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通商産業省 工業技術院 機械技術研究所 Research 1990-3 Mechanical Engineering Laboratory |
| 16-1 構造用金属間化合物の撹拌合成 Stirring Synthesis for lntermetallic Compound Production | 
| 構造用金属間化合物の撹拌合成 構造用金属間化合物は、理想的な金属材料を創製するために最後に残された砦であるといわれています。しかし、普通の鋳造法によって金属間化合物をつくると、非常に脆い材料になってしまいます。そこで、その夢を現実のものとするために、新しい製造方法が次々に提案されています。ここに示す撹拌合成法もその一つで、本装置では、真空溶解した金属間化合物組成の材料を高速回転撹拌して合成させることによつて、高機能で高性能な構造用金属間化合物を創製する研究を行っています。 Stirring Synthesis for lntermetallic Compound Production Intermetallic compounds have very desirable material properties, but unfortunately are very brittle when produced by conventional casting techniques. Stirring synthesis, in which the melt is stirred as it solidifies, is a new processing method which has been proposed in recent years for the production of ductile intermetallics. This research is concerned with the creation of high-performance intermetallic compounds using this technique. |
| 16-2 非定常強磁場による粉末成形 Application of Electromagnetic Force Transients to Powder F'orming | 
| 非定常強磁場による粉末成形 Al、Cu等の金属板や管に非定常な電磁力を作用させ、必要とする形状を得る方法が電磁成形法です。この方法は粉末成形にも応用することができます。粉末の成形方法にはハンマー法とシース法があり、電磁力を粉末に伝える媒体としてAlやCuの金属板、あるいは管を用いています。これらの成形方法によると、①振動する衝撃超高圧を利用する、②成形時間が短い、③複雑な形状に適用できる、④通常のプレス成形に比べて圧粉体の密度が上がる、⑤金型経費が安い、等の特長があります。この研究では、急冷凝固金属粉末や種種の難加工粉末に対し、ハンマー法とシース法を利用した非定常強磁場による粉末成形技術の開発を行っています。 Application of Electromagnetic Force Transients to Powder F'orming Electromagnetic techniques can be used for the generation of explosive super-high pressure transients. This has been used in the past for forming plates and tubes made from Al, Cu, and similar materials. This project aims to develop similar techniques for powder metallurgy, using hammer and sheath compaction arrangements, which have high electrical conductivity components, to transmit the pressure transient to the powder under compaction. Characteristics of these techniques are : The use of oscillating super-high pressure transients, achievement of very short compaction time, applications in producing very complex shapes, development of low cost dies. The topic of particular interest is the application to the consolidation of rapidly solidifiable and refractory powders. |
| 17-1 塑性加工のシミュレーション技術 Computer Simulation of Metal Forming Processes | 
| 塑性加工のシミュレーション技術 鍛造、押出し等の塑性加工は素形材加工のための重要な加工技術です。しかし、その加工工程、加工条件の選択は経験別によることが多く、合理的な加工工程の選択を行うために塑性加工過程のシミュレータの開発が望まれています。 この研究では、有限要素法（弾塑性有限要素法、剛塑性有限要素法）等を用いた塑性加工シミュレータの開発をおこない、実際の加工に先立ち、塑性加工中のひずみ分布、加工力、そして加工中に材料がどのように変形していくかを解析、予測しています。さらに、加工後の材質の変化、強度の変化などを予測することもめざしています。 Computer Simulation of Metal Forming Processes Plastic metal forming is one of today's most important materials processing technologies, but process conditions for forging, extrusion, and so on, are still largely determined empirically. This project aims to improve on this situation by developing computer programs which can simulate plastic forming processes. FEM programs are under development which can analyze deformation, stress, and strain precisely in elasto-plastic and rigid-plastic situations. Furthermore the programs which can predict changes in microstructure and strength occurring as a result of plastic deformation will be developed in the future. |
| 17-2 セラミック型による難加工材のニアネットシェイプ成形 Near Net Shape Forging with Ceramic Dies | 
| セラミック型による難加工材のニアネットシェイプ成形 高い高温強度を目的とするニッケル基超合金あるいは金属間化合物などは、その特性上、加工が困難となります。これらの難加工材の加工法として有用なものが、型を高温に加熱して成形する恒温鍛造法であり、複雑な目的形状への成形を１工程で可能とします。しかし、鍛造型は1000℃以上の高温で使用されるので、優れた高温特性を持つ型材料の選定および型設計技術の確立が重要な課題です。ここでは、放電加工可能なセラミックスを選定し、型に発生する引張り応力の低減を目的とした分割構造型の提案を行うと共に、試作したセラミック型による難加工材の恒温鍛造実験を行っています。すでに、セラミックスの高温での優れた特性を生かし、直径250mmの型によるニアネットシェイプ成形が大気中で可能なことを確認しています。 Near Net Shape Forging with Ceramic Dies New alloys such as nickel-base superalloys and inter-metallic compounds appear to have great potential for high temperature applications, but their inherent properties make them very difficult to work. It seems that a technique known as isothermal forging might provide a solution to this problem. Using this technique, it is possible to form these difficult materials in one step, from a preform of simple shape to a near net shape final product. This research is concerned with the development of isothermal forging techniques using an industrial size (about 250mm O.D.) ceramic die which is constructed in segments. The die is made from SiAlON which can be machined into a complex shape using EDM techniques. It has been found that this type of die can be used success fully for isothermal forging in air. |
