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[NRIMNews1979-07.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/5868f9eb-2dd2-4417-a926-0362e143bef8/download)

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坂内 富士男

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[金材技研ニュース 1979 No.7](https://mdr.nims.go.jp/datasets/c7a24602-9a14-45ac-b2f8-82489e9fa686)

## Fulltext

金属技研ニュース　1979　No.7七〇一．ゼEoo一一〇EωEo．垣o］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←金属材料技術研究所宇宙空間を用いた新材料製造のための地上実験に関する総合研究　宇宙を飛行中のロケット内では重力は非常に小さくなつ，いわゆる無重量状態とな糺無重量環境下では，溶融材の中に密度の異なる物質が混合されていても，浮き上ったり沈んだりするようなことは起らない。また溶融材の熱対流も無祝することができる。　材料強さ研究部では，総合研究の一環として，無重量環境における材料実験に必要な基本的条件を地上での実験によって検討している。　当面大阪工業技術試験所から供給されるTiCウィスカ］を補強材としたNi系合金について，ウィスカーの容量率，組成，作製条件などの最遭条件を研究している。　一方，無重量下で材料を処理するために必要な電気炉は，まだわが国では製作の経験がなく，その開発は宇宙材料実験にとって最も重要なことである。図には，宇宙開発事業団のTT500A小型ロケットに塔載することを目標にして作製した地上実験用電気炉を示した。　小型ロケットの飛翔により得られる無重量状態の時問は，約6分間と予定されているので，この短時間内に試料を処理できる性能が要求される。そのため，電気炉は炉内の試料を2分以内に約1500℃まで加熱溶融し，溶融試料に約10～20㎏／㎝2の圧力を負荷したのち，ヘリウムガスを吹きこんで試料を凝固させ，2分以内に1100℃まで冷却できるように作製されている。　炉内の試料および試料容器を加熱する方法としては，図に示したように，タングステン製のヒーターをボロンナイトライド製のボビンにコイル状に巻きつけた輻射加熱型を用いた。　電気炉はこのような熱的条件のほかに，衝撃，振動，加速度試験などの特別な検査を受けて作製された。　　　　　　　　　　加圧ガス入口圧縮シリンダー冷却がス出□排出口温度測定センサ図　小型ロケットに塔載することを目標にして　　試作した地上実験用電気炉一1一モリブデン及びモリブデン合金の高温H⑧ガスとの共存性　モりブデンおよびモリブデン含金は高温強度に優れていることから核融合炉第一壁材料として有望とされている。しかし，モリブデンの機械的性質は酸素，窒素および炭素などの不純物の混入によって大きく影響されることも知られている。核融含炉の第一壁は，内壁は炉心高温プラズマに面し，外壁は冷却材に接する。冷却材として候補に挙がっているへりウムガスは配管内壁面からのガス放出，外部からの漏洩などによって，微量のO．H．O，N。，CO，およぴCO。などの活性なガス成分を含む事が考えられる。　原子炉材料研究部では，モリブデンおよびモリブデン合金と高温へりウムガスとの共存性を明らかにする目的で，まず市販のモリブデン（焼結材，電子ビーム溶解材およびアーク溶解材）ならびにTZMの機械的佳質におよぼすヘリウムガス中の酸素濃度の影響を検討した。モリブデンおよぴTZMには歪み取り焼鈍ならびに再結晶焼鈍の二種類の熱処理を施した弓1張り試験片を用いた。