JP2017507033A - 超合金溶融溶接用析出強化型ニッケル系溶接材料 - Google Patents
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- C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Abstract
Description
AMS:米国航空宇宙材料仕様書(規格)
ASTM:米国材料試験協会(規格)
AWS:米国溶接協会(規格)
HAZ:熱影響部
HPT:高圧タービン
IGT:産業用ガスタービンエンジン
LPT:ノズル案内翼
NDT:非破壊検査
NGV:ノズル案内翼
OEM:原機製造方式
PWHT:溶接後熱処理
UNS:統一番号システムは、北米で広く受容されている合金表示システムである。
UTS:最終引張強度
合金:2つ以上の材料の混合物からなる金属化合物。
オーステナイト:面心立方構造内の1つ又は複数の元素の固溶体。
基材金属又は基材:1つに溶接されて接合部を形成する2つ以上の金属のうちの1つ。
ホウ化物:2つの元素からなり、これら2つの元素のうちホウ素がより電気的に陰性である、化合物。ホウ素は金属元素及び非金属元素とホウ化物を形成する。
炭化物:炭素及び炭素よりも電気的に陰性である元素からなる化合物。炭素は金属(例えばクロム、ニオブ、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン及びIVB、VB、VIB群のその他の金属)並びに非金属(例えばホウ素、カルシウム又はケイ素)と炭化物を形成できる。金属炭化物は、その極めて高い硬度及び高温に対する耐性を特徴とする。
クラッディング:耐摩耗性及び/若しくは耐食性若しくは他の特性の改善を目的とした、並びに/又は基材への溶け込みを最小としながら部品を所望の寸法に復元するための、溶接材料及び/又は複合溶接粉体の比較的厚い層(>0.5mm(0.02インチ))の塗布プロセス。
冷間圧延:合金の再結晶温度未満の温度で実行されるプロセス。
冷間加工:実質的に再結晶点未満の温度での金属の成形。冷間加工は強度及び硬度を付加する。
割れ:鋭い先端及び幅に対する長さの高い比(通常3超)を特徴とする、欠損型の不連続。
割れ形成:溶接プールの固化中又は固化完了後に溶接部で成長する破損
クリープ(特性):固体材料が、応力の影響下でゆっくり移動するか又は恒常的に変形する傾向。
クリープ及び破断試験:ASTM E139に従って、一定の温度に維持された引張試験片に対して一定の付加を印加することによって実行される試験。破断試験はクリープ試験と同様の様式で、ただしより高い応力レベルで、試験片が破壊されるまで実行され、破損時点を測定する。所定の負荷における破壊前の時間を用いて、材料の破断特性を決定する。
希釈:溶接ビード中の基材又は溶接前金属の百分率によって測定される、溶接ビード中の基材又は溶接前金属の混合によって発生した溶接材料の化学的組成の変化。
不連続:基材金属又は溶接金属の機械的、冶金的又は物理的特性の均質性の損失といった、溶接金属の典型的構造の中断。
展性:金属及び合金の、破壊することなく牽引、引き伸ばし又は成形できる能力。
押出:単一のダイ又は複数の一連のダイを通して棒材を押し込むことによる成形プロセス。
亀裂:破損表面のごくわずかな分離(開口変位)を伴う小さな割れ状の不連続。大型(macro)又は微小(micro)という接頭辞は相対的なサイズを表す。
溶融溶接:溶接部を形成するために基材金属の溶融を使用する溶接プロセス。
ガンマ(γ)相:連続マトリクス(ガンマと呼ばれる)は、Co、Cr、Mo、W等の固溶体元素を高い割合で含有するのが普通である面心立方(fcc)構造ニッケル系オーステナイト相である。
ガンマプライム(γ’)相:ニッケル系超合金の一次強化相は、オーステナイトγマトリクス中に凝集して析出する、ニッケル及びアルミニウム又はチタンからなる化合物であるNi3Al又はNi3Tiである。
