JPH06299280A

JPH06299280A - モリブデン−レニウム合金

Info

Publication number: JPH06299280A
Application number: JP6008393A
Authority: JP
Inventors: Jan C Carlen; クリスターカーレンジャン
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1994-10-25
Also published as: EP0608817A1; US5437744A

Abstract

(57)【要約】【目的】主として航空宇宙機材に用いる、低温延性と
高温引張り強度に優れたモリブデン−レニウム合金の改
良。【構成】４２w.t.％から４５w.t.％未満の範囲のＲｅ
を含有するモリブデン基合金、好ましい態様例の１つは
ＲｅとＭｏと正常不純物のみから成る合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、良好な低温延性と良好
な高温強度を併せ持つことが必要な材料用途のための、
具体的には少くとも約−１８０℃（約９５Ｋ）未満の低
い延性−脆性遷移温度を要求する航空宇宙機材等の分野
で用いる合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空宇宙や原子核の分野に用途のある耐
熱金属基高温合金としては、例えば高含有量のレニウム
を有する種々のタングステン合金やモリブデン合金が考
えられ、これらが長い間使用されてきた。従って、この
種の合金の物性が所謂「レニウム効果」によって大いに
改良されることは既知である。このレニウム効果とは、
レニウム添加により強度、可塑性及び溶接性が改良さ
れ、しかも鍛造品の延性−脆性遷移温度が低減し、また
再結晶脆化度を低減させる効果を意味している。

【０００３】物性の最大の改良はＭｏの合金の場合には
１１−５０w.t.％のＲｅ添加により得られる。特に有用
な合金は、Ｒｅが４０−５０w.t.％の範囲にあるもので
あることが見い出されていており、市販の２種の合金は
４１w.t.％のＲｅを含有した組成のＭｏ合金と、４７．
５w.t.％のＲｅを含有した組成のＭｏ合金である。

【０００４】しかし、エンジニアリング構造材料の引き
続いて増大する需要と材料要件の状況において、４１％
Ｒｅの合金は航空宇宙機器にとっては高過ぎる約−１５
０℃（約１２５Ｋ）の延性−脆性遷移温度を有している
ことが判明している。更に、４７．５％Ｒｅの合金はＭ
ｏ中の過飽和溶体に相当し、約１０７５−１２７５℃
（約１３５０−１５５０Ｋ）の範囲の温度に露呈される
と、脆化シグマ（σ）相（ＭｏＲｅ）が析出し、Ｍｏ−
４１w.t.％Ｒｅの場合と同じオーダの値にまで、析出し
ない場合に発揮されるはずの優れた低温度延性を低下さ
せてしまう。

【０００５】その結果、上述の２種のＭｏ−Ｒｅ合金、
その他の公知Ｍｏ−Ｒｅ合金、いづれの場合も、航空宇
宙機器用途において今日必要とされるこの種材料の要件
を満していない。

【０００６】Ｒｅ−Ｍｏ合金の先行技術情報は文献中に
存在するが、それらには幾つかの不正確なデータが含ま
れており、それが文献情報を正確に解釈するのを難しく
している。従って、σ相が約１１５０℃（約１４２５
Ｋ）より低い温度では存在しないことを示す相ダイヤグ
ムがある。しかしこの事実はσ相が絶対温度ゼロ（−２
７３℃）まで温度降下すれば安定であるが、拡散速度が
小さい（遅速）ために約１１２５℃（約１４００Ｋ）よ
り低い温度では妥当な期間に亘ってσ相が形成されて
（存在して）いることはないということを意味する。更
に、モリブデンの延性−脆性遷移点温度に対するレニウ
ム合金化の効果に関する現存の旧いデータは、例えばＭ
ｏ−５０Ｒｅが一定の延性挙動を呈し、他方Ｍｏ４５Ｒ
ｅが約−１８０℃（約９５°Ｋ）の平均延性−脆性遷移
温度を有していることを示している。しかし、この旧い
現存データは約４５％以上のＲｅを含有したＭｏ合金が
構成材の組立で使用される溶接やその他の接合処理工程
において脆化し得ることは配慮していない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】Ｍｏ−４１ＲｅやＭｏ
−４７．５等の公知Ｍｏ−Ｒｅ合金の上述の不利益を有
さないモリブデン（Ｍｏ）−レニウム（Ｒｅ）合金であ
って、この種Ｍｏ−Ｒｅ合金の有利な物性を全て発揮
し、しかも従来品合金以上の費用を要さずに、またそれ
以上に困難性を伴わずに製造可能な一層有益な合金を実
現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の合金は、重量
（w.t.）％で表して、４２％−＜４５％のＲｅ；各種の
元素の含有量が３％未満、好ましくは１％未満であっ
て、合計含有量が約５％以下、好ましくは３％以下にな
るＷ，Ｙ，Ｔｈ，Ｓｃ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｖｂ，Ｖ或
いはＺｒの１種或いは複数の元素；及び正常に存在する
不純物（正常不純物）の外に残部のＭｏから本質的に成
る。この合金は、好ましくは、正常不純物以外はＭｏ＋
Ｒｅから成る。