| 18-1 高機能表面改質技術 Advanced Surface Processing | 
| 高機能表面改質技術 大出力で高品位の炭酸ガスレーザビームが、限られた範囲で材料を急速加熱・急冷できる特長を生かし、他のコーティング法とハイブリッド化するなどの新しい技術も援用して、より苛酷な環境に耐用できる機能を有する表層材料の実現を図ろうとしています。また、エキシマレーザを用いたレーザCVDやイオン照射による表面改質の研究開発も行っています。 すでに新しいレーザ吸収剤の開発や雰囲気制御型のレーザ溶射法の開発などを行ってきました。さらに、超耐環境性先進材料として、耐エロージョン・コロージョン性、耐高温酸化性、熱遮蔽性、酸素透過阻止などの機能を備えた多機能・多層構造のコーティング技術の開発をめざしています。 Advanced Surface Processing The aim of this work is to develop multi-function, multi-layer surface coatings which are resistant to corrosion and high temperature oxidization, which incorporate thermal and oxygen diffusion barriers, and which are durable in hostile environments up to temperatures of 2000℃. In order to achieve this, investigations are under way using various coating technologies in conjunction with treatment by a high power CO2 laser. Surface modification experiments using Excimer laser CVD are also being carried out in collaboration with industry. |
| 18-2 先進材料の損傷許容性評価 Fracture Mechanics of Advanced High Performance Materials for Extreme Environments | 
| 先進材料の損傷許容性評価 先進材料に共通する脆さを克服していかに高強度・高靭性化を達成するかが新しい先進構造材料開発の成否を握っています。ここでは超耐環境性先進材料の材料設計指針の確立を目的として、破壊力学的観点からの超高温下における破壊強度特性の解明および損傷力学に立脚した損傷解析・モニタリング技術の研究開発を行うとともに、損傷許容性評価の研究を進めています。 写真に示すような超高温下（～2000℃）の破壊強度試験装置を開発・整備し、試験評価技術の研究開発を進めるとともに、エレクトロンマイクロフラクトグラフイによる巨視的ならびに微視的破壊メカニズムの鮮明を進め、それらの知見を総合して、先進材料の強度、破壊靭性および耐久性等の支配微構造因子を明らかにしています。 Fracture Mechanics of Advanced High Performance Materials for Extreme Environments In this study, fracture mechanics and electron-microfractography are used to determine material strength and fracture characteristics at high temperature (～2000℃) in order to establish the design concepts of high performance materials for severe environments. Analysis and monitoring techniques for characterizing damage tolerance are also under development, with a view to using them in primary structural applications. |
| 19-1 極限環境のトライポロジ技術 Tribotechnology for Extreme Environmental Conditions | 
| 極限環境のトライポロジ技術 極限的環境・条件で作動する先端機器において、これまでのトライポロジ技術の延長では解決できない多くの課題が顕在化しています。その対策として、新しいトライポロジ材料の開発や探索に期待が寄せられています。例えば、常温から1000℃までの広い温度範囲で潤滑性のある材料、超純水・超高真空などクリーンな環境中において低汚染で潤滑性のある材料、腐食性のある低粘度のプロセス流体において潤滑性を示す材料、超精密制御を必要とする機器の無潤滑や極薄膜による潤滑を可能にする材料などです。適正なトライボ試験評価により、これらの要請に答えられるトライポロジ材料の探索を行い、材料設計に寄与できるトライポロジカルな現象の究明を行なっています。 Tribotechnology for Extreme Environmental Conditions The operation of advanced machines in under extreme environmental conditions raises several tribological problems which cannot be solved using conventional lubrication technologies. For instance, there are requirements for lubricants which are stable up to 1000℃, lubricants which are contamination-free and applicable to very clean environments, lubricants which are effective even when mixed with process fluids, and tribomaterials which don't require lubricants or which can operate satisfactorily with only very thin lubricative films. This project is concerned with gaining an understanding of tribological phenomena with a view to developing the capability to find or design new high performance tribomaterials. |
| 19-2 表面損傷の非破壊評価技術 New NDT Methods for Characterizing Surface / Subsurface Damage | 
| 表面損傷の非破壊評価技術 苛酷な環境に耐用できる機械材料の信頼性や健全性は、材料の表面や表層における材料と環境との物理・化学的相互作用あるいは微小な欠陥のまわりの力学的相互作用に深く係わっています。このような相互作用を、超音波、荷電粒子の放射現象、ラマン光、ルミネッセンス、赤外光の吸収などを探査源または情報源として、実環境あるいは実時間でキャラクタライズできる新しい技術を開発しつつ、相互作用の性質を明らかにしようとしています。これらの計測技術は、定量化ないしミクロ・マクロ化への対応を図ることにより、技術開発の進みつつある微小機械分野への通用や、経年変化しつつある巨大システムの非破壊評価への通用を検討しています。 New NDT Methods for Characterizing Surface / Subsurface Damage The durability of materials exposed to hostile environments is closely related to the physico-chemical interactions between the surface / subsurface and the environment, and to stress concentrations around microcracks in the material. New nondestructive testing techniques are being developed to characterize these interactions in real environments. Phenomena used in these tests include: Surface phenomena associated with acoustic waves, fractoemission, luminescence, raman scattering, and infrared absorption. Research is under way towards the quantitative application of these test methods to micro and macro engineering systems. |
