JPH0310039A - 高温強度および高温耐食性にすぐれたＮｉ基単結晶超合金 - Google Patents
高温強度および高温耐食性にすぐれたＮｉ基単結晶超合金Info
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- JPH0310039A JPH0310039A JP63226076A JP22607688A JPH0310039A JP H0310039 A JPH0310039 A JP H0310039A JP 63226076 A JP63226076 A JP 63226076A JP 22607688 A JP22607688 A JP 22607688A JP H0310039 A JPH0310039 A JP H0310039A
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Classifications
-
- 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
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-
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
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- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、特にすぐれた高温強度および高温耐食性を
有するＮｉ基単結晶超合金に関するものである。
有するＮｉ基単結晶超合金に関するものである。
従来、例えばガスタービンエンジンの構造部材であるタ
ービンブレードなどの製造にＮｉ基単結晶超合金が用い
られており、またこの種のＮｉ基単結晶超合金としては
、例えば特開昭５８−１４２８４２号公報や特開昭８０
−１５５６３７号公報などに示される各種のＮｉＭ１単
結晶超合金が提案されている。
ービンブレードなどの製造にＮｉ基単結晶超合金が用い
られており、またこの種のＮｉ基単結晶超合金としては
、例えば特開昭５８−１４２８４２号公報や特開昭８０
−１５５６３７号公報などに示される各種のＮｉＭ１単
結晶超合金が提案されている。
このＮｉ基単結晶超合金は、鋳造状態で単結晶組織を有
し、かつ高温耐食性の良好なγ相の素地に、Ｎ ｓ ａ
（ＡＮ 、Ｔｉ）で代表される金属間化合物、すな
わちγ′相が微細均一に分散析出した組織を有するもの
であり、またこれには結晶粒界が存在しないために粒界
偏析がなく、シたがってγ′相の素地への完全固溶を可
能とする高い溶体化処理温度に加熱することができるこ
とから、多結晶合金に比べて微細に析出するγ′相の体
積率を一段と多くすることができ、この結果としてすぐ
れた高温強度を具備するようになるものです。
し、かつ高温耐食性の良好なγ相の素地に、Ｎ ｓ ａ
（ＡＮ 、Ｔｉ）で代表される金属間化合物、すな
わちγ′相が微細均一に分散析出した組織を有するもの
であり、またこれには結晶粒界が存在しないために粒界
偏析がなく、シたがってγ′相の素地への完全固溶を可
能とする高い溶体化処理温度に加熱することができるこ
とから、多結晶合金に比べて微細に析出するγ′相の体
積率を一段と多くすることができ、この結果としてすぐ
れた高温強度を具備するようになるものです。
しかし、近年のガスタービンエンジンなどの高速化およ
び高出力化に伴い、これの構造部材であるタービンブレ
ードなどは、−段と苛酷な条件下での使用を余儀なくさ
れつつあるのが現状であり、したがって、より一層高温
強度および高温耐食性のすぐれたＮｉ基単結晶超合金の
開発が強く望まれている。
び高出力化に伴い、これの構造部材であるタービンブレ
ードなどは、−段と苛酷な条件下での使用を余儀なくさ
れつつあるのが現状であり、したがって、より一層高温
強度および高温耐食性のすぐれたＮｉ基単結晶超合金の
開発が強く望まれている。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、苛酷な
条件下での使用環境に十分耐えることができるＮｉ基単
結晶超合金を開発すべく研究を行なった結果、重量％で
（以下％は重量％を示す）、Ｃｒ ： ９〜ｌ１％、
Ｍｏ ： ０．５〜０．８％、Ｗ：５．５〜８．８
％、Ｔａ：５．２〜８％、ＡｆＩ：５〜Ｂ％、 Ｔｉ
：、８〜２．５％、Ｃｏ ： ４．２〜４．９％、Ｒ
ｅ ： ０．０５〜０．５％、を含有し、さらに必要に
応じて、 Ｓｌ：０．０１〜０，３％、 を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成を有
