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[NRIMNews1980-07.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/987783b3-9feb-45b0-a4e0-40316153a6ba/download)

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坂内 富士男

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[金材技研ニュース 1980 No.7](https://mdr.nims.go.jp/datasets/d05fe850-73ab-4bc4-8458-808352f6583d)

## Fulltext

金属技研ニュース　1980　No.7七〇一．ゼEoo一一0EωE0．oo］一〇〇〇．o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－o呵o］一〇〇〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈ωEo．ゼ≧里三…ω…Z－ooω］o〕f←■1金属材料技術研究所国産機械構造用鋼の低サイクル疲れ特性試験　機械や構造物などの破壊事故は繰返し荷重による材料の疲れに起因する場合が多い。材料の疲れは、たとえば機械の定常運転時に受ける比較的低荷重の、しかし極あて多数回の荷重繰返しによって起る高サイクル疲れと、起動・停止時などに生じやすい大荷重の、したがって少数回の繰返しにより破壊に至る低サイクル疲れに大別される。　材料の高サイクル疲れ特性は、たとえば車軸のように長い寿命を必要とする機械部品の設計データとして、なくてはならないものである。また、低サイクル疲れ特性は、高温で大きな熱ひずみを受ける発電機などの設計データとして重要なものとな’っているが、最近では、更に常温で使用される機械部品などについても寿命予測の基礎資料として特に重要視されるようになった。　疲れ試験部では、産学界の協力を得て、国産の各種実用金属材料について基準的な疲れ特性を求め、データシートを作成する業務を進めている。この一部として、J　I　S機械構造用鋼を対象とし、各種疲れ特性を規格範囲内でのばらつきを含めて求める試験を行っているが、すでに代表的な7種類の鋼について高サイクル疲れ特性のデータシートを刊行した。また、これと平行して、低サイクル疲れ特性のデータシート作成に向けて予備的研究を進めて来た。　低サイクル疲れ特性を調べる試験は、ふつう一定振幅の繰返しひずみを加えて破壊までの繰返し数を求める場合と、そのひずみ振幅を連続的に増減させて材料の繰返し変形挙動を求める場合の2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　－1種類がある。予備的試験ではデータシート試験材の一部についてこの両方の試験を行った。図は前老の試験で得たひずみ振幅と破壊までの繰返し数の関係を7種類の鋼について示したもので、この場合低サイクル疲れ特性は材種によらずほぽ同一の傾向を示している。また、後者の試験より得た材料の変形特性は材料ごとに異るが、いずれも高サイクル疲れ試験結果と極めて良く対応することがわかった。　現在は、これらの試験結果の解析・検討を終了し、昭和56年度より、本格的に機械構造用鋼の低サイクル疲れ特性のデータシートを作成すべく準備を進めている。5o阜2 紗φqlo■聾 寮蝉 Φo1嚢姜／…ψ迂　5 他← 命も2 ll1搬／低合金鋼1O■oO－　　510里　　510ヨ　　51 ～　　5i破壊までの繰返し数図　ひずみ振幅と破壊までの繰返し数の関係遊星圧延機による冷間クラッド圧延　現在、工業製晶の多様化にともない、単一の材料では、要求される性能を十分満せない場含が生じてきている。そこで、2種以上の材料で構成される複合材料が注目されるようになった。複合材料は、組み含せた材料の性質をそのまま含せもち、相互の作用効果によリ、単一な材料では得られない特性や機能をもつ。また、高価な材料と低廉な材料とを組み合せることによつ、価格の低廉化をはかることができると同時に、省資源にもつながる。複含材料のうち、構成材料を層状に接合・一体化させた板材をクラッド板という。その製造法は、熱閲圧延あるいは火薬の爆発で生ずる圧力を利用したいわゆる爆接による方法が一般的である。しかし、これを冷間圧延で行えば、製造］二程の連続化、簡1喀化、省エネルギ化が期待できる。　金属カロエ研究部では、これまでに遊星圧延機を用いた金属材料の高圧下率圧延技術の研究を行ってきたが、遊星圧延機の最大の特徴である高圧下率圧延は冷間接含に有利な要件のいくつかを満しているので、遊星圧延機の応用技術として冷閲クラッド圧延の研究をとリあげた。　