d電子合金理論に基づく遷移金属基合金の統一設計システムの構築

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03402046
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 村田 純教 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (10144213)
• 研究分担者: 井上 聡 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (90168443) ; 江崎 尚和 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (80160357) ; 川上 正博 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (30016597) ; 森永 正彦 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (50126950)
• キーワード: d電子 / 遷移金属 / 合金設計 / 原子力材料 / 超合金 / 耐熱合金

研究概要

前年度までに、分子軌道法(DV-Xαクラスター法)を適用し、合金中のd電子のふるまいを基にした2つの合金パラメータ、MdとBo、によって、合金の組織状態や各種物性の予測が可能であることを見いだした。今年度はそれらの成果を基に、主な遷移金属基合金であるNi,Fe,Zr,Mo,Nb合金やその金属間化合物について、それらのパラメータを用いて、相安定性、機械的特性などに関するデータの評価を行うとともに各合金の設計法を得た。以下にそれらを要約する。
(1)Ni基超合金では、合金の平均組成から、合金の強化相として重要であるγ'相(Ni_3Al型相)の体積率とその組成を算出する方法を確立した。これは、その体積率が2つの合金パラメータを成分とする合金ベクトルで定量的に表されることに基づいている。この方法で実際にジェットエンジンや発電用ガスタービンに用いる超合金の設計を行った。(2)Fe基合金では、蒸気タービンやボイラー用フェライト鋼の高温強度をBoを用いて予測する方法を確立した。高速増殖炉用オーステナイト合金についは、合金パラメータにより相安定性、耐中性子照射性および中性子吸収断面積を予測し、それらを考慮して高温強度に優れた鋼を設計する方法を確立した。これらフェライト鋼とオーステナイト鋼についても、その方法を用いて実際に設計を行った。(3)原子炉に用いられるZr基合金については、中性子吸収断面積を考慮しつつ、スペーサー材として、ばね特性と高温水中での腐食特性を合金パラメーターで関連づけ、設計の指針を得た。(4)Mo基,Nb基合金では、室温および高温の硬度と三点曲げ試験の結果が合金パラメータと相関があることに基づき、実用化に向けて重要な延性と加工性を合金パラメータにより予測する方法を示した。

研究成果

• [文献書誌] 宮崎,村田,森永: "Ni_3Al(γ'相)におけるReの占有サイトとNi-Al-Re三元素のγ-γ'相平衡" 鉄と鋼. 80. 73-77 (1994)
• [文献書誌] 宮崎,村田,森永: "Ni-Al-Re-X(X:Cr,Mo,W,Ti,Ta,Nb,Co)四元系合金におけるReのγとγ'相ヘの分配比" 鉄と鋼. 80. 78-83 (1994)
• [文献書誌] Y.Murata,M.Morinaga,Y.Shimamura et al.: "Mechanical Properties and Oxidation Resistance of High Purity TiAl Intermetallic Compounds" Proc.of the International Symposium on Structural Intermetallics. 247-256 (1993)
• [文献書誌] M.Morinaga et al.: "Electronic Structures of Ni_3Al and the Other A15-Type Compounds" Proc.of the 3rd Japan International SAMPE Symposium. 1377-1382 (1993)
• [文献書誌] J.Saito,Y.Takagi,M.Morinaga,Y.Murata: "Crystal Structure Maps for Aluminides and Silicides Containing Transition Metals" Proc.of the 3rd Japan International SAMPE Symposium. 1252-1257 (1993)
• [文献書誌] Y.Murata,M.Morinaga,Y.Shimamura: "High Purity Effect on the Mechanical Properties and the Oxidation Resistance of FeAl and TiAl Intermetallic Compounds" Proc.of the 3rd Japan International SAMPE Symposium. 1481-1486 (1993)
• [文献書誌] Y.Murata,T.Higuchi,M.Morinaga: "Oxidation Resistance of Ti_5Si_3 and(Ti,M)_5Si_3,(M:Nb,V)Intermetallic Compounds" Proc.of the 3rd IUMRS International Conference on Advanced Materials. (in press). (1993)
• [文献書誌] J.Saito,H.Ezaki,M.Morinaga,Y.Murata: "Alloying Effect on the Electronic Structure of FeAl and NiAl Compounds" Proc.of the International Conf.on Computer-assisted Materials Design and Process Simulation. 255-260 (1993)