するＮｉ基単結晶超合金は、−段とすぐれた高温強度お
よび高温耐食性を有し、したがって、これを例えばガス
タービンエンジンのタービンブレードなどとして適用し
た場合、苛酷な使用環境下においても著しく長期に亘っ
てすぐれた性能を発揮するようになるという知見を得た
のである。
条件下での使用環境に十分耐えることができるＮｉ基単
結晶超合金を開発すべく研究を行なった結果、重量％で
（以下％は重量％を示す）、Ｃｒ ： ９〜ｌ１％、
Ｍｏ ： ０．５〜０．８％、Ｗ：５．５〜８．８
％、Ｔａ：５．２〜８％、ＡｆＩ：５〜Ｂ％、 Ｔｉ
：、８〜２．５％、Ｃｏ ： ４．２〜４．９％、Ｒ
ｅ ： ０．０５〜０．５％、を含有し、さらに必要に
応じて、 Ｓｌ：０．０１〜０，３％、 を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成を有
するＮｉ基単結晶超合金は、−段とすぐれた高温強度お
よび高温耐食性を有し、したがって、これを例えばガス
タービンエンジンのタービンブレードなどとして適用し
た場合、苛酷な使用環境下においても著しく長期に亘っ
てすぐれた性能を発揮するようになるという知見を得た
のである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
（ａ） Ｃｒ
Ｃ「成分には、合金の高温耐食性を向上させる作用があ
るが、その含有量が９％未満では所望の高温耐食性を確
保することができず、一方その含有量がｌ１％を越える
と、γ′相の析出が抑制されるようになるばかりでなく
、σ相やμ相などの有害相が板状に生成するようになっ
て、高温強度の低下をきたすようになることから、その
含有量を９〜１１％と定めた。
るが、その含有量が９％未満では所望の高温耐食性を確
保することができず、一方その含有量がｌ１％を越える
と、γ′相の析出が抑制されるようになるばかりでなく
、σ相やμ相などの有害相が板状に生成するようになっ
て、高温強度の低下をきたすようになることから、その
含有量を９〜１１％と定めた。
（ｂ） Ｍ。
Ｍｏ成分には、ＷおよびＴａとの共存において、合金素
地であるγ相の格子定数を適切な値にバランスさせ、こ
れによって安定な微細組織となし、もって高温強度の向
上に寄与せしめる作用があるが、その含有量が０．５％
未満では所望の高温強度が得られず、一方その含有量が
０．８％を越えても高温強度が低下するようになり、か
つ高温耐食性も低下するようになることから、その含有
量を０．５〜０．８％と定めた。
地であるγ相の格子定数を適切な値にバランスさせ、こ
れによって安定な微細組織となし、もって高温強度の向
上に寄与せしめる作用があるが、その含有量が０．５％
未満では所望の高温強度が得られず、一方その含有量が
０．８％を越えても高温強度が低下するようになり、か
つ高温耐食性も低下するようになることから、その含有
量を０．５〜０．８％と定めた。
（ｃ） Ｗ
Ｗ成分には、上記の作用のほか、一部が素地に固溶して
高温強度を向上させる作用があるが、その含有量が５．
５％未満では所望の高温強度が得られず、一方その含有
量が６．８％を越えると高温耐食性が低下するようにな
ることから、その含有量を５．５〜８．８％と定めた。
高温強度を向上させる作用があるが、その含有量が５．
５％未満では所望の高温強度が得られず、一方その含有
量が６．８％を越えると高温耐食性が低下するようにな
ることから、その含有量を５．５〜８．８％と定めた。
（ｄ） Ｔａ
Ｔａ成分には、上記のようにＭｏおよびＷとの共存にお
いて高温強度を向上させるほか、素地に固溶して高温耐
食性を向上させる作用があるが、その含有量が５．２％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が６％を越えるとσ相やμ相が生成するようになっ
て＾湿強度の低下をもたらすことから、その含有量を５
．２〜６％と定めた。
いて高温強度を向上させるほか、素地に固溶して高温耐
食性を向上させる作用があるが、その含有量が５．２％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が６％を越えるとσ相やμ相が生成するようになっ
て＾湿強度の低下をもたらすことから、その含有量を５
．２〜６％と定めた。
（ｅ） ＡＮ
へｐ成分には、ＮｉおよびＴｉと結合して、素地中に微
細均一に分散析出するγ′相、すなわちＮ ｉａ （
ＡＮ 、Ｔｉ）で代表される金属間化合物を、通常体積
率で５０〜６０％の割合で形成し、もって高温強度を向
上させる作用があるが、その含有量が５％未満ではγ′
相の析出割合が不十分なために所望の高温強度を確保す
ることができず、一方その含有量が６％を越えると、共
晶γ′相と呼ばれる粗大なγ′相が多く形成されるよう
