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[NRIMNews1979-06.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/4fc9cccd-7822-4d72-9d07-1efdae947362/download)

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坂内 富士男

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[金材技研ニュース 1979 No.6](https://mdr.nims.go.jp/datasets/d9f3090d-3192-42e7-9bc8-8056f3f01c2d)

## Fulltext

金属技研ニュース　1979　No.6七〇一．出Eoo一一〇⊂ω⊂o．oo］一〇〇〇．o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－ooo］10〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］○工←金属材料技術研究所マルエージ鋼の冷間圧延による強靱化　Ni，Co，Moを多量に含むマルエージ鋼は，強度および靱性において優れた超強力鋼である。マルエージ鋼は従来主として18％Ni系マルエージ鋼を中心に開発が進められ，現在引張強さ2400N／m2までの鋼種が実用化されているが，宇宙開発，海洋開発，原子力開発などの最先端技術分野における需要の拡大にともない，さらに強度と靱性に富むマルエージ鋼の開発が望まれている。13％Niマルエージ鋼は2740N／㎜2の弓1張強さが得られるが，この鋼を実用化するには，さらに延性，靱性の向上を図る必要がある。延性，靱1生の向上を図るには冷問圧延が極めて有効な手段である。　強カ材料研究部では，13Ni－15Co－1OMoマルエージ鋼の開発を行っているが，現在これら開発研究の一環として冷間圧延後に時効を行なう加工熱処理法を遭用して，強靱性の向上を図っている。　この鋼に冷問圧延を行なうと，平滑引張強さは圧延率の増加とともに単調に増加していくが，伸　　　　70　　　冷間圧延十11　60慢記50峯、　　　　　　至・。。圧延方弘、二：ニレ・30　0　　　　20　　　　40　　　　60　　　　冷問圧延率（％）図　平面歪破壊靱1生値K1cと冷間圧　延率の関係び，絞りは横ばいないしは単調に減少する傾向にあった。一方，切欠引張強さは圧延卒が60％を越えると急激に低下した。図は靱1生の目安となる平面歪破壊靱性値Kエcと冷問圧延率の関係を示したものである。K1cは圧延方向，圧延直角方向とも圧延率の増加とともに急激に上昇していき，特に圧延方向ではその上昇の程度が著しい。写真はKIc試験後の破面である。破面全面にディラミネーションと呼ばれる直線状のき裂が認められるが，このき裂は試験片中に予め発生させておいた疲労予き裂の先端部での3軸応力の存在によって結合力の弱い面が割れたことによって生じたものである。ディラミネーションが生じると靱性は見掛上向上する。この見掛上の靱性の向上と，圧延による材料自身の靱性の向上とが相重なってKlcは図のように急激に上昇したものと思われる。以上の結果から，圧延卒が60％付近で良好な強度と靱1生の組合わせが得られることがわかった。　妻’；一1一写真　70％冷問圧延した圧延方向試験片の　　K1c試験後の破面高張力炭素繊維詮化ニッケル基複合材料　現在単一材料で得られる構造材料の機械的性質は限界に近づきつ・ある。これを克服する方法として二種以上の素材による複合化が注目され，特に軽量でしかも高強度の材料の開発が強く求められている。　非鉄金属材料研究部ではこの目的に対し，密度が約1，89／cm3とノ」・さいにもか・わらず2450N／皿皿2の高強度を持ち，しかも2000℃以上の高温まで室温の強度が維持される炭素繊維を強化材とし，Niをマトリックスとした複合材料の研究を行って来た。この複合材料は直径約8μmの細い炭素繊維表面に初期電流密度O．3A／dm2として一定電流でNiを電析したものを多数集積し，600℃で15分問高温加圧することによって製造した。複合材料中の繊維含有量はNiの電析量によつ制御した。得られた複合材料の断面の一例を写真に示す。　これらの複含材料の繊維含有量に対する引張つ強さの関係を図に太線で示す。通常Niは上記加圧成形のような熱的条件においては焼鈍され，引張つ強さは335N／㎜2程度になる。強化繊維の強さとマトリックスの強さのそれぞれに各組成比を乗じた値を合計したものは複合則値と呼ばれるが，これによってこの複合材料の持ち得る強さを計算した結果を同図中に細線で示す。