試験片を1000℃のヘリウムガス気流中で所定の時間さらした後，室温で引張り試験を行なった。図1に再結晶熱処理を施した材料の室温引張り性質とヘリウムガス中酸素濃度との関係を示す。図中，H．V．の一虹は高真空下（酸素圧＜1×10－4Pa）での結果を表わしている。いずれの材料も10I，～10叩aの酸素圧ではほとんど延性を失なった。モリブデンの破断面には粒界破而が多く観察された。　　？lOOO｛凄舳500頼幽而　　0　60さ）406’掌20㍉　　＿＿⊥＿」＿o焼結Mo　　一■［．△電予ヒーム俗解Mo　　　　　　　　○アーク溶角等Mo　　　　　　　　マTZM○市　IO1工Ol　lぴ1Ol10・　　　　　酸繁圧（Pa〕図1　1000℃，100時間のBe中腐食試験　　後の輯結I黒ヨ寿オの弓1張り特憎1TZMについては試料内部はへき開，表面近傍は粒界破面が認められた。試料中の酸素分析の繕果からモリブデンでは100時閲後で数10ppm，TZMでは約300ppmの酸素量の増加を示した。したがって，酸素は主に粒界に侵入し，モリブデンの粒界の強度を弱めたと考えられる。また，TZMにおいては，試料中に含まれているチタンおよびジルコニウムの内部酸化による材料の硬化が脆化の主な原因と思われる。なお10Pa以上の酸素濃度では，試料の延性が認められた。これは，酸素濃度の高い雰囲気では，揮発性のMoO・が試料表面に生成するため，試料内に酸素が浸・透しにくくなったためと考えられる。図2は歪み取り焼鈍材についての引張つ試験結果を示してい乱歪み取つ焼鈍を施した試料では，再結晶材に比べて結晶粒が極めて小さいので，酸素の侵入に対して再結晶材ほど敏感でない。しかし，1O00℃で再結晶化が進む焼結およびアーク溶解モリブデンでは，ヘリウム申の酸素濃度の増加とともに延性が低下した。またTZMは時閲経過に従って，延性の低下と酸素吸収量の増大を示した。　以上の様に，モりブデンは，再結晶化が進むとヘリウム申の酸素を吸収して粒界が著しく弱められること，さらにTZMは1O■呈Pa以上の酸素を含むへりウムガス環境下では，その使用が困難であることが明らかになった。現在，COおよびCH。などの不純物ガスを含む高温ヘリウム中での同様の試験を進めている。　　令1000T→　　則　　　rH　　三　　榊50Cφ　　黛　　幽　　而O　　←■⊥’L蝿子ビーム漆解M．　　　　60　　　　←一一rr　　　　　　　　　　　　　　ロアーク漆解Mo　　ざ　　〕　40　　も　　　　　　　　　　　　〉＼　　　　0・．V．　玉ポ1びl　lぴ1，110・　　　　　　　　　酸索圧（P註〕　　　図2　1000℃，100時閥のHe中腐食試験　　　　　　後の歪み取リ塘雛屯材の弓1張り特性一2一熱変形が小さい鋳造用金型の開発　鋳造用金型（以下，金型と略す）では，鋳込みに際し，その表面は急熱されるのに対してその裏側は徐熱されるので，金型内にその表裏の温度差にもとづく熱応力が発生し，金型の熱変形の原困となっている。この現象は，鋳物の寸法精度の低下，鋳張つの発生などをもたらし，金型鋳造の特長を阻害することになるので，熱変形に対して抵抗性のある金型の開発が望まれている。　金属加工研究部では，金型の熱変形に対する抵抗性向上の指針を得ることを冨的として，研究を進めている。　金型の熱変形は，表繭部の熱膨張・収縮を裏側の部分で十分に拘東できないから起こるので，金型の表裏の剛性に大きく影響される。すなわち，金型の表面音盾の1剛性が低いかあるいは裏側部の剛性が著しく高いかすれば，その金型の熱変形は起こつ難いことになる。そこで，金型の表裏の剛性の差異が金型の熱変形挙動にどのような影響を及ぼすかを実験室的に検討することにした。すなわち，l1機械的強度の異なる4種類の材料（FC25，FCD40，S1OC，SK5）の表面部を鋳包み法によリ強度の低いねずみ鋳鉄（FC10）とする，（2）強度の異なる2種類の鋼材（S1OC，SK5）の表面都に切込みをつけてその部分の剛1性を低下させる，の2方法によつ試片を作製し，この試片を組込ん2．