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[NRIMNews1992-04.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/91c01949-0564-47c6-bfbf-77850c8c069a/download)

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真鍋 烈

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[金材技研ニュース 1992 No.4](https://mdr.nims.go.jp/datasets/677e8de1-21aa-45f3-94ba-11e5c058cd89)

## Fulltext

金属技研ニュース　1992　No.4i〇一、ゼEoo一一〇⊂蜆⊂○箏○コーooo－o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－o呵o］一〇〇〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］o〕f←■■垣限む研売センター／疲労き裂成｛／クリープ基底強度極隈場研究センターの建設へつくば市柴崎地区で着工　当研究所では，筑波支所が現在設置されているつくば市千現地区にその機能を結集するに当たり，千現地区における新研究所の建設とともに，大型の先端研究施設・設備を備えた国際極限場研究センター（仮称）を，つくば市柴崎地区に創設することを目指してきました。昨年末には住宅・都市整備公団との問で土地の譲渡契約が締結され，建設工事も始まりましたので，新センターとなる柴崎地区建設計画の概要をご紹介致します。　柴崎地区は，つくば市の北東部に位置し，現筑波支所から北約5kmの距離にあつ，取得した敷地の総面積は約4．4haです。当センターは，「磁界」および「ビーム」の二つの特殊実験棟と管理研究棟によって構成され，その規模は，国の内外からの客員研究官を含め約100名の陣容を前提としています。管理研究棟は地上3階地下1階建ての予定で，延床面積は約3，500㎜2になり，施設全体の管理部門と，研究居室，食堂，大会議室，図書室などが整備されます。磁界実験棟は地上2階地下1階建て，延床面積約7，200m2で；その中には80テスラ級ロングパルスマグネットや40テスラ級ハイブリッドマグネットなど，世界最大級の高磁場マグネットを含む各種磁場研究設備が収容されます竈また，ビーム実験棟は地上2階建て，延床面積約3，200m2で，超高圧電子顕微鏡，粒子線照射装置，極高真空中磁気浮上搬送システムなどの研究設備が収容されます。　平成4年度末には全ての建物が概成し，東京目黒本所から千現地区への移転と同時期の，平成5年10月から移転が開始される予定です。　当研究所は，この研究センターを国際的な共同．研究を推進するための開かれた研究施設と位置づけしており，超強磁場や精密励起場，あるいは極高真空場などの極限場の発生とその利用により野心的な基礎研究が活発に行われ，材料科学技術に新たなブレークスルーをもたらすものと期待しています。’筑波大学匿憂研究・教育機関用地土浦大穗線妻木上野線柴崎地区　　　　　　　　　　歪　　　　　　　　　　　　水ド　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　戸　　　　　　　金眉材料技術研究所土　福．　　　土浦学園線浦谷田部インター一窓灘1Fあ　義　　駅　　　O1。㎞　　　　　唾東京　　　」＿⊥＿一1疲労き裂成長のマクロ支配因子弾性係数の導入　航空機，船舶，長大橋，発電プラントなどの構造物は大型化する傾向にあi），それらが万一破損した場含の被審は甚大である。金属疲労が構遺物の破損原因の7割に何らかの形で関与していることから，破損による事故を未然に防ぐには金属の疲労現象を充分把握しておくことが極めて重要である。当研究所では，金属疲労の研究を長年統けてきてお十），その成果の一つとして，材料の疲労き裂伝ぱ特性を評価するための新しい試験法を考案した（‘最大荷璽保持疲労き裂伝ぱ試験法’，金材技猟ニュース1990年Nα9）。　通常の疲労き裂伝ぱ試験法では，試料に負荷する繰り返し応カの上限σ砒と下限σ1をともに一定にして疲労試験を行い，き裂の成長遼度を求める。この方法では，試料が弓1張状態にあっても，疲労き裂の先端に誘起される引張塑性変形などによってき裂先端が口を閉じる、いわゆるき裂閉口現象が一般に起こり，これが試験応力とき裂先端部に実際にかかる応力との関係を複雑なものにしている。