ガス噴霧法:オリフィスを通して溶融金属流を押し出し、これを不活性ガス噴射によって噴霧して微細な金属滴とし、その後急速に冷却することによって、高品質金属粉体を製作するためのプロセス。
ガスタングステンアーク溶接(GTAW):AWSの定義によると、これはタングステン(非消耗)電極と基材としても公知である加工対象物との間で金属を加熱することによって、金属のコアレッセンスを製造する、アーク溶接プロセスである。ガス又はガス混合物からの遮蔽が得られる。圧力を使用してもしなくてもよく、また溶加材を使用してもしなくてもよい。
硬度:金属及び合金の、圧入、貫入及び引っ掻きに対して抵抗する能力。
溶接熱影響部(HAZ)−まだ融解していないが、溶接の熱によって機械的特性又は微小構造が変化している基材の部分。
熱処理:材料の構造を変化させ、材料の物理的及び機械的特性を変化させるために使用される、制御された加熱及び冷却プロセス。
熱間圧延:合金の再結晶温度を超える温度で実行されるプロセス。
誘導溶融:渦電流としても公知である誘導電流によって金属及び合金を加熱して溶融するプロセス。
反比例:ある数が減少するにつれて別の数が増加する、又はある数が増加するにつれて別の数が減少する関係。反比例は正比例の逆である。
レーザビーム溶接及びクラッディング(LBW):AWSの定義によると、これは
接合部又は基材に衝突する集束したコヒーレント光の適用によって得られる熱により、材料のコアレッセンスを製造する、溶接プロセスである。
線形不連続:長さと幅との比が3:1以上の溶接部欠陥。
液化割れ:低融点粒界構成要素の溶融によって引き起こされる、固化中に発生する溶接部の割れ。
マルチパスクラッディング及び溶接:2つ以上のパスによって形成される溶接部。
ニッケル系超合金:ニッケルの含有量が他の合金形成元素の含有量を超える材料。
プラズマアーク溶接(PAW):AWSの定義によると、これは、拘束アークを用いて電極と加工対象物(基材)との間(変換アークとしても公知)又は電極と拘束ノズルとの間(非変換アークとしても公知)で金属を加熱することによって金属のコアレッセンスを製造する、アーク溶接プロセスである。
析出熱処理又は硬化:特定の元素が析出する温度まで合金を加熱し、より硬い構造を形成し、その後ある速度で冷却して元の構造に戻るのを防止するプロセス。
再結晶化:通常は熱処理中の粒子成長によって発生する既存の粒子構造からの、新規の緊張のない粒子構造の形成。
再結晶温度:既存の粒子構造の再結晶化が特定の時間内に起こるおおよその温度。
圧延:複数の機械的に駆動されているローラに金属の素材を通すプロセス。
破断強度:破断時に材料中に発現する公称応力であり、これは最終強度とは必ずしも一致しない。
固化収縮:固化中の金属の容積収縮。
溶体化熱処理:1つ又は複数の合金形成元素を固溶体に溶解できる期間に亘って、合金を特定の温度まで加熱し、その後迅速に冷却するために使用される、熱処理方法。
超合金:高温での実使用のための酸化耐性及び機械的特性を有する、金属材料。
最終引張強度(UTS):材料を破断させるのに必要な長手方向応力の最小量によって測定された、長手方向応力に対する材料の耐性。
溶接及びクラッドビード:圧力を印加しながら若しくは印加せずに材料を溶接温度まで加熱することによって、又は溶接材料を使用して若しくは使用せずに圧力のみを印加することによって製造される、金属又は非金属の局所的なコアレッセンス。
溶接部欠陥:それ自体によって、又は影響の集積によって、部品又は製品が、最低限の適用可能な合格基準又は仕様を満たすことができなくなるような不連続。
溶接パス:接合部、溶着物又は基板に沿った溶接又はクラッディング作業の単一の進行。パスの結果として溶接ビード、層又は噴霧溶着物が得られる。
溶接プール:溶接部の溶融金属の、溶接材料として固化する前の局所的な容積。
溶接:溶接部を作製において使用される、材料接合プロセス。