0被鋳包み材FCD40昌1．8賃＾鴎絵 』制義1王．6 FC25…　　　　　　一「SK5S1OC■1．4n鋳包み部の厚さ，mm図1鋳包み条件と熱変形鐙との関係だ試験用金型に鋳鉄溶湯を注湯して試片の反りぐあいを測定する熱変形試験を行なった。　図1は，4種類の材料の表繭部だけを鋳包み法により強度の低いわずみ鋳鉄とした場含の表面部のねずみ鋳鉄の厚さと熱変形量との関係を示したものである。この場合は，試片金体の厚さが10㎜であるので，表面都の厚さが全体の約％のあたりに，熱変形の最も少なくなる点があることになる。　図2は，2種類の鋼材の表繭部に切込み（幅C．3㎜）を種々の条件（間隔および深さ）で付けた試片について熱変形試駿を行なった結果である。横軸は切込み量の大きさを表わしている。この図で，S10CとSK5の熱変形は，切込みをつけることによつ減少するが，塑性変形しやすいS1OCでは切込みの大きさによる影響は小さく，剛性の高いSK5では切込み量が大きくなり，とくに切込み深さが深くなるほど熱変形が少なくなる傾向が認められる。　以上の結果から，金型の表剛こ強度の低い材料を存在させるかあるいは切込みをつけるかして，金型表繭の剛性を低下させることによリ，金型の熱変形に対する抵抗性を向上させるこ1とができることになる。これは，金型の熱変形が問題となる鋳鉄等の金型鋳造に役立つことと考えられる。18ε豊一1．6蝸尖制蕪1．4■S10CSK5　　　　010／15／110／3　　　　　　　切込み条件図2　切込み条件と熱変形鐙との闘係　　　1切込み条件1切込刈輩繍，mm／切込み深さ，師m）一3一クリープ受託試験の現況　当所は，「金属材料技術研究所クり一プ試験受託　　験は18％となっている。また材料の種類は，低合規定」（科学技術庁訓令第69号）及び「金属材料技　　金鋼，ステンレス鋼及び耐熱含金で約80％を占め，術研究所クり一プ試験受託約款」に基づいて，企　　その他は炭素鋼，鋳造混及び非鉄金属などである。業等からの委託に応じ，クリープ試験を実施して　　　昭和53年度の試験実施状況は，件数が69件（前い糺　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年度より継統42件，新規27件），試験片数462本，延　昭和遂2年度に開始してから昭和53年度まで12年　　試験時聞が1，346，934踏聞で，試験片1本当つの平間の実績をみると，鉄鋼，非鉄金属，機械，電力，　均試験時間は，クリープ試験が4，484時聞，クリー璽電機，原子力及び化学等，各分野の58社から357　　プ破断試験が2，176時聞となっている。また試験受件の委託があった。試験を種類別に見ると，クり　　託手数料の歳入総額は25，543千円である。一プ破断試験が82％と圧倒的に多く，クリープ試　　　次に年度別の受託状況を下表に示す。　　　　　　　　　　　　　　　　表受託試鮫受理状況破断試験区　　　　　　分 42年度 4鋒度 4碑度 45年度 46年度 47年度 48年度 49年度 50年度 51年度 52年度 53年度 計受託　件数｛伶） 5伶 7｛牛 6件 4件 5件 6件 10件 1王件 8件 1玉件 lo件 7件 90件クり一プ 温度瑚300～600℃ 14本 54本 31本 0本 66本 55本 66本 69本 38本 72本 56本 69本 590本試　　験 …式験片数　601～800℃ G 6 0 lo 2 o 7 5 24 24 9 0 87体）　80ト1000℃ 9 o 16 i3 2 6 3 6 5 7 6 0 73受託件数（件） 12件 26件 22伶 21件 26件 29｛牛 18件 18f宰 27件 24件 24件 20件 267件クリープ 温度男嗜300～600℃ 13膝 186本 297本 325本 