遊星圧延機は、その独特の圧延原理により、1パスで90％以上という、通常の圧延機では得られない高圧下率の圧延が可能であリ、冷間接合に必要な条件すなわち豊禽な新生面の発生および大変形による接含界面の温度上昇が期待できる。しかし、その可能性については、これまで全く確められていない。そこで、まず遊星圧延機による冷聞接合圧延の可否を確かめる意味で、実用材料のうCuAl　（目〕CuAlCu　（b）AlAlC・　（・〕CuAlち比較的接合の容易な銅とアルミニウムの組み含せを選らび、図1に示すような圧延中心面に対称な3種類の重ね合せ方式（モード）でクラッド圧延の実験を行った。　その結果、（劃）に示すように、銅を外側材とした場含には内側のアルミニウムの圧下率が大きくなつ、接含には至らなかった。また（b）は、アルミニウムを外側材としたもので、内側の鋼との変形量は等しくなったが、接含は上下いずれか一方の界面に隈られ、3重接含のクラッド板は得られなかった。（c）は、アルミニウムを外側材とする4枚重ねで、銅とアルミニウムの2璽のクラッド板を同時に2組製造しようとするもの（銅どうしの接含はさせない）で、このモードでは、所期の接含状態を得ることに成功した。さらに、これよつ得られたクラッド板の接含性を調べた結果、図2に示すように、総板厚20㎜のスラブを70～80％の圧下率で圧延した場含、クラッド板の接合界面の、せん断強さは5kgf／㎜2程度とアルミニウムのせん断変形抵抗に近い値であつ、このままでも以後の二次加工に十分耐え得るほど良好な接含状態にあることが確められた。さらに冷間圧延後に拡散焼鈍の熱処理を行えば、接含をより完全なものとするごとができる。現在は、クラッド板の接合性および性状・形状の改善を園的に圧延条件との関係を明らかにしつつあるが、これまでの実験で遊星圧延機による冷聞クラッド圧延の可能性が確められ、クラッド板の新しい製造法の見通しを得ることができた。　　　　　i0　　　　　　　微厚上とCu／Alエ0．15目・ミ鳥汕憎5姦ぐψく巨擦一〇一総微障20㎜十　　〃　32皿m図1　璽ね含せモード0　　　60　　　　80　　　　100　　　圧　下　準｛％）図2　クラッド板の接含強さ一2非晶質金属の応力緩和　非晶質金属材料は機械的強さ、耐食性、電気的・磁気的性質などの極めて優れたものが次々に見出され、夢の新材料として脚光をあびている。現在すでに、新技術開発事業団等を中心としてトランスのコアや磁気ヘッドなどに利用するための実用化研究が行なわれておリ、非晶質金属を利用した機器類が市場に登場するのも閥近いと思われる。　ところで非晶質材料とは読んで字の如く、結晶でない材料、すなわち通常の金属のような規輿1j的な原子配列が存在しない材料であって、原子がいわば、でたらめに詰めこまれた物質と考えられている。このような、あるいはこれに近い物質は、ガラス、無機材料や有機商分子材料などたくさん存在するが、金属材料で非晶質が始めて作られたのは、ほ“20年前のことであリ、特殊な合金を、溶融状態から、1秒間に10万度から工00万度という高速で冷却することによって作られた。その後、非晶質化できる材料は沢山屍つかっているが、この冷却条件はあまつ変っていない。このことからもわかるように、一般に金属材料は結晶になりやすく、現在作られている非晶質金属も、温度が高くなると簡単に結晶化し、特有の優れた性質が失なわれてしまう。また緒晶化しないまでも、わずかの製造条件の違い、あるいは200～300℃穫度の温度にさらされることによつ、特性が大きく変化することがある。このような変化は、非晶質の構造があまリ安定でないために生ずるものと考えられる。　一般に金属その他の材料の結晶構造を決定するにはX線回折による方法が決め手となっている。しかし非晶質材料にこの方法を適用しても極めてあいまいな情報しか得られない。そこで電子計算機を使用して様々な模型を組立て、そこから導びかれる結論を回折実験の結果と比較して非晶質の構造を知ろうとする努力が現在、精力的に行なわれている段階である。非晶質状態のさらに微妙な変化を知るには内部摩擦測定、熱分析、特殊なX線圓折などが行なわれているが、いずれも特殊な装置を必要とする。　材料強さ研究都では昭和52年度から54年度までの3年問、非晶質材料の機械的性質に関する研究を進めてきたが、その申で、非晶質状態の微妙な違いを簡単に調べる方法として、応力緩和試験を行なってきた。応力緩和とは、材料に一定の歪を与えて、そのま・放置しておくと、最初は弾性的な反携力が働らいているが、時間がたつにつれてこの力が次第に弱まってくる現象である。したがって、短時間で拘束を解けば材料は、ほ“元の形に戻るが、長時間変形したま・で置くと元に戻らなくなる。非晶質状態は結晶の場含と較べて、応力緩和が生じやすいが、これについての研究は、あまリ行なわれていない。特に、わずかな構造変化に対する応力緩和特性を調べた例はない。そこで、非晶質金属に予め熱処理を加えて、緩和特性の変化を追跡してみた。　