JPH04246149A - 酸化物分散強化型Ｎｂ基合金およびその製造方法 - Google Patents
酸化物分散強化型Ｎｂ基合金およびその製造方法Info
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- JPH04246149A JPH04246149A JP3011185A JP1118591A JPH04246149A JP H04246149 A JPH04246149 A JP H04246149A JP 3011185 A JP3011185 A JP 3011185A JP 1118591 A JP1118591 A JP 1118591A JP H04246149 A JPH04246149 A JP H04246149A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
-
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/059—Making alloys comprising less than 5% by weight of dispersed reinforcing phases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
- C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
- C22C32/0031—Matrix based on refractory metals, W, Mo, Nb, Hf, Ta, Zr, Ti, V or alloys thereof
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高い耐酸化性と高い耐
熱性とを兼ねそなえた、酸化物分散強化型のＮｂ基合金
に関する。
熱性とを兼ねそなえた、酸化物分散強化型のＮｂ基合金
に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｂは高融点金属のひとつであって（ｍ
．ｐ．２４６７℃）、１４００℃以上の高温で使用する
部材には、しばしばＮｂ基合金が用いられる。 とこ
ろが、高温度で高い強度を示すＮｂ基合金は耐酸化性が
低く、酸化性雰囲気中では使用に耐えない。 耐酸化
性を高めたＮｂ基合金も開発されつつあるが、既存のも
のは高温で強度が低く、構造部材としては不満足である
。
．ｐ．２４６７℃）、１４００℃以上の高温で使用する
部材には、しばしばＮｂ基合金が用いられる。 とこ
ろが、高温度で高い強度を示すＮｂ基合金は耐酸化性が
低く、酸化性雰囲気中では使用に耐えない。 耐酸化
性を高めたＮｂ基合金も開発されつつあるが、既存のも
のは高温で強度が低く、構造部材としては不満足である
。
【０００３】対策として試みられている手段は、上記し
たうち前者の高温で高強度を示すＮｂ基合金で部材をつ
くり、その表面を耐酸化性のある粉末でコーティングす
ることである。 しかし、使用中にこのコーティング
にクラックが入ったり、摺動する場合には摩耗するとか
、何らかの理由で耐酸化コーティングの機能が失なわれ
ると、その下のＮｂ基合金に破滅的な損耗を生じて危険
である。
たうち前者の高温で高強度を示すＮｂ基合金で部材をつ
くり、その表面を耐酸化性のある粉末でコーティングす
ることである。 しかし、使用中にこのコーティング
にクラックが入ったり、摺動する場合には摩耗するとか
、何らかの理由で耐酸化コーティングの機能が失なわれ
ると、その下のＮｂ基合金に破滅的な損耗を生じて危険
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題を解決して、高温において高い強度を有し、しか
も酸化性雰囲気の下でも容易に酸化されることのないＮ
ｂ基合金を提供することにある。 そのようなＮｂ基
合金の部材の製造方法を提供することもまた、本発明の
目的に包含される。
の問題を解決して、高温において高い強度を有し、しか
も酸化性雰囲気の下でも容易に酸化されることのないＮ
ｂ基合金を提供することにある。 そのようなＮｂ基
合金の部材の製造方法を提供することもまた、本発明の
目的に包含される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の耐酸化性および
耐熱性にすぐれた酸化物分散強化型Ｎｂ基合金の第一の
態様は、Ａｌ：１２〜３５％、Ｔｉ：７〜２８％、Ｃｒ
：２〜１０％およびＶ：２〜１０％を含有し、残部が実
質上Ｎｂである合金中に、Ｙ２Ｏ３を０．１〜２％分散