になって溶体化処理が不可能となり、高い高温強度を確
保することができなくなることから、その含有量を５〜
６％と定めた。
細均一に分散析出するγ′相、すなわちＮ ｉａ （
ＡＮ 、Ｔｉ）で代表される金属間化合物を、通常体積
率で５０〜６０％の割合で形成し、もって高温強度を向
上させる作用があるが、その含有量が５％未満ではγ′
相の析出割合が不十分なために所望の高温強度を確保す
ることができず、一方その含有量が６％を越えると、共
晶γ′相と呼ばれる粗大なγ′相が多く形成されるよう
になって溶体化処理が不可能となり、高い高温強度を確
保することができなくなることから、その含有量を５〜
６％と定めた。
（５） Ｔｌ
Ｔｌ成分には、上記の通りＮｉおよびＡｌ１と結合して
合金の高温強度を向上させる作用があるが、その含有量
が１４５未満ではγ′相の形成が不十分で所望の高温強
度が得られず、一方その含有量が２．５％を越えると溶
体化処理が不可能となり、微細なγ′相の分散析出をは
かることができず、この結果所望の高温強度を確保する
ことが困難になることから、その含有量を、８〜２．５
％と定めた。
合金の高温強度を向上させる作用があるが、その含有量
が１４５未満ではγ′相の形成が不十分で所望の高温強
度が得られず、一方その含有量が２．５％を越えると溶
体化処理が不可能となり、微細なγ′相の分散析出をは
かることができず、この結果所望の高温強度を確保する
ことが困難になることから、その含有量を、８〜２．５
％と定めた。
（ｇ） Ｃ。
Ｃｏ成分には、溶体化処理温度を低くするほか、高温耐
食性を向上させる作用があるが、その含有量が４．２％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が４．９％を越えるとγ′相の析出が抑制されるよ
うになり、所望の高温強度を確保することができなくな
ることから、その含有量を４，２〜４．９％と定めた。
食性を向上させる作用があるが、その含有量が４．２％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が４．９％を越えるとγ′相の析出が抑制されるよ
うになり、所望の高温強度を確保することができなくな
ることから、その含有量を４，２〜４．９％と定めた。
（ｈ） Ｒｅ
Ｒ（３成分には、高温強度および高温耐食性を一段と向
上させる作用があるが、その含有量が０．０５％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、方０，５％を越え
て含有させると、高温強度に劣化傾向が現われるように
なることから、その含６−Ｗを０，０５〜０．５％と定
めた。
上させる作用があるが、その含有量が０．０５％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、方０，５％を越え
て含有させると、高温強度に劣化傾向が現われるように
なることから、その含６−Ｗを０，０５〜０．５％と定
めた。
（１） ５Ｉ
Ｓｌ成分には、高温耐食性をより一層向上させる作用が
あるので、必要に応じて含有されるが、その含有量が０
．０１％未満では所望の高温耐食性向上効果が得られず
、一方その含有量が０．３％を越えると、高温強度が低
下するようになることから、その含有量を０．０１〜０
．３％と定めた。
あるので、必要に応じて含有されるが、その含有量が０
．０１％未満では所望の高温耐食性向上効果が得られず
、一方その含有量が０．３％を越えると、高温強度が低
下するようになることから、その含有量を０．０１〜０
．３％と定めた。
Ｃ実 施 例〕
つぎに、この発明のＮＩ基単結晶超合金を実施例により
具体的に説明する。
具体的に説明する。
通常の真空溶解炉を用い、それぞれ第１表に示される成
分組成をもった合金溶湯を調製し、ついでこれらの溶湯
を引下げ式単結晶鋳造炉を用いて鋳造して、いずれも単
結晶鋳造組織をもち、かつ幅：１０ｍｍｘ厚ニアｍｍＸ
長さ：９５酎の寸法をもった角状鋳片とし、引続いて、
この鋳片に対して、１２４０〜１２７０℃の範囲内の所
定温度に３０〜３００分間保持後、空冷の溶体化処理を
施した後、９５０〜１０５０℃の範囲内の所定温度に３
〜６時間保持後、空冷の安定化処理を施し、さらに８５
０〜９００℃の範囲内の所定温度に１６〜３２時間保持
後、空冷の時効処理を施すことにより、いずれもγ相の
素地に微細な金属間化合物からなるγ′相が均一に分散
析出した組織を有する本発明Ｎｉ基単結晶超合金（以下
本発明Ｎｉ基合金という）１〜２１を製造した。
分組成をもった合金溶湯を調製し、ついでこれらの溶湯
を引下げ式単結晶鋳造炉を用いて鋳造して、いずれも単
結晶鋳造組織をもち、かつ幅：１０ｍｍｘ厚ニアｍｍＸ
長さ：９５酎の寸法をもった角状鋳片とし、引続いて、