溶接材料:溶接接合部、ろう付け接合部又はハンダ付け接合部の作製のために添加される材料。
溶接粉体:溶接接合部又はクラッド溶接部の作製において添加される、粉体状の溶接材料。
溶接ワイヤ:溶接接合部又はクラッド溶接部の作製において添加される、ワイヤ状の溶接材料。
降伏強度:金属の、恒久的に変形することなく漸進的な力に耐えることができる能力。
手順に供する。
溶接実験1〜16を実施して、開発された溶接材料の、航空機用エンジン及びIGTエンジンのHPT羽根の補修に関する産業利用可能性を実証するために、表1に示す好ましい実施形態による化学的組成を有する溶接ワイヤ及び粉体を公知の方法を用いて製作した。
1.環境温度における、インコネル738、GTD111、MarM247、Rene77、MarM002等の析出強化型超合金上の、割れのない溶接部。
2.CMSX−4、ReneN5及びその他の単結晶材料の再結晶化及び割れの排除。
3.最低25KSIの、1800°Fにおける0.2%オフセット降伏強度と、最低10時間の、1800°Fにおける15KSIの応力への耐性との達成。
4.1825±15°Fでの最短500時間の試験中における、Rene80を上回る酸化耐性の生成。
AMS:米国航空宇宙材料仕様書(規格)
ASTM:米国材料試験協会(規格)
AWS:米国溶接協会(規格)
HAZ:熱影響部
HPT:高圧タービン
IGT:産業用ガスタービンエンジン
LPT:低圧タービン
NDT:非破壊検査
NGV:ノズル案内翼
OEM:原機製造方式
PWHT:溶接後熱処理
UNS:統一番号システムは、北米で広く受容されている合金表示システムである。
UTS:最終引張強度
Claims (7)
- 以下の元素:
コバルト:約5〜15重量%
クロム:約5〜25重量%
アルミニウム:約1〜6重量%
炭素:約0.05〜0.2重量%
ホウ素:約0.015〜0.4重量%
ケイ素:約1〜3重量%
タングステン及びモリブデンから選択された元素:約1〜20重量%
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、レニウムから選択された元素:約1〜18重量%
不純物を含むニッケル:残部
からなる超合金溶融溶接用析出強化型ニッケル系溶接材料。 - 以下の元素:
コバルト:約8〜10重量%
クロム:約14〜18重量%
モリブデン:約3〜5重量%
タングステン:約3〜5重量%
チタン:約3〜6重量%
ジルコニウム:約0.04〜0.06重量%
アルミニウム:約2〜4重量%
ホウ素:約0.1〜0.35重量%
ケイ素:約1〜3重量%
不純物を含むニッケル:残部
からなる超合金溶融溶接用析出強化型ニッケル系溶接材料。 - 以下の元素:
コバルト:約11〜13重量%
クロム:約6〜8重量%
モリブデン:約1〜3重量%
タングステン:約4〜6重量%
ジルコニウム:約0.01〜0.03重量%
アルミニウム:約5〜7重量%
炭素:約0.1〜0.15重量%
レニウム:約1〜3重量%
タンタル:約5〜7重量%
ホウ素:約0.015〜0.3重量%
ケイ素:約1.2〜1.8重量%
不純物を含むニッケル:残部
からなる超合金溶融溶接用析出強化型ニッケル系溶接材料。 - ケイ素の含有量が約1重量%から約3重量%に上昇するにつれて、ホウ素の含有量は約0.4重量%から約0.1重量%へと比例して減少し、これによりホウ素及びケイ素の合計含有量は約1.4重量%〜約3.1重量%となる、請求項1に記載の析出強化型ニッケル系溶接材料。
- 請求項1に記載の超合金溶融溶接用析出強化型ニッケル系溶接材料からなる溶接粉体。
- 請求項1に記載の超合金溶融溶接用析出強化型ニッケル系溶接材料からなる溶接ワイヤ。
- 請求項1に記載の超合金溶融溶接用析出強化型ニッケル系溶接材料からなるタービンエンジン構成部品の補修箇所。
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