実験方法は、リボン状の試料を円筒に巻つけ、これを炉あるいは加熱した油の中に入れ、一定時間の後に取り出して、どの程度曲がったかを測るという簡単なものである。図はFe78，Silo，B12含金に関する測定の一例である。この合金の非晶質が結晶化する温度は400℃をはるかに超えるが、200℃程度の、しかも極く短時間の熱処理でも、何らかの構造変化を示すことが、応力緩和特性の違いに、はっきりと表われている。幸s鱗酷08翻心和06哀u糞漏04如」鱗黒磁o仁亘O呈　　　王Oヨ　　　玉04　　　10晶　　　101亘O呈　　　王Oヨ　　　玉04　　　10晶　　　　　熱処理跨織（秒）1O｛図　Fe〒畠Silo8螂非晶質含金の、熱処饗による応力緩和特　傍の変化。応力緩和試験は225℃で1時閲行った。一3一受託研究。共同研究の現況　当所は、科学技術庁受託研究規程（科学技術庁劃一冷第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糺また、科学技術庁附属研究所等共同研究規程（科学技術庁　　　　　表1研　　　　　　究訓令第143号）等に一基づき、外部機関と技術情轍を交換し、試験研究を分担することにより、効率的に研究を行っている。’最’近2年間におけるテーマは表1及び表2のとおつである。最近2年悶における受託研究律度5彗　　1．54原・二r・炉の趨重カ・脩』トシミj．レーションによる又テンレス垂鵠の応力腐食〒蜘れに関する研究焼結鍛遼剛氏含金鋼粉の綾化一遡元処理に閥する研究‘商遼煉燃孝斗被毫貿管のクり一プ駄j験けい化物斗増体の鯉法に関する桝究寺裏｛チ溶芽†皮膜のj瞳閉に磯一ケるモπ究抗水の斑解処異聾に閥する研究i梛童度素材の弓倣猷験研究新哲■晦換煉徽造材’料の腐食に1測する研究コバルトの渕収およぴ．懸、濁確解に1菊する研究肌焼鋼の低サイクル疲労特性に関する研究コバルトの回収およぴ懸、濁館解一にr蝿する研究π；寓逃炉燃非≡ト被早貿欄：のクり一プ彗式』験i善毒遮例視燃料縦磁衡材’料の酵雌突含せ溶接継・手の嚢面き裂伝擶特性に鰯する研究慨Mo系Cr－Mo肌焼鋼の推れ特僧1に閥する研究鋼衡の孔食に及ぽす水質の影徽こ幽する研究航水の椛解処理に閥する研究n新j聖転換炉雛遭材料のガス分析による腐創誼雑定等に1灘する研究商強度繁’材の鮒膣≡渕験棚芋究」土j竺い辮に舗される鱗の分析法に竺する研究研究獺当部腐食防食研究郷金　垢覇　力口二1二肩汗究豫∫ク　リ　ープ書式j験普晴金属物理研究部溶　接　研　究　部製　　錬　　研　　究　　部強力材料・研究部腐食1防食研究翻製　錬　研　究　郷疲れ…式験部幽鎌研究部クり’プ…試一験菩晴原子炉材料研究部疲れ試験部与喧三　　ナし　　　書三t　　」覇簑　　　｛善碁腐食防食研究繍製　　錬　　研　　究　　都腐食防食研究菩直強力材料研究部金属化学研究部年度予算額　　（千閑）4，6054，605「…’’’表2 最近2年闘における共同研究No123456789101112131415研　　　　　　究　　　　　　題又テンレス鋼の商漁水による応プコ腐盆審1」れ・過穫の解析に関する研究Nb－Ti－Hf系趣電揺余金線材の笑用イヒ研究概Zコーティング材料の又パッタりング特個三の、評…価に関1■る研究漸喋能溶身書材料・の1瑞発に閥する研究溶融燈兇炉の耐火物の適憧に閥する研究BW費プラントの勉動・傍」1二時におけるステンレス鋼の」一’饅力腐食幾1」れ撒呈の解析に闘する研究モりプテーン余金の溶横及ぴ溶接継乎の強度に閥する研究i婁1磁界NbヨSn榔’置導綴材の大容＝瞳生化に関する鮒究共渕研究老東北大学金研ヨ…里イヒ　等と棚干　多E　珂千帰1川白嫌瓦㈱一鰹　岡　鉄　工㈱㈱徳　力　本　唐日本腺子力研究所日本原子力研究所電力巾央研究戸味大同鰭殊鋼㈱日本瞭子力研究所冨召　和　電　工㈱品jl1白嫌瓦㈱麗力巾央研’究所日本原・子力研究所㈱日立製作所φ短 信禽⑧受　焚　昌本塑憧加工学会　会国技術焚　小口　醇　金属加工研究皆雌雌加工第2研究室長　悟木稔　　〃　主任研究官　海江麺毅也　　　　〃　　　研究翼　大蘭口　稔　　　　　　〃　　　　　　〃r静水圧を禾1」用した塑性加工に関する基礎的砺究」に対し昭和55年5月21ヨ表彰を受けた。全国発明表彰　靭ヨ新聞発明焚　禰垣適夫　溶接研究部長　岡観　明　　　〃　　第ヱ破究室長「被溶接物の表側と裏側との雰囲気圧力差による片面裏波溶接法」ほか2件の発明に対し昭和55年6月3B表彰を受けた。⑱海外出張　太刀川恭治　電気磁気材料研究部長　A－15型化合物多芯超電導線材に関する会議に出席及び趨電導材料開発についての研究討論等のため、昭和55年5月26日から昭和55年6月2日までアメリカ含衆国へ出張した。繍集兼発行人自1　　　脳　通巻　第259号　　　　　　坂内箆二L1男株式会杜三興印刷東京郁新楢区儒濃町互2　　　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畔コ目黒2丁園3番i2号電謡　東京（03〕7王9－2271（代表）郵便番号　153一4一