これを避けるため，本研考案の試験法では繰り返し荷重の上隈σ出を一定に保ちながら下隈σ1を徐々に高くして行き，き裂閉口現象が起こらなくなる条件を保つようにして疲労き裂が成長しなくなるまでの間で，応力範囲（σ四一σ’）とき裂成1〇一畠ミIO■95襲瑳岬驚（乱）○．ダ　9’　‘　‘チタらら、‘　　d1Ou11I　1　　　　2　　　　4　　　　　∠K（MN／m舳）　　　　　　　　図」330壬10■田く工〇一g3滋璃幽10－lo経謙舳　　　　　1O■正16　8　10長遼度との関係（基本疲労き裂伝ぱ特佳）を求めるのである。　そのようにして求めたフェライト系の鋼SB42およびオーステナイト系ステンレス鋼SUS304の基本疲労き裂伝ぱ特性曲線が図（a）の申に示してある。横軸には‘応力拡大係数範囲’∠Kをとってあ止），これは応力範囲とき裂長さの平方根の積（σ出一σ1）・πに比例する量である。図からわかるように、この試験法を用いると，フェライト鋼とオーステナイト鋼のように結晶構造が異なっていても非常に類似した特性噛線が得られた。さらに今回，鉄鋼以外の材料としてアルミニウム含金A5083にも適用してその特性曲線を求めたところ，アルミニウム合金の特性曲線は鋼の特性噛線に対して左側に大きく平行移動した彩を示すことがわかった。そこで，∠Kをその材料のヤング率Eで割った‘ひずみ拡大係数範囲’瓜／Eを横軸にとリ、図（纈）のデータ点をあらためて記入しなおすと図（む）のように，すべての点がほぽ一つの曲線上にのることを発見した。　このことはひずみ拡大係数範囲∠K／E，換言すれば応力範囲，き裂長さ，および，ヤング率というマクロなパラメータが疲労き裂の成長を支配していることを示しておリ，疲労現象の本質を解明　　　　　　　　　　　　　するにあたっては，（も）o　　　■A5083　　　△SUS304■　　　口SB42■金20　測・6080100　　荻ノE（1〇一石m1”）基本疲労き裂伝ぱ特惟測＝1線き裂成長部の微槻的形態の多様性に園を奪われることなく，弾性論的な大局的見地をもつことも極めて璽要であることを示唆している。　今後はさらに実験を璽ね，多種類の材料の特性曲線の統合化を図り，疲労破壊の予測法の確立に役立てる。クリープの新概念‘基底強度’ を提噌フェライト系耐熱鋼の基本的強さ　耐熱金属材料の強度は高温での長時聞の使用申に徐々に低下する。材料の強度はその微細金属組織に支酉己されており，使用申に生じる組織変化が強度低下の原因である。しかし，組織変化とそれに伴う強度低下を的確かつ定量的に評価する方法はまだ提案されていない。　ところで，材料の強度は使用時間とともにどこまで低下するのであろうか。ゼロにまで低下するのか，あるいは，ある最低限の強度レベルが存在してそれ以下にはならないのであろうか。このような基本的な間題を調べることは長時間クリープ強度の推定法や，長期使用部材の余寿命推定法を確立するために重要である。　図1は高濫構造部材の応力とクリープ破断寿命の関係を模式的に示したものである。高溢で生じる組織変化は強度を低下させ，そのため応力とクリープ破断寿命との関係は長時間側になるにしたがって勾配が増して行く。しかし，強度があるレベルにまで低下したのちは再び勾配は減少して，単純な時聞依存性を示すようになる。すなわち，このレベルに到達した後は安定なクリープ破断強度特性を示し，応力と破断寿命との関係は逆S字形を描く。　当研究所では，数多くの国産実用耐熱材料について，最長10万時聞を超える長時間のクリープ強度試験を行い，材料の強度特性を系統的に明らかにすることを目的として「金材技研クリープデータシート」を作成している血今固，フェライト系b顯○只長　　　　　　組織変化　　　　　　しない場含の　　　　　　強度督鷲鉦低下＼↓　　　　吋　　　　　　＼　　　　　　　、　　　　　　　＼　　　　　　　　、　　　　　　1　＼　　　　　　lI　　　・　　　　艦麟童渡111　＼Ill■　　　　クリープ破断簿命（lOgt）図1　応力とクリープ破断寿禽の闘係耐熱鋼に関して膨大なクリープデータを系統的に解析した結果，材料はその組織変化だけでは失うことのない，圃有の強度をもち，しかもその強度は鋼種によらずほぽ同程度であることがわかった。このフェライト系耐熱鋼に共通の強度を‘基底強度’と呼び，クリープ強度に関する新しい概念として提曜した。それを以下に示す。　図2は10’種類のフェライト系耐熱鋼のクり一プ破断強度特性をまとめたものである。