これら2つの強さを比較すると実際に得られた複合材料は例えば10vol％炭素繊維含有量の場合980N／㎜2であつ，理論値の2倍近くもの強さ　　　灘　　　　　　Qを示している。　紗⑲電㌶黙○δ　軸　　　　　　　　○　　　　⑧と通常のNi　　　　○一とでは機械的　　　　　　。　○　　　む特性が異なる　　○　　　　　　　　　　　○｛　　　　鷹ことにあると　　　吐○◎考えられる。そこでこの検　○　む　　ψ　　　　　　　　　　　　　　　　夢討を行うため電流密度を変　　鶴、坐㌦えて平板上に　　写真　10、。1％炭素繊維を含む，電析したNiお　　　　　N湛複合材料の断面よびその後の熱処理によるNiの弓1張り強さと結晶構造の関係を調べた。その結果まず電析Niは電析電流密度が高い程結晶粒の配向性が高くなる傾向を示した。しかし結晶粒径は電析電流密度によらずほ“一定で1000A以下であり，また全ての試料は686N／㎜2以上の強さを示した。っぎに電析Niを複合材料の成形時と同条件の600℃で15分間保持し，その強さおよび結晶構造を調べた。その結果低電流密度で電析した配向性の小さいNiは結晶粒の成長が起り難く588N／㎜2以上の強さを維持していた。これに対し高電流密度で得た配向性の高いNiは加熱により結晶粒の配向性がさらに高くなるとともに結晶粒の成長が容易に起つ，引張り強さは294N／㎜2以下にも低下した。　すなわち円形断面の炭素繊維上に一定電流でNiを電析した場合Ni電析に伴い繊維が太くなり表面積が増加するため電流密度は漸次小さくなる。このようなものを素材として高温加圧法によって製造した複合材料では，低繊維含有量の場含焼鈍され難いNiがマトリックスの主体となるため高温加圧後も高強度を維持している。これに対し高繊維含有量の複合材料では焼鈍され易いNiがマトリックスの主体となるため加圧時の高温によつNiの強さが低下することが明らかになった。　これらの結果よつ上記の方法で製造した複合材料では従来の理論のように単一のマトリックス強さを用いた複合則を適用出来ないことを示し，また複合材料の製造条件として低電流密度を採用することによって高強度の複含材を得ることが可能であることを明らかにした。1000800600400200紬終oO　　　　10　　　　20　炭素繊維含有量（vol．％）図複合材料の引張り強さ一2一鋼の疲れストライエーションとき裂伝ぱ速度の対応範囲　鋼の疲れ破面には写真1に示すように互いに平行な細かい縞模様がみられる場合がある。この縞模様は応力の繰返し1回毎にき裂が伝ぱした跡で，ストライエーションと呼ばれ，鉄鋼材料の場合その間隔はO．1～1．Oμmの範囲で巨視的き裂伝ぱ速度と一致するとされている。そこであらかじめき裂伝ぱ速度と作用応力との関係データを求めておけば破面観察から作用応力が推定可能なため，疲れが原因となる事故破壊調査に利用されている。しかし従来のデータは小型試験片で測定したものが多く実際の構造物など大型の場合の破壊調査などには，データの適用限界に疑問があった。疲れ試験部ではふつうの約10倍の大きさをもつコンパクト型疲れ試験片（幅：400㎜，板厚：10㎜）を用いて，高伝ぱ速度領域まで，疲れき裂伝ぱ特性を精度よく求め，その破面を観察しストライエーション間隔と巨視的疲れき裂伝ぱ速度との対応について検討している。　図にSM58Q鋼の場合についてストライエーション間隔（s）と巨視的疲れき裂伝ぱ速度（da／dn）との関係を示す。図中のプロットが今回得られた結果で，実線はs＝da／dnを表わす。また破線で囲んだ部分は従来から得られているデータの範囲である。今回のデータではda／dnが約70μm／回までの広範囲にわたってsとda／dnとがよく一致している。da／dn＝70μm／回のときに観察される大きな問隔の疲れストライエーションの例を写真2に示す。矢印ではさんだ間隔がSを表わし，ほぽda／dnに一致している。　SM58Q鋼の幅400㎜の試験片の場合，正味断面部分に作用する応力が材料の降伏応力を越える位置における応力拡大係数範囲△K＊註は約200MN／m3／2に達し，小型試験片で得られる値より3～5倍大きい。SM58Q鋼のように高da／dn領域までストライエーションが中心となる破壊様式の場合には試験片幅を大きくすることにより△Kが精度よく測定できると考えられる。　以上のことからSM58Q鋼の場合にはda／dnがO．1～70μm／回と非常に広範囲にわたってストライエーション間隔と一致しており，ストライエーション問隔が事故調査などに利用可能であることがわかった。＊註　き裂先端における応力集中の程度をあらわすパラメータ。lo』毛辻10．、〈　lH、！トペm■1一㎜■　　。！