させてなる。
耐熱性にすぐれた酸化物分散強化型Ｎｂ基合金の第一の
態様は、Ａｌ：１２〜３５％、Ｔｉ：７〜２８％、Ｃｒ
：２〜１０％およびＶ：２〜１０％を含有し、残部が実
質上Ｎｂである合金中に、Ｙ２Ｏ３を０．１〜２％分散
させてなる。
【０００６】第二の態様は、Ａｌ：１０〜３５％、Ｃｒ
：１５〜３５％およびＣｏ：１０〜２５％を含有し、残
部が実質上Ｎｂである合金中に、Ｙ２Ｏ３を０．１〜２
％分散させてなる。
：１５〜３５％およびＣｏ：１０〜２５％を含有し、残
部が実質上Ｎｂである合金中に、Ｙ２Ｏ３を０．１〜２
％分散させてなる。
【０００７】本発明の耐酸化性および耐熱性にすぐれた
酸化物分散強化型Ｎｂ基合金の製造方法は、上記いずれ
かの態様の合金組成を与える金属または合金に、Ｙ２Ｏ
３を混合し、混合物をメカニカル・アロイイング法によ
り処理して、得られた合金粉末を熱間で加工して所望の
部品形状にすることからなる。
酸化物分散強化型Ｎｂ基合金の製造方法は、上記いずれ
かの態様の合金組成を与える金属または合金に、Ｙ２Ｏ
３を混合し、混合物をメカニカル・アロイイング法によ
り処理して、得られた合金粉末を熱間で加工して所望の
部品形状にすることからなる。
【０００８】メカニカル・アロイイング法は、合金成分
となる純金属または合金の粒子と、イットリアＹ２Ｏ３
のような高融点の酸化物の微結晶とを、ボールミルたと
えば高運動エネルギー型ボールミルに入れて、粉砕とそ
れに伴う溶接を繰り返し行なうことによって、各成分の
微細粉末の緊密で均一な混合物からなる粒状の製品を得
る技術である。
となる純金属または合金の粒子と、イットリアＹ２Ｏ３
のような高融点の酸化物の微結晶とを、ボールミルたと
えば高運動エネルギー型ボールミルに入れて、粉砕とそ
れに伴う溶接を繰り返し行なうことによって、各成分の
微細粉末の緊密で均一な混合物からなる粒状の製品を得
る技術である。
【０００９】続く熱間加工の技術としては、ＨＩＰ（熱
間静水圧プレス）、熱間押出、真空ホットプレスおよび
それらに鍛造を組み合わせた方法がある。
間静水圧プレス）、熱間押出、真空ホットプレスおよび
それらに鍛造を組み合わせた方法がある。
【００１０】
【作用】耐酸化性および耐熱性のすぐれた酸化物分散強
化型Ｎｂ基合金において、合金組成を前記のように限定
した理由は、つぎのとおりである。
化型Ｎｂ基合金において、合金組成を前記のように限定
した理由は、つぎのとおりである。
【００１１】Ａｌ：１２〜３５％
Ｎｂ基合金の耐酸化性の向上のため、本発明ではＡｌ２
Ｏ３の被膜による保護作用を利用する。 製品の表面
に、ち密で均質なＡｌ２Ｏ３の被膜を形成するには、少
なくとも１２％のＡｌが必要である。 しかし、Ａｌ
量の増大は融点を低下させるから、耐熱性を確保するた
めに３５％以下の添加に止める。
Ｏ３の被膜による保護作用を利用する。 製品の表面
に、ち密で均質なＡｌ２Ｏ３の被膜を形成するには、少
なくとも１２％のＡｌが必要である。 しかし、Ａｌ
量の増大は融点を低下させるから、耐熱性を確保するた
めに３５％以下の添加に止める。
【００１２】Ｔｉ：７〜２８％、Ｃｒ：２〜１０％、Ｖ
：２〜１０％ 第一の態様で使用するこれらの成分は、合金中の酸素イ
オンの拡散係数を減少させ、それによってＡｌ２Ｏ３の
被膜の形成に必要な臨界Ａｌ量を低くすることができる
。 酸素イオンの拡散速度が大であると、製品部材の表
面から侵入した酸素が速やかに内部に拡散してしまい、
表面にＡｌ２Ｏ３の被膜を形成するという意図が達成で
きなくなり、表面の金属成分が酸化して、生成した酸化
物が剥離するという不都合が起る。 上述のように、
Ａｌの添加は合金の融点を低下させるから、なるべく少
量のＡｌで効果的にＡｌ２Ｏ３を生成させなければなら
ない。 この効果は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖの量が上記の下
限値以上でないと、不十分である。 一方、各成分と
も多量の添加は合金の融点を低下させる。
：２〜１０％ 第一の態様で使用するこれらの成分は、合金中の酸素イ
オンの拡散係数を減少させ、それによってＡｌ２Ｏ３の
被膜の形成に必要な臨界Ａｌ量を低くすることができる
。 酸素イオンの拡散速度が大であると、製品部材の表
面から侵入した酸素が速やかに内部に拡散してしまい、
表面にＡｌ２Ｏ３の被膜を形成するという意図が達成で
きなくなり、表面の金属成分が酸化して、生成した酸化
物が剥離するという不都合が起る。 上述のように、
Ａｌの添加は合金の融点を低下させるから、なるべく少
量のＡｌで効果的にＡｌ２Ｏ３を生成させなければなら