横軸のパラメータ（ラーソン・ミラー・ノくラメータ）｛直のノ」・さな領域、すなわち低温，短時間側に稲当する領域では，鋼種により強度が大きく異なってクり一プ破断寿命に最高4桁穫度の差が認められる。しかしパラメータ値の増加，すなわち，よリ高温，長時間側への移行にともなって鋼種1こよる強度差の程度が縮小し，全10鋼種のクリープ破断強度があるレベルに収束するようになる。ここで、全データの収束する強度レベルがフェライト系耐熱鋼の共通の‘基底強度’（図1参照）であり，基本的なクリープ強度であると見ることができる。このような考え方は多数の鋼種について数万時聞を超える長時閥データが得られたことによってはじめて到達できた概念であリ、今後は堪底強度の特性をよつ明確に把握し，クリープの堪底強度理謝を確立することによリ，高温構造部材の信頼性向上に資することができる。　　　　　　　　　　　　叫O為。由卿o｝量伺1佃o甚　　　　　　　　　　　　　　　　別ooo　　　　　　　T絶対温度　　t．．破断時閥図2　フェライト系耐熱鋼のクリープ破断強度特性時糊｛h〕叫㌦。1岬　　　　　　　≡　　　　　　　　600．CmIm…柵りぴ則彗 500’C1000？oo00．5Mo△O．；C＝O．；Moヨooヨoo卿o徳ぺ蟻三紗＾1 ●“ ⑰o●●mo ●70 ■一oo▼●50●lCr1拙oO．呈ヨV偲㌧釦 ▲ヨC剥．5拙o門㌻刊CH珊血 叩㌻皇o U■1皇or ，ω里CrlMo1WO．3V1o砧OO0　　18000 20000 呈2000 別oo1ラーソン・…ラーパラメーヂ　｛T・（20＋Io罧・㌔〕）T1練針温腱 f．＝就舶蛙開5月の研究発表 （国内分）学・協会名 開催期閥 発　　　表　　　題　　　目 発表者（所属）RareEarths’92（京 5，1～5．5 1）Removal　of　Oxygen　from　Praseody一 上平一茂（反応）ほか都・パークホテル） mium　by　Calc三um　VaporE1本鏡物協会（名古 5，29－5．30 1）セラミックホーンを用いた溶融金属への 大沢嘉昭（組織）ほか屋） 趨音波振動付加の遜用◆特許速報◆●出願発　明　の　名　称ビスマス系酸化物趨電導線材の製造方法浮上溶解装磁拡散含成法によるTiA1基金属闘化含物の製造法出願ヨ3，7．243．12．203．12．25出願番号03－18430303－33732503－356637発　明　者　名（佳友電気工業（株）及び新技術導業蘭との共同出原質）福沢　章，桜谷和之，渡辺敏昭，（禽士電機（株）及ぴ中部電力（株）との共同出願）辻本得蔵（他1名）●登鐘発　明　の　名　称 登録日 登録番号 発　明　者　名趨電導複含テープの製造法 雀．2、玉8 1639308 太刀川恭治，戸叶一正，熊倉浩明，竹内孝夫衝撃試験踊瓢験片取付け装滋 4．2，18 1639322 岩尾暢彦，安畔　樹，酋屋宣明，伊野口育雄超塑惟鍛造用耐熱Ni基含金及びその製造方 雀、2，18 16394工2 小泉　裕，蕊塚　功，原蘭広史，法 中沢静夫，前田達之，1」」崎遭夫◇短　　信◆○海外出張氏 名 所　　燭 期　　閥 行　　先 用 務西島 敏 損傷機繊研究普i… 4．2．ヱ3～4I2．23 　一フフンス 日仏二圃聞ワークショップ舳寓増田 千利 狽傷機麟研究部 4．2．ヱ3～雀．2．26 　一フフンス 日仏二團間ワークショップ搬席塩蘭 一賂 機能特性研究部 4，2．16－4．2．23 　’フフンス 蘭仏二国閲ワークショップ出席盈本 健一 材料設蕎十研究部 4．2．工6～4，2．23 　’フフンス 臼仏二国閥ワークショップ搬席木曹 司 第1研究グループ 4．2．ヱ6～4．3，7 アメリカ 高磁界用導電材料の評価・応踊研究ω縣 敏’簿 材料設計研究都 填、2．17～4．2．28 ブラジル プラジル材料披椛開発プロジェクト孤前鯛森村」ニニ 秀之 材料設蓄十研究部 4．3．2～4．3．9 イギりス 目英共同研究緒形 俊夫 第1研究グループ 雀．3．5～填．3．12 イギりス・イタりア 科学技術振興調整徴総含研究入江 宏定 組織制御研究部 4．3．8｛垂．4．4 才一ストリア 科学技粥振興調獲蜘醐腫要醸1際共同研究発行所科学技術庁金属材料技術研究所（；李＝　所）〒153東京都目黒区申團黒2－3－12　　　　　TEL（03）3719－2271，FAX（03）3792－3337（筑液支所）〒305茨城県つくば市千現玉一2－1　　　　　TEL（0298）51－6311，FAX（0298）51－4556遡巻第400号　　　　　　　　平成4年4月発行繍集兼発行人　　　　　　　真　　鍋　　　　烈印馴所株式会社三興印刷　　　　　東京都新宿区西早稲田2－1イ8