【０００９】特に有利な合金は重量％で表して、正常不
純物以外は４４．５±０．５％のＲｅと５５．５±０．
５％のＭｏのみから成る。その場合、好ましくはＲｅ含
有量が４４．７w.t.％より低い値であるべきである。

【００１０】

【作用】本発明の合金は、Ｍｏ−４１w.t.％Ｒｅ合金の
優れた構造安定性、即ち、脆化σ相を生成させないよう
に、充分に低い延性−脆性遷移温度、具体的には少くと
も約−１８０℃（約９５Ｋ）より低い、好ましくは約−
１９０℃（約８５Ｋ）より低い、更に好ましくは−２０
０℃（約７５Ｋ）より低い遷移温度を組合せたことか
ら、従来品を越える有利なＭｏ−Ｒｅ合金特性を発揮す
る。

【００１１】１１００−１５００℃のような高温度で脆
化σ相が析出する危険を減じるために、レニウム含有量
を約４５％、好ましくは≦４４．８％にする。

【００１２】

【実施例】本発明の合金は、文献（例えば、ＪＯＭ，Vo
l.４３，No．７、７月１９９１、ｐｐ，２４−２６）に
記述されているような従来の粉末冶金法により製造する
のが好ましい。

【００１３】ＭｏとＲｅの機械的に混合した粉末が本発
明合金の製造にとって、完全に満足すべき結果をもたら
すことが判明している。このことは、Ｍｏ−４７．５％
Ｒｅ合金等の幾分高含有のＲｅを有するＭｏ合金を製造
することに較べて、有利である。Ｍｏ−４７．５％合金
では、予め被覆された粉末（例えば予備被覆Ｍｏ粉末）
が、合金の構造安定性を改良するために、即ち金属間σ
相の存在を低減或いは消滅させるために、必要なものと
考えられていた。このσ相は少量存在していても機械的
物性を大いに阻害する。

【００１４】本発明に係る合金のストリップ、バー、チ
ューブ、ワイヤ等の基本要素物品（構造物の機素）は上
述の文献やＡＳＭの「Advanced Materials & Proces
s」, pp, 22-27, 9／1992に記述の製造法によって製造
することが出来る。この製造法の詳細は、例えば「Proc
essings of the Ninth Symposium on Space Nuclear Po
wer System」pp, 278-291, Albuquerque, New Mexico,
1／1992に記述されている。

【００１５】本発明の合金は−１８０℃より下の温度、
多くは−２００℃より下の温度並びに１２００℃より上
の温度、多くは１３００℃或いは１４００℃より上の温
度で構造物の機素が使用されることになる、斯ゝる機素
の材料として使用するのが好ましい。この種の用途例に
は、航空宇宙機の回転体（ビークル）の機素があるが、
その種の要素では、例えば特定のエンジン部品が色々の
長さの期間に亘って非常に高い温度に加熱されて、それ
以外の期間には非常に低い温度下におかれる。他方、Ｒ
ｅ含有量が≧４５％のＭｏ−Ｒｅ合金製の機素が≦−１
８０℃低高度と≧１２００℃の高温度と間で温度変動を
蒙ると、１２００℃以上の温度で脆化σ相の生成する危
険があり、この生成σ相は機素が−１８０℃以下に冷却
されたときに機素を破断（破損）せしめる原因となる。
Ｒｅが＜４２％含有しているＭｏ−Ｒｅ合金の機素はこ
のような低温度では延性に乏しい。

【００１６】下記の例は、本発明に係る合金の低温延性
と構造安定性を試験した結果を示している。

【００１７】例１Ｍｏ−Ｒｅ合金シートの試験用サンプルは５５．５％Ｍ
ｏと４４．５％Ｒｅから成る合金で作られた。原ゲージ
断面寸法は、０．０２×０．２インチで、原ゲージ長は
約０．５インチであった。試験は−３２０°Ｆ（−１９
６℃）と−２００°Ｆ（−１２９℃）で実施された。

【００１８】結果下記の結果が引張り強度試験により得られた（表１参
照）。

【００１９】表１温度引張り強度 0.2％降伏強度伸び率（°Ｆ）（psi) （psi) （％） −320 183840 162396 4.0 −320 180818 156756 4.0 −200 189460 163690 26.0 −200 199312 161081 24.0

