JP5645054B2 - アニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金と耐熱超合金部材 - Google Patents
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Description
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、主には耐熱特性が大きく改善された、アニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金を提供することを課題としている。
すなわち、本発明のアニールツインを含有するニッケル基耐熱超合金は、質量%で、クロムを1.0%以上30.0%以下、コバルトを19.5%以上50.0%以下、チタンを5.1%以上15.0%以下、アルミニウムを0.2%以上7%以下含み、残部がニッケルであるニッケル基耐熱超合金であって、アニーリングツインの長さの合計が、断面積104μm2当たり500μm以上であることを特徴とする。
本発明のアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金は、各種の一般的な方法を適用することによって製造することができる。たとえば、所定の化学組成となるように高品質の各種の金属原料を高周波真空溶解し、真空鋳造してインゴットを作製する。このインゴットを繰り返し鍛造して均一な微細組織を有する合金を作製し、最後に所定の形状に型鍛造してビレットとする。または、上記インゴットを溶融し、不活性ガス雰囲気中でアトマイズして合金粉末を作製後、この合金粉末を真空中で圧密化し、鍛造してビレットを作製する。これらのビレットを適切な条件でアニーリングすることによって、アニーリングツインを含有するミクロ組織を持ったニッケル基耐熱超合金を作製することができる。アニーリング処理の条件は、化学組成などによって異なるが、一般的には、600〜800℃で10〜30時間が例示される。また、アニーリング処理は、1回のみばかりではなく、2回以上の多段処理とすることができる。さらに、アニーリング処理に先立って、900〜1200℃で1〜10時間の溶体化処理を行い、結晶粒径が十分微細で均質なミクロ組織の形成などを促進させることもできる。
ただし、高温圧縮試験結果に基づく限りでは、コバルトを、55.0質量%を超えて含有するニッケル基耐熱超合金は、750℃までの強度が低下する傾向にあるので、一般的には、コバルトの含有量の上限は、55.0質量%である。また、コバルトの含有量は、22.0質量%以上35.0質量%以下としても、また、23.1質量%以上35.0質量%以下とすることもできる。
すなわち、0.17×(コバルトの質量%−23)+3以上、
0.17×(コバルトの質量%−20)+7以下。
ただし、チタンの含有量が15.0質量%を超えると、有害相であるη相の生成などが顕著になることも多いので、チタンの含有量の上限は、15.0質量%とする。好ましくは、チタンの含有量は、5.1質量%以上15.0質量%以下、より好ましくは、5.3質量%以上11.0質量%以下、さらに好ましくは、5.3質量%以上10.0質量%以下である。
また、本発明のアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金は、以下の元素を添加成分として含有することもできる。
モリブデンは、主としてγ相を強化させ、クリープ特性を改善するという効果がある。モリブデンは、密度の高い元素であるため、その含有量があまり多くなると、ニッケル基耐熱超合金の密度が増加するので、実用上好ましくない。通常、モリブデンの含有量は、5.0質量%以下、好ましくは、0.1質量%以上4.0質量%未満である。
図1は、クリープ試験前の合金1および4のTEM写真を示したものである。図1(a)および図1(c)は、bright field imageを、図1(b)および図1(d)は、二次的なγ’相のdark field imageを示している。
合金1および合金4の粒子径はいずれも10μm前後であり、γ’相の濃度も45%程度であった。また、図1(b)と図1(d)に示される二次的なγ’相は、ほぼ均一かつ約100nmのサイズであった。
以上の組織観察において、2つの合金に顕著な違いは認められなかった。
図5(a)は、ディスロケーション部位(B)が、アニーリングツイン(A)を貫通することができずに、ディスロケーションの動きが隣接するアニーリングツインによって阻止されている状態を示している。また、図5(b)と図5(c)は、いずれも、アニーリングツイン(A)がディフォメイションツイン(C)の動きを遮断している状態を示している。このように、アニーリングツインをニッケル基耐熱超合金のミクロ組織内に数多く存在させることによって、アニーリングツインが、ディスロケーションの動き、そして、ディフォメーションツインの動きを遮断し、高温下における優れた耐熱特性が達成されることを示唆している。
疲れ亀裂成長速度(FCGR)の測定に用いた試験片の形状および寸法はASTM規格E647-81 (1981)に準拠した。試験条件は、高温大気中、応力比(最小応力/最大応力) 0.05、荷重波形三角波、繰り返し周波数2Hzとした。
Claims (6)
- 質量%で、クロムを1.0%以上30.0%以下、コバルトを19.5%以上50.0%以下、チタンを5.1%以上15.0%以下、アルミニウムを0.2%以上7%以下含み、
残部がニッケルであるニッケル基耐熱超合金であって、アニーリングツインの長さの合計が、断面積104μm2当たり500μm以上であることを特徴とするアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金。 - ミクロ組織の平均結晶粒度が1μm以上60μm未満であることを特徴とする請求項1に記載のアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金。
- 質量%で、チタンを5.3%以上10.0%以下含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金。
- さらに、5.0質量%以下のモリブデン、7.0質量%以下のタングステン、5.0質量%以下のニオブの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金。
- さらに、0.01質量%以上0.2質量%以下のジルコニウム、0.01質量%以上0.15質量%以下の炭素、0.005質量%以上0.1質量%以下のホウ素の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載のアニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金から、鋳造、鍛造または粉末冶金の少なくとも一つの方法により製造されたものであることを特徴とする耐熱超合金部材。
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