JPS61113741A - High strength corrosion resistant nickel base alloy and its production - Google Patents
High strength corrosion resistant nickel base alloy and its productionInfo
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- JPS61113741A JPS61113741A JP23691184A JP23691184A JPS61113741A JP S61113741 A JPS61113741 A JP S61113741A JP 23691184 A JP23691184 A JP 23691184A JP 23691184 A JP23691184 A JP 23691184A JP S61113741 A JPS61113741 A JP S61113741A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、高いクリープ破断強度と耐食性を有するニッ
ケル基合金に係り、特にガスタービン動翼或いはジェッ
トエンジン部材に使用するのに好適なニッケル基合金お
よびその製造法に関する。Detailed Description of the Invention [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a nickel-based alloy having high creep rupture strength and corrosion resistance, and particularly to a nickel-based alloy suitable for use in gas turbine rotor blades or jet engine components. and its manufacturing method.
ガスタービン動翼或はジェットエンジン部材には、高い
クリープ破断強度と耐食性を有するニッケル基合金が使
用される。Nickel-based alloys with high creep rupture strength and corrosion resistance are used for gas turbine rotor blades or jet engine components.
かかる用途に使用されるニッケル基合金は、通常、材質
を強化するためにアルミニウム、チタン、タンタル、二
オフ、コバルト、モリブテン、タングステンなどを含ん
でおり、更に耐食性を改善するためにクロムを含んでい
る。Nickel-based alloys used in such applications typically contain aluminum, titanium, tantalum, diopter, cobalt, molybdenum, tungsten, etc. to strengthen the material, and chromium to improve corrosion resistance. There is.
１９７２年Ｋ Ｊｏｈｎ Ｗｉ ｌｅｙ ＆ ５ｏｎｓ
、 ■ｎｃ、から発行された刊行物「ｉｈｅ ５ｕｐｅ
ｒａｌｌｏｙｓＪ （ザスーパーアロイズ）＠５９６頁
ｔＣは、前述した添加成分を含む高強度耐食ニッケル基
合金について記載されている。第１表にかかる刊行物に
記載されているニッケル基合金の成分組成を示す。1972 K John Wiley & 5ons
The publication "ihe 5upe" published by , ■nc,
Ralloys J (The Super Alloys) @ 596 pages tC describes a high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy containing the above-mentioned additive components. Table 1 shows the composition of the nickel-based alloys described in the publications.
第１表から明らかなように、ニッケル基合金はアルミニ
ウムとチタンとニオブおよびタンタルの少なくとも１つ
を必ず含んでおり、更にコバＡ／）、モリブデン、タン
グステンなどを含んでいる。また耐食性を必要とするも
のはクロムを含んでいる。As is clear from Table 1, the nickel-based alloy always contains at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum, and further contains Coba A/), molybdenum, tungsten, and the like. Products that require corrosion resistance also contain chromium.
ニッケル基合金の材質強化に寄与する成分のうちで、ア
ルミニウムとチタンとニオブおよびタングステンについ
ては、いずれもｒ′相を生成して材質を強化することが
知られている。ｒ′相を生成させるために、これらの成
分によって材質強化を図るニッケル基合金は、一般に時
効処理を施してから使用されることになる。Among the components that contribute to strengthening the material of nickel-based alloys, it is known that aluminum, titanium, niobium, and tungsten all form an r' phase to strengthen the material. In order to generate the r' phase, nickel-based alloys whose materials are strengthened by these components are generally subjected to an aging treatment before use.
ニッケル基合金の材質強化および耐食性の改善を図る場
合には、基本的には以上述べた成分を増量すればよいわ
けである。しかし、実際には材質強化の成分およびクロ
ムの量を増加すると、σ相。In order to strengthen the material and improve the corrosion resistance of a nickel-based alloy, basically it is sufficient to increase the amount of the above-mentioned components. However, in reality, when increasing the amount of material strengthening components and chromium, the σ phase changes.
μ相或は１ａｖｅｓ相と呼ばれる脆い相が針状に生成し
、材料強度が低下してしまう。これらの脆い相は、強化
用の成分およびクロムの量を同時に増加すると一層生成
しやすくなる。σ相とμ相および１ａｖｅｓ＠を総称し
てＴＣＰ相と呼んでいる。A brittle phase called μ phase or 1aves phase is formed in the shape of needles, and the strength of the material decreases. These brittle phases are more likely to form when the amounts of reinforcing components and chromium are simultaneously increased. The σ phase, μ phase, and 1aves@ are collectively called the TCP phase.