【００２０】この結果は、最低試験温度でも、許容出来
る非常に良好な延性がこの種の材料において得られるこ
とを示している。

【００２１】例２５種のＭｏ−Ｒｅ合金組成物No．１，２，３，４，５を
粉末から圧縮固化と焼結により平坦バー（棒体）に製造
した。その後、この焼結バー群の１部のバーを０．０２
０インチの厚さのシートに１連の還元処理と中間アニー
リング処理を施しながら圧延加工した。その圧延シート
サンプルは、水素雰囲気の炉でアニーリング処理した
後、電子ビーム溶接してから試験した。上記５種の合金
の化学組成とメタル粉末製造条件は表２に示す通りであ
った。

【００２２】表２合金No．組成 w.t.％製造条件１ 55.5 Mo／44.5 Re 機械的にブレンドした標準粉末２ 53.0 Mo／47.0 Re 予備被覆した二重還元粉末３ 53.0 Mo／47.0 Re 予備被覆した単還元粉末４ 52.5 Mo／47.5 Re 予備被覆した単還元粉末５ 52.5 Mo／47.5 Re 機械的にブレンドした標準粉末

【００２３】焼結バーの密度測定はＡＳＴＭＢ３２８に
従って実行された。溶接個所の顕微鏡観察と断面のマイ
クロ構造の評価等の冶金学審査をＡＳＴＭＥ３−８０と
ＡＳＴＭＥ１１２−８８により実行した。

【００２４】結果焼結平坦バーは、全ての合金において理論密度の９５．
５％−９６．２％の良好な密度を有していた。Ｍｏ／４
４．５Ｒｅ（本発明合金）と予備被覆された粉末による
Ｍｏ／４７Ｒｅ（合金No．１−３）ではその断面にσ相
が皆無であった。標準合金Ｍｏ／４７．５Ｒｅ（合金N
o．５）では、８−１０vol.％のσ相が均等に分布して
いた。合金Ｍｏ／４７．５Ｒｅ（合金No．４）では、２
−３vol.％のσ相が均等に分布していた。

【００２５】電子ビーム溶接シートの溶接領域の顕微鏡
の観察による冶金学検査によれば、被覆粉末による合金
（合金No．２，３，４）の溶接領域は多孔性と顕著なボ
イドを示していた。これらの欠陥は、ブレンド粉末によ
る合金（合金No．１とNo．５）においては、それをエッ
チング処理の有無に関係なく、見られなかった。

【００２６】全種の合金サンプルの中で、唯一の、σ
相、多孔性、ボイドのいづれも存在していない合金は合
金No．１、即ち本発明の５５．５Ｍｏ／４４．５Ｒｅ合
金であった。

【００２７】

【発明の効果】従って、本発明の合金は、上記のように
優れた物性を呈し、製造コストが廉価になり（比較の従
来合金では、粉末の予備被覆に時間を要し、複雑な処理
を要す）、そして原料費が廉価になる（それはＲｅ／Ｍ
ｏのコスト費は約２００／１であるため）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４２w.t.％から４５w.t.％未満の範囲の
Ｒｅと；総含有元素量が約５w.t.％以下であって、各元
素含有量が０から３w.t.％未満の範囲にある、Ｗ，Ｙ，
Ｒｈ，Ｓｃ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｖ，Ｎｂ及びＺｒの１
種或いは複種の元素と；残部のＭｏと正常不純物とから
本質的に成り、σ相が本質的に皆無である、優れた低温
延性と優れた高温引張り強度を有するモリブデン−レニ
ウム合金。
【請求項２】レニウム含有量が少くとも４３w.t.％で
ある、請求項１に記載のモリブデン−レニウム合金。
【請求項３】レニウム含有量が少くとも４３．５w.t.
％である、請求項１に記載のモリブデン−レニウム合
金。
【請求項４】レニウム含有量が４４．８w.t.％未満で
ある、請求項１に記載のモリブデン−レニウム合金。
【請求項５】レニウム含有量が４４．７w.t.％未満で
ある、請求項１に記載のモリブデン−レニウム合金。
【請求項６】該合金がモリブデンとレニウムと正常不
純物のみから成る、請求項１に記載のモリブデン−レニ
ウム合金。
【請求項７】該合金が４４．５±０．５w.t.％のＲｅ
と５５．５±０．５w.t.％のＭｏと正常不純物とから成
る、請求項６に記載のモリブデン−レニウム合金。
【請求項８】該合金が機械的に混和した粉末原料から
製造されている、請求項１に記載のモリブデン−レニウ
ム合金。
【請求項９】該合金が使用中に−１８０℃より低い温
度と１２００℃より高い温度にされる、請求項１に記載
のモリブデン−レニウム合金。
【請求項１０】該合金が約−１８０℃より低い平均延
性−脆性遷移温度を有する、請求項１に記載のモリブデ
ン−レニウム合金。