、［ニノ／lO■皇　　　　10■’一　　　　　1　　　　　101　　　　　10空　　　旦1机的1雌れき裂ほぱ逃度d甜ノd1l（μmノ・｝ol・〕図　SM58Q鋼の巨視的疲れき裂伝ぱ速度と　ストライエーション間隔との関係　　（応力比　R＝O）　　榊　　冊…　　二’’遜　　、㍉ガ・ク・塵写真1　SM58Q鋼の疲れスト　　写真2　　　ライエーション（△K　　　≒32MN／m3ノ弓da／dn＝　　　O．12μmノ回，SM58Q鋼の高da／dn領域において観察される疲れストライエーション（△K≒270MN／m3ノ…da／dn＝69μmノ回，一3一　　lmpression　from　NRlM　　　　　　　　　　M，Lahdeniemi　　　　　　　　　　（Visiti皿g　Scientist　from　　　　　　　　　　University　of　Turkl］，Fi皿1a皿d）　　I　w齪nt　to　giw　a　short　de昌cription　frommy　impressions　and　experiences　in　NRIMconcerning　the　p6riod　from　Dec－16th，1978to　March31st，1979－　Becau昌o　the　stayingperiod　i昌only　three　and　a　ha1f　mo皿ths，perhaps　some　of　my　impressions　are　wrong，so　I　eager工y　accept　tlle　explained　corrections．　　When　I　came　to　NRIM，I　w舶a　little　bitafraid　about　my　staying　Period　especia11yconcerni皿g　tl1e　attitude　of　tlle　　re畠e田rchersof　NRIM，but　wherever　I　went　I　was　f刮cedwith　a　kind　副nd　holpful　attitude　andatm⑪s－phere，which　made　my　research　work　veryfluent，　畠o　I　h田v6　　spent　one　of　tlle　mostimportant　research　p6riod　of　mine　in　NRIM－　　I　have　bee皿working　in　tlle　Second　Labor－atory⑪f　Metal　Physics　Div油ion，but　I　havea1so　made　acq1』aillta皿ce　with　otller　part昌　ofNRIM．And　the　oo皿c1岨ion　i昌that　the　re畠助rchwork　of　NRIM　is　e丘ective　and　tho　res舶rchprojects　⑪f　the　Instituto　　are　　internationaHyimportant副nd　they　hav6very　olose　relationsto　actua］　apPlications．　　I　had　also　possibi1ity　　to　take　　a　　look　o皿the　Tsukuba　Science　City　whe「e　the　fi「stpart　of　new　buildi皿gs　and　also　equipments　ofNRIM　h齪s　bee皿completed－The　idea　of　oo皿一〇〇皿trating　of　research　institutes，　commo皿services　（e．g．　comp皿ter　faci1ities），and　high－er　eduCatiOn　tO　the　Same　　regiOn　　iS　Veryusehl　a皿d　also　economicaL　I　rea1ly　hopethat　the　previous　idea　wiH　work　we］1，b6c刮usethere　are　a工so　some　da皿gers　in　it．I　havoa］sodetected　some　negative　viewpoints　in　NRIM，o－9．，We　ha冊to　remembor　that　there　is■1o　apPliod　re昌earch　witl］out　basic　researoh；so　to　preserve　t1le　leve1　⑪f　］＝■igh　qua1ityresearch，better　computer　facilities　wiH　be皿oeded．