ＴＣＰ相とはトポロジカリ−會クローズ・バック（Ｔｏ
ｐｏ１ｏｇｉｃａｌｌｙ＠（：：Ｉｏｓｅｅｐａｃｋ
）相の略称である。The TCP phase is a topological meeting close back (To
po1ologically@(::Ioseepack
) is an abbreviation of the phase.
このようなことから、従来はＴＣＰ相の生成に伴う材料
強度の低下を防止するために、強化用の成分の量を多く
した場合にはクロムｉｔ−少なくし、反対にクロムの量
を多くした場合には強化用成分のｆを少なくしている。For this reason, conventionally, in order to prevent the decrease in material strength due to the formation of TCP phase, when the amount of reinforcing components was increased, the amount of chromium was decreased, and conversely, the amount of chromium was increased. In some cases, f of the reinforcing component is reduced.
従って、クロム量が少ない場合には強度は優れるが耐食
性が劣り、クロム量が多い場合には耐食性は優れるが強
度が低いということにならざるを得ない。Therefore, when the amount of chromium is small, the strength is excellent but the corrosion resistance is poor, and when the amount of chromium is large, the corrosion resistance is excellent but the strength is low.
本発明の目的は、アルミニウムとチタンとニオブとタン
タルの少なくとも１つおよびクロムを含有するニッケル
基合金において、強度および耐食性が両者共に優れた高
強度耐食ニッケル基合金およびその製造法を提供するに
ある。An object of the present invention is to provide a high-strength corrosion-resistant nickel-based alloy containing at least one of aluminum, titanium, niobium, tantalum, and chromium, which has excellent strength and corrosion resistance, and a method for producing the same. .
本発明は、ニッケル基合金においてＴＣＰ相を針状でな
く塊状或は球状の形で生成させると、強化用成分の貴お
よびクロムの量を多くしても材料強度が低下しないとい
う発見に基づいている。The present invention is based on the discovery that if the TCP phase is formed in a nickel-based alloy in the form of blocks or spheres instead of needles, the strength of the material does not decrease even when the amount of noble and chromium reinforcing components is increased. There is.
本発明は、この発見に基づいてＴＣＰ相を塊状或いは球
状に生成させたニッケル基合金について、更に性状を調
査し、２次デンドライトアーム間隔が小さくなっている
ことを究明してなされた本のでちる。The present invention is based on this discovery, and is the result of further investigation into the properties of nickel-based alloys in which the TCP phase is formed in lumps or spheres, and it has been found that the distance between secondary dendrite arms is reduced. .
すなわち、ＴＣＰ相の有無にかかわらず、２次デンドラ
イトアーム間隔が小さくなっているニッケル基合金は、
２次デンドライトアーム間隔が著しく大きいものにくら
べて高強度を有することを確認し、本発明に到達した。In other words, regardless of the presence or absence of the TCP phase, nickel-based alloys with a small secondary dendrite arm spacing are
It was confirmed that the secondary dendrite arm spacing was significantly larger, and the strength was higher than that of the secondary dendrite arm, and the present invention was achieved.
本発明のニッケル基合金は、基本的にはニッケルを生成
分とし、アルミニウムとチタンとニオブとタンタルの少
なくとも１つおよびクロムを含む合金において、２次デ
ンドライトアーム間隔が１０μｍ以下であり、結晶粒内
にｒ′相が分散した結晶組織を有し且つ該結晶粒径が１
１１１１以上よしなることを特徴とする。The nickel-based alloy of the present invention is an alloy that basically contains nickel and contains at least one of aluminum, titanium, niobium, tantalum, and chromium, and has a secondary dendrite arm spacing of 10 μm or less, and a crystal grain has a crystal structure in which the r' phase is dispersed, and the crystal grain size is 1.
It is characterized by being better than 1111.
本発明は、ＴＣＰ相を有するニッケル基合金およびＴＣ
Ｐ相を有しないニッケル基合金のいずれにも適用できる
。The present invention provides a nickel-based alloy having a TCP phase and a TC
It can be applied to any nickel-based alloy that does not have a P phase.
ＴＣＰ＠を有するニッケル基合金或はＴＣＰ相を有しな
いニッケル基合金のいずれにおいても、２次デンドライ
トアーム間隔を非常に小さくすることにより、強度低下
を抑制することができ、高強度高耐食性を達成できると
いうのが、本発明の根本である。In both nickel-based alloys with TCP@ and nickel-based alloys without TCP phase, by making the secondary dendrite arm spacing extremely small, it is possible to suppress the decrease in strength and achieve high strength and high corrosion resistance. The essence of the present invention is that it can be done.