ない。 この効果は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖの量が上記の下
限値以上でないと、不十分である。 一方、各成分と
も多量の添加は合金の融点を低下させる。
【００１３】Ｃｒ：１５〜３５％、Ｃｏ：１０〜２５％
第二の態様で使用するこれらの成分は、第一の態様にお
けるＴｉ，Ｃｒ，Ｖと同様に、合金中の酸素イオンの拡
散速度係数を低下させる。 適量のＣｏは、高温強度
の向上にも役立つ。 組成の限定理由は、第一の態様
と同じである。
第二の態様で使用するこれらの成分は、第一の態様にお
けるＴｉ，Ｃｒ，Ｖと同様に、合金中の酸素イオンの拡
散速度係数を低下させる。 適量のＣｏは、高温強度
の向上にも役立つ。 組成の限定理由は、第一の態様
と同じである。
【００１４】Ｙ２Ｏ３：０．１〜２％
いうまでもなく、Ｎｂ基合金中に分散してその高温強度
を高める。 この効果は０．１％以上の添加で得られ
、１％程度から鈍化し、２％でほぼ飽和する。
を高める。 この効果は０．１％以上の添加で得られ
、１％程度から鈍化し、２％でほぼ飽和する。
【００１５】前記のメカニカル・アロイイング法は、Ｙ
２Ｏ３をＮｂ基合金のマトリクス中に均一に分散させる
のに効果的であって、それにより部材表面においてＡｌ
２Ｏ３は楔状に食い込んだ形で生成するから、被膜は表
面に強固に結合して存在する。
２Ｏ３をＮｂ基合金のマトリクス中に均一に分散させる
のに効果的であって、それにより部材表面においてＡｌ
２Ｏ３は楔状に食い込んだ形で生成するから、被膜は表
面に強固に結合して存在する。
【００１６】
【実施例】［実施例１］下記の成分（重量％、残部Ｎｂ
）のＮｂ基合金を、メカニカル・アロイイング法（本発
明）および溶製法（比較例）により製造した。 Ａｌ
Ｃｒ Ｖ Ｔｉ
Ｙ２Ｏ３ 本発明 ２２．２
３．１ ４．０ ２３．４
０．６ 比較例 ２２．１ ３
．０ ４．０ ２３．５ −
この供試材を対象に、つぎの試験を行なった。 （クリープ・ラプチャー試験） １５００℃、応力１
０．５ｋｇｆ ／ｍｍ２（耐酸化試験） １３００℃
、大気中それらの結果は、下記のとおりである。 破断寿命
酸化減量（ｍｇ／ｃｍ２ ）
（ｈｒｓ）
（５０ｈｒｓ） （１００ｈｒｓ） （５００ｈｒ
ｓ） 本発明 ８５
５ １２
１５ 比較例 ８
５０ １５３
４２５［実施例２］下記の成分（同上）のＮ
ｂ基合金を、実施例１と同様に、メカニカル・アロイイ
ング法（本発明）および溶製法（比較例）により製造し
、同様に高温クリープ強度および耐酸化性を評価した。
）のＮｂ基合金を、メカニカル・アロイイング法（本発
明）および溶製法（比較例）により製造した。 Ａｌ
Ｃｒ Ｖ Ｔｉ
Ｙ２Ｏ３ 本発明 ２２．２
３．１ ４．０ ２３．４
０．６ 比較例 ２２．１ ３
．０ ４．０ ２３．５ −
この供試材を対象に、つぎの試験を行なった。 （クリープ・ラプチャー試験） １５００℃、応力１
０．５ｋｇｆ ／ｍｍ２（耐酸化試験） １３００℃
、大気中それらの結果は、下記のとおりである。 破断寿命
酸化減量（ｍｇ／ｃｍ２ ）
（ｈｒｓ）
（５０ｈｒｓ） （１００ｈｒｓ） （５００ｈｒ
ｓ） 本発明 ８５
５ １２
１５ 比較例 ８
５０ １５３
４２５［実施例２］下記の成分（同上）のＮ
ｂ基合金を、実施例１と同様に、メカニカル・アロイイ
ング法（本発明）および溶製法（比較例）により製造し
、同様に高温クリープ強度および耐酸化性を評価した。
【００１７】
Ａｌ
Ｃｒ Ｃｏ Ｙ２
Ｏ３ 本発明 １０．０ １９
．３ １５．２ ０．６ 比較
例 １０．２ １９．３ １５
．３ −試験結果は、つぎのとおりであ
る。 破断寿命
酸化減量（ｍｇ／ｃｍ２ ）
（ｈｒｓ） （５
０ｈｒｓ） （１００ｈｒｓ） （５００ｈｒｓ）
本発明 ８３
８ １８
２４ 比較例 ５
５７ １６７
４７８
Ｃｒ Ｃｏ Ｙ２
Ｏ３ 本発明 １０．０ １９
．３ １５．２ ０．６ 比較
例 １０．２ １９．３ １５
．３ −試験結果は、つぎのとおりであ
る。 破断寿命
酸化減量（ｍｇ／ｃｍ２ ）
（ｈｒｓ） （５
０ｈｒｓ） （１００ｈｒｓ） （５００ｈｒｓ）
本発明 ８３
８ １８
２４ 比較例 ５
５７ １６７
４７８
【００１８】
【発明の効果】本発明により、Ｎｂ基合金において、従
来は困難とされていた高い耐熱性と高い耐酸化性との両
立が実現した。 その結果、１４００℃を超える高温
で使用する各種の部材を、この酸化物分散強化型Ｎｂ基
合金で製造することが可能になった。 この合金の具
体的な用途を挙げると、ジェットエンジンの燃焼筒、超
高温試験の治具類、さらにはスペースシャトルの表面の