I，m囲1so　surprised　that　there　is　noXPS－and　UPS－in畠trume皿t，　which　is　reaHyimportant　in　research　field　of　NRIM－　　Co皿c6r皿ing　the　e肚ective　work　of　researche昌，there田re　some　things　whic1l　are　decrea昌i皿gtlle　working　Power，　e－9一，type－writing，c1e齪n－ing，copying，etc一，because　secretary　personsshould　take　care　of　tllese　kind　of　things　andthen　re昌earchers　will　have　m1』ch　more　timefor　their　ac加al　work．　　My昌taying　i皿NRIM　was　mainly　supportedby　Sci6nce　and　Teohnology　Agenoy－　B1』t　onmy　staying　period　the　cultural　excha皿ge　con－tract　betwee皿Japan　and　Fi皿1a皿d　was　under－signed　（i皿Decembor，1978），and　the　head　ofAcademy　of　Fin1a皿d　visited　in　Japa皿（i皿　Febrmry，1979），and　also　the　Scientific　Att刮cl1e　ofEmbassy　of　Fi皿1a皿d　visited　in　NRIM－　So　intho　future，we’11have　better　po畠sibilities　forthe　excha皿go　of　specialists　betwee皿　J刮panand　Fi皿1and，　so　i皿　the　f皿ture　it　is　po畠sibleto　see　a　specialist　from　NRIM　in　Finland－　　I　wi昌h　to　thank　Science　a皿d　TechnologyAgency　of　Japan　for　tho　grant　（stayingmoney），and　Academy　of　Finland　（travellingmO皿ey）．　　I　田m　g1ad　of　tllis　opPortunity　of　expressingmy　deepest　thanks　to　Dr．A．Yoshikawa（Headof　Second　Labomtory　of　Metal　Physics　Divi一畠ion）maki皿g　this　visit　po畠sible，for　hi畠guid－ance　and　encouragement　throughout　tlle　workand　for　arrangeme皿t昌of　my　visit　in　d冊erentre畠earoh　laboratories　and　i皿stitutes．　　Tha皿ks　are　also　due　to　the　mombors　oftho　laboratory　for　making　my　stay　with　themsuch　as　p1oasant　a皿d　va1uable個xperie皿ce　andfor　mally　di畠cussion昌a血d　pieces　of　advice－In　particular，I　wish　to　tha皿k　Dr．M．0kochifor　the　nice　co－operation　and　sever田1　he1pfuldiSCuSSiOnS．　　I　als⑪thank　the　management　of　NRIM　forma皿y　pr田ctical　a皿d　financi＾1arr田ngoments．◆短　信◆●人一臭助　昭和54年5月1日付採　用　管理部長　松原伸一（理化学研究所ライ　　　　　　　フサイエンス推進部企画調査課長）退　職　管理部長　榊原賢二●海外出張梶原節夫（非鉄金属材料研究部主任研究官）　　相変態とそれに関連した機械的性質に関する研究のため，昭和54年5月13日から昭和54年7月1日まで，ベルギー国，西独国，スイス国，オーストりア国及び米国へ出張した。好秤だった中学生のための金眉教室　　科学技術週問行事にちなみ4月21日，地域の中学生を対象に「中学生のための金属教室」を実施した。写真　金属の熱に対す　　　　る性質を実験し　　　　て調べる■＝1コ学生　　　　　　　　　　　　通巻　第246号編集兼発行人　　　　坂　内　富士男印　　　刷株式会杜三　興　印　刷　　　　　　　　　　東京都新宿区信濃町12　　　　　　　　　　電話東京（03）35ト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中目黒2丁目3番12号電話　東京（03）719－2271（代表）郵便番号　153一4一