研究には，主要元素から微最元索までほぼ金元素の定最値が要求されている。このような広範囲にわたる定最分析を一っの分析方法でカバーするのは困難である。そこでニッケル基，鉄基耐熱含金に対して商感度で多元素剛時定量ができるスパークイオン源質最分析法の適用を試み，満足すべき結果を得た。　ここでは通常必要とされる標準試料を用いず，含成標雄溶液を用いて固体試料から直接定最する新しい方法を確立し，Fe，T1，Crを始め，極微璽のAs，B，Cd，Ge，Se，Snなど24元素を、定盤下眼0．1ppmで分析できる。　　　　　　　　　　　　　（金属化学研究部）　　非弾性解析用クリープデー　　　タシートの作成試験に着手　高速増殖炉などの高温で運転される機器や構造物に対する非弾性設計法が，最近，非常な発展を示している。これは今までの強さによる弾性設討に対し，時閥の経過とともに変形が進むクリープ変形をも考慮した新しい設計季法である。しかし，その解析に不可欠な長時閥クリープデータが極めて乏しいため，解析精度が悪く，信頼性も低い。　そこで，新たな試験目標として，2I世紀前半に実刷1靱に入ると予想される高逮増殖炉の安全設計確立のために，非弾性解析用．クリープデータシートの作成を目指して，1時間～IO万時閥に及ぶクり一プ変形データの取得言十画に蒲手した。現在、関係機関との締密な打含せのもとに，試験材料の選定，材料仕様，及び試験方案などの検討を進めている。　　　　　　　　　　（クリープ試験都）【特許紹介】発明者公　告特　蕎宇超強力鋼の製造方法河部義邦，中澤興三昭和55年11月25臼　日召55－46449昭和56年7月23ヨ　第I054274号　強力材料は強度を高めると，一般に靱性が低下する傾向がある。特に，強度を高めるためMo，W，Ti，Vなどの含金元素を多量添加した鋼は，これらの元繁を墓質に固溶させるため高温での溶体化処理が必要であるが剛替に結晶粒の粗大化が生じて，靱性が大きく低下し，熱処理のみによる製造法では強度と靱性の優れた組含せが得られない。　本発明は上記欠一煮を改善し，高強度下において優れた靱性を有する超強力鋼を製造することを目的としたもので，まずユユ00℃以上の溶体化処理温度に加熱した後，再結晶潟、度までの範囲で熱間加工し，ついで常温以下の温度に焼入れて，析出物が完全に固溶した状態で微細なマルテンサイト組織を得ることを特徴とする超強力鋼の加］二熱処理法に関するものである。発明者公　告特　許超電導材料和因　仁，太刀」■麻治昭和55年Iヱ月27日　昭55－4709垂昭和56年7月23日　第ヱ054318号　この発明は高温耐酸化性の優れたNiに超電導特性の優れたNb炭化物（NbC）を分散させた，熱閥加工が可能な新超電導材料に関するものである。Nb及びCはそれぞれ単体，NbC粉あるいはNi－C母合金として添加しうる。組成はNb及びCが5～25原子％，残部Mである。熱間加工温度は800～1，300℃が適当である。熱閥加工ののち常温でさらに数十％力竈工することもできる。本発捌こより作製した超電導材料の特性値の例を表に示すが，いずれもbulkのNbCの文献値を上回っているものである。　本発明のM炭化物（NbC）趨電導材料は熱間加工を利用する点で製造工程が簡易，経済的であり，大型線材製造への遭を振くもので，例えば超電導送電線製造に矛1岬することが考えられる。更にNb炭化物を生成ののちも常温における加工が可能であつ，従来の線材製造方法（複合加工法，化学蒸着法）に比べて靱性に富む線材が得られる。　　　　　　表：M－7．5at％Nb－7．5且t％CTc（K） Hc2（4．2K）　　Jc（0kOe）ヱO．8 56kOe　　　　6x105A／cm呈鉛の電解製錬法発明者　亀谷　樽，脊木愛子公告昭和55年12月雀日昭55－48舳特許昭和56年7月23日第ユ054314号　本発明は鉛精鉱の湿式製錬に係るものであつ，その特徴は塩化ナトリウム又は斑化カルシウム溶液を満した懸濁電解槽において硫化鉛精鉱を陽極室において連統的に電鱗酸化し，生成した塩化鉛結晶粒子を槽外に排出させ，該結晶粒子の形状、比重，溶解度を利用して塩化鉛を分離精製し、該塩化鉛を上記電解槽の陰極室に装入し鉛を電解析出させることにある。　本発明によれば塩化鉛結晶粒子を含めて溶液申の鉛濃度を著しく商めることにより循環液量を少量に抑えることができ，更に工程の単系亀化，鉛汚染による公害の防止を期待できる。禽短　信傘⑧海外出張　岸本直樹　原予炉材料研究部研究員　核融含炉心構造材料の照射損傷に関する研究調査のため昭和57隼2月20日から昭和57年3月10巳までの予定でアメリカ含衆国へ出張した。③科学技術週間行蓼　昭和57年4月12日～4月18巳　　　　一英知でひらこう明るい未来一・所内公開　本所（申昌黒）壕月15日㈱13時～17時　　　　　　筑波支所　　　雀月15日㈱1O蒔～16時・中学生のための金属教室　本所（申菖黒）　　4則7日出14時～I6時30分，中学二年生程度　　申込は，事前に担任の先生を通じて企画課まで　　　　　　　　通巻　第279号編集兼発行人　　荒木慎介印　刷株式会社三興印刷　　　　　　菓京都新宿蟹信濃園T12　　　　　　電話東京（03）359－3811（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　東京都目黒区申目黒2丁冒3番12号　　　　　　電話　東京（03）719－2271（代表）　　　　　　郵便番号　153