180本 26躰 工35本 90本 177本 238本 13畦本 150本 2313本破断試験 言式験片数　60エ～800℃ 47 80 34 5工 I2王 57 40 58 43 王o 59 46 646（本）　80卜王000℃ 王2 35 47 12 77 49 2些 35 26 52 王8 26 413含　　計受託件数／件〕 17件 33件 28伶 25件 3王件 35件 28件 29件 35件 35件 34件 27件 357件試　験　片　数（本） 219本 361本 425本 4王1本 448本 431本 275本 263本 313本 403本 282本 29王本 4王22本特許出願速報出願日 出願番脅 発　明　の　名　称 出願日 出鰯番号 発　明　の　名　秋53．4．　3 38154 VヨCa淡含趨電導体の製造法 53．8．17 1O0207 バー』除去方法（共渕出願）53．5、工5 5664工 スキャンコンバージ目ン・メモり裟磁に 53．8．28 103920 モりブデン被覆馴蹴j’創…崖材料の製造法よる電子顕微鏡の画像処理方式 53，8，28 103921 連統製鋼の酸繁1次繍法53．6．5 66828 純粋な硫黄の製造法 53．8，28 103922 鉱襟申の金属・合金粒酬又裟雄を備えた53．6．8 68346 不規則表函に発生する疲れき裂の葛動検 遮統高温冶金反麻器出方法 53．9、ユ4 王12王9王 Nb．S日複含趨電導体の製造法53．6．20 74704 精鍍原料の連統的予熱または遺尤方法 53．9．21 n5179 金属表極の処理方法（共属出願〕 53，9，27 玉工7849 異質半導体接舎物およびその鍵造淡53．6．23 75487 芥磁僅材料の表面欠陥検出方法 53，9，27 1玉7850 電解質扱抗降下の自動的補正方浅53．6．23 75488 水漆液中の璽金属の電解除去法 53．三1．21 142851 コ山クス粉およびその製造プゴ法53．6．23 75489 電解による硫化水素の製造法 54．1．29 8195 鉄一チタンーニオブ系水翻守蔵材53．6．23 75490 炭誰繊縦等の炭繁成形物の表翻処理方法 54．1，29 8196 電子ビーム溶接法53．6．23 75491 炭講繊維等の炭繁成形物の表面処理方法 54．1．29 8197 電子ビーム溶接法53．7．25 89980 溶鋼用脱酸含金 54．2．9 13407 Nb丑S桃倣線材の製造法53．7．25 8998玉 溶鋼用脱駿合金 54．2．15 15514 鉄系焼緒材料の製造方法53．7．25 89982 電予ビーム溶接法 54．2．15 15515 半還尤鉄粉又は遼元鉄粉を直接溶解する53．7．25 89983 電子ビーム漆接法 電弧炉53，7．3玉 92488 乾式流動水溶姓ガスセット鋳型の製造湊 54．2．28 22022 溶鏑刷脱駿含金53．7．31 92489 湿武流動水溶自磁悠鋳型の製造法 54．3．7 25497 流体論理素子53．7．3ヱ 92490 VoC旦複含趨電導体の製造法命短　信妙⑧海外出張　荒木　透　所長　第87回アメリカ鉄鋼協会総会及び米国圧力容器研究会出席並びにアメり力金属学会訪問のため，昭和54年5月21日から昭和54年5月27ヨまでアメリカ合衆国へ出張した。　自石春樹　原子炉材料研究部主任研究官　高速炉炉心構造部金属材料の照射挙動に関する国際会議に出席のため，昭和54年6月3日から昭和54年6月10日までフランス国へ出彊した。　　　　　　通巻　第247号繍集兼発行人　　坂内富士男印　剃株式会社三興印刷　　　　　　東京都新宿区信濃町12　　　　　　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　　　　　　東京都菖黒区印目黒2丁冨3番工2号　　　　　　電議　東京（03）719－2271（代表）　　　　　　郵　　便　　番　　号　　　153一4一