この鋳片に対して、１２４０〜１２７０℃の範囲内の所
定温度に３０〜３００分間保持後、空冷の溶体化処理を
施した後、９５０〜１０５０℃の範囲内の所定温度に３
〜６時間保持後、空冷の安定化処理を施し、さらに８５
０〜９００℃の範囲内の所定温度に１６〜３２時間保持
後、空冷の時効処理を施すことにより、いずれもγ相の
素地に微細な金属間化合物からなるγ′相が均一に分散
析出した組織を有する本発明Ｎｉ基単結晶超合金（以下
本発明Ｎｉ基合金という）１〜２１を製造した。
また、比較の目的で、合金溶湯の成分組成を、それぞれ
第１表に示される成分組成、すなわち構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（第１表に奈印を付したもの）が
この発明の範囲から外れた成分組成とする以外は、同一
の条件で比較Ｎｉ基単結晶超合金（以下比較Ｎｉ基合金
という）１〜１７をそれぞれ製造した。
第１表に示される成分組成、すなわち構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（第１表に奈印を付したもの）が
この発明の範囲から外れた成分組成とする以外は、同一
の条件で比較Ｎｉ基単結晶超合金（以下比較Ｎｉ基合金
という）１〜１７をそれぞれ製造した。
ついで、この結果得られた各種のＮＩＭ合金について、
高温強度を評価する目的で、大気中、温度：９００℃、
荷重：３０ｋｇ／ｍｊの条件で高温クリープラブチャー
試験を行ない、破断寿命、破断伸び、および絞りをΔ−
ｊ定し、また高温耐食性を評価する目的で、７５％Ｎａ
２５ｏ４＋２５％Ｎａ２ＣＯ３の組成を有する温度：９
００℃に加熱の溶融塩＝５０ｇ中に直径：ｌＯｍ＋ｓＸ
高さ：６ｍｍの試験片を１５分間浸漬の条件で溶融塩浸
漬試験を行ない、脱スケール後の重量減量をｎ１定した
。これらの測定結果を第１表に示した。
高温強度を評価する目的で、大気中、温度：９００℃、
荷重：３０ｋｇ／ｍｊの条件で高温クリープラブチャー
試験を行ない、破断寿命、破断伸び、および絞りをΔ−
ｊ定し、また高温耐食性を評価する目的で、７５％Ｎａ
２５ｏ４＋２５％Ｎａ２ＣＯ３の組成を有する温度：９
００℃に加熱の溶融塩＝５０ｇ中に直径：ｌＯｍ＋ｓＸ
高さ：６ｍｍの試験片を１５分間浸漬の条件で溶融塩浸
漬試験を行ない、脱スケール後の重量減量をｎ１定した
。これらの測定結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明Ｎｉ基合金１〜２１
は、いずれもすぐれた高温強度と高温耐食性を示すのに
対して、比較Ｎｉ基合金１〜１７に見られるように構成
成分のうちのいずれかの成分含有量でもこの発明の範囲
から外れると高温強度および高温耐食性のうちの少なく
ともいずれかの性質が劣ったものになることが明らかで
ある。
は、いずれもすぐれた高温強度と高温耐食性を示すのに
対して、比較Ｎｉ基合金１〜１７に見られるように構成
成分のうちのいずれかの成分含有量でもこの発明の範囲
から外れると高温強度および高温耐食性のうちの少なく
ともいずれかの性質が劣ったものになることが明らかで
ある。
上述のように、この発明のＮｉ基単結晶超合金は、−段
とすぐれた高温強度および高温耐食性を有するので、苛
酷な条件下での実用を余儀なくされつつある、例えばガ
スタービンエンジンのタービンブレードなどとして用い
た場合にすぐれた性能を長期に互って発揮するのである
。
とすぐれた高温強度および高温耐食性を有するので、苛
酷な条件下での実用を余儀なくされつつある、例えばガ
スタービンエンジンのタービンブレードなどとして用い
た場合にすぐれた性能を長期に互って発揮するのである
。
Claims (2)
- （１）Ｃｒ：９〜１１％、Ｍｏ：０．５〜０．８％、Ｗ
：５．５〜６．８％、Ｔａ：５．２〜６％、Ａｌ：５〜
６％、Ｔｉ：１．８〜２．５％、Ｃｏ：４．２〜４．９
％、Ｒｅ：０．０５〜０．５％、を含有し、残りがＮｉ
と不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有するこ
とを特徴とする高温強度および高温耐食性にすぐれたＮ
ｉ基単結晶超合金。 - （２）Ｃｒ：９〜１１％、Ｍｏ：０．５〜０．８％、Ｗ
：５．５〜６．８％、Ｔａ：５．２〜６％、Ａｌ：５〜
６％、Ｔｉ：１．８〜２．５％、Ｃｏ：４．２〜４．９
％、Ｒｅ：０．０５〜０．５％、を含有し、さらに、 Ｓｉ：０．０１〜０．３％、 を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成（以
上重量％）を有することを特徴とする高温強度および高
温耐食性にすぐれたＮｉ基単結晶超合金。
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