カーボンパネルのファスナー（ボルト）などがある。
そのほか、現在セラミックスを用いるほかない高温部
材をこのＮｂ基合金で置き換え、部材の強度や信頼性を
高めることができる。
来は困難とされていた高い耐熱性と高い耐酸化性との両
立が実現した。 その結果、１４００℃を超える高温
で使用する各種の部材を、この酸化物分散強化型Ｎｂ基
合金で製造することが可能になった。 この合金の具
体的な用途を挙げると、ジェットエンジンの燃焼筒、超
高温試験の治具類、さらにはスペースシャトルの表面の
カーボンパネルのファスナー（ボルト）などがある。
そのほか、現在セラミックスを用いるほかない高温部
材をこのＮｂ基合金で置き換え、部材の強度や信頼性を
高めることができる。
Claims (4)
- 【請求項１】 Ａｌ：１２〜３５％、Ｔｉ：７〜２８
％、Ｃｒ：２〜１０％およびＶ：２〜１０％を含有し、
残部が実質上Ｎｂである合金中に、Ｙ２Ｏ３を０．１〜
２％分散させてなる、耐酸化性および耐熱性にすぐれた
耐化物分散強化型Ｎｂ基合金。 - 【請求項２】 Ａｌ：１２〜３５％、Ｔｉ：７〜２８
％、Ｃｒ：２〜１０％およびＶ：２〜１０％を含有し、
残部が実質上Ｎｂである合金組成を与える金属または合
金にＹ２Ｏ３を０．１〜２％混合し、混合物をメカニカ
ル・アロイイング法により処理して、得られた合金粉末
を熱間で加工して所望の部品形状にすることからなる、
耐酸化性および耐熱性にすぐれた酸化物分散強化型Ｎｂ
基合金の製造方法。 - 【請求項３】 Ａｌ：１０〜３５％、Ｃｒ：１５〜３
５％およびＣｏ：１０〜２５％を含有し、残部が実質上
Ｎｂである合金中に、Ｙ２Ｏ３を０．１〜２％分散させ
てなる耐酸化性および耐熱性にすぐれた酸化物分散強化
型Ｎｂ基合金。 - 【請求項４】 Ａｌ：１０〜３５％、Ｃｒ：１５〜３
５％およびＣｏ：１０〜２５％を含有し、残部が実質上
Ｎｂである合金組成を与える金属または合金にＹ２Ｏ３
を０．１〜２％混合し、混合物をメカニカル・アロイイ
ング法により処理して、得られた合金粉末を熱間で加工
して所望の部品形状にすることからなる、耐酸化性およ
び耐熱性にすぐれた酸化物分散強化型Ｎｂ基合金の製造
方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011185A JPH04246149A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 酸化物分散強化型Ｎｂ基合金およびその製造方法 |
| US07/826,425 US5180446A (en) | 1991-01-31 | 1992-01-27 | Oxide-dispersion-strengthened niobum-based alloys and process for preparing |
| EP19920300812 EP0497606A3 (en) | 1991-01-31 | 1992-01-30 | Oxide-dispersion-strengthened niobium-based alloys and process for preparing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011185A JPH04246149A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 酸化物分散強化型Ｎｂ基合金およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04246149A true JPH04246149A (ja) | 1992-09-02 |
Family
ID=11771013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3011185A Pending JPH04246149A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 酸化物分散強化型Ｎｂ基合金およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5180446A (ja) |
| EP (1) | EP0497606A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04246149A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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