本発明において、ＴＣＰ相を有するニッケル基合金は、
結晶粒内にｒ′相のほかに更に塊状或は球状のＴＣＰ相
を有する。In the present invention, the nickel-based alloy having a TCP phase is
In addition to the r' phase, the crystal grains also contain a massive or spherical TCP phase.
塊状或は球状のＴＣＰ相を総称して、以下、粒状のＴＣ
Ｐ相と云う。従って粒状という言葉の意味は、球状は勿
論のこと球状以外の塊状も含む。The lumpy or spherical TCP phase is collectively referred to as granular TC.
It's called Phase P. Therefore, the meaning of the word granular includes not only spherical shapes but also lumps other than spherical shapes.
２次デンドライトアーム間隔が１０μｍ以下のニッケル
基合金は、溶湯を１０”″に７秒以上の凝固速度で急速
凝固することによって得ることが、できる。溶湯をこの
ように高速度で凝固する手段としては、各種のアトマイ
ズ法たとえばガスアトマイズ法或は水アトマイズ法があ
ゆ、この場合ＧＣ１ｊ微粉末の形で製造される。又、高
速回転するロールの表面に溶湯をノズルより噴出させて
接触させ、ロールによる冷却作用と回転を利用して薄い
テープを製造する方法も適用できる。その他の方法とし
ては溶射などがある。A nickel-based alloy with a secondary dendrite arm spacing of 10 μm or less can be obtained by rapidly solidifying a molten metal to 10” at a solidification rate of 7 seconds or more. As means for solidifying the molten metal at such a high speed, various atomization methods such as gas atomization method or water atomization method are available, and in this case, GC1j is produced in the form of fine powder. Also applicable is a method in which a molten metal is jetted from a nozzle onto the surface of a roll rotating at high speed and brought into contact with the surface, and a thin tape is manufactured using the cooling effect and rotation of the roll. Other methods include thermal spraying.
このようにして急速凝固された粉末或はテープ状の合金
素材は、そのままでは結晶粒径がきわめて小さく、１０
μｍ穆度或はそれ以下であるので、クリープ破断強度が
十分比ない。そこで結晶粒粗大化のための熱処理を施し
て結晶粒を１１１Ｉ１以上に粗大化する必要がある。The powder or tape-shaped alloy material rapidly solidified in this way has an extremely small crystal grain size, with a crystal grain size of 10
Since the ductility is at or below μm, the creep rupture strength is not sufficiently comparable. Therefore, it is necessary to perform heat treatment to coarsen the crystal grains to coarsen the grains to 111I1 or more.
結晶粒粗大化のための熱処理法としては γ′相が固溶
する温度以上且つ合金の溶融温度以下で加熱するのが望
ましい。溶湯を急速凝固することによって２次デンドラ
イトアーム間隔を小さくした合金素材について、このよ
うな熱処理を施しても、２次デンドライトアーム間隔は
もはや増大することはない。As a heat treatment method for grain coarsening, it is desirable to heat at a temperature above the temperature at which the γ' phase becomes a solid solution and below the melting temperature of the alloy. Even if such heat treatment is applied to an alloy material whose secondary dendrite arm spacing is reduced by rapidly solidifying the molten metal, the secondary dendrite arm spacing will no longer increase.
ニッケル基合金は、従来は精密鋳造法によって製造され
ており、このときの２次デンドライトアーム間隔は１０
０μｍ前後あるいはそれ以上であるから、本発明のニッ
ケル基合金の２次デンドライトアーム間隔は非常に小さ
い。Nickel-based alloys have traditionally been manufactured by precision casting, with a secondary dendrite arm spacing of 10
Since it is around 0 μm or more, the secondary dendrite arm spacing of the nickel-based alloy of the present invention is extremely small.
なお、前述のように溶湯を１０”Ｔ／秒以上の凝固速度
で急速凝固させることにより、ＴＣＰ相を針状でなく、
粒状に生成させることができる。In addition, as mentioned above, by rapidly solidifying the molten metal at a solidification rate of 10"T/sec or more, the TCP phase is not acicular and
It can be produced in granular form.
結晶粒粗大化処理を施したニッケル基合金は、最終的に
時効処理を施し １１相を析出分散させることが必要で
ある。Nickel-based alloys that have been subjected to grain coarsening treatment must be subjected to final aging treatment to precipitate and disperse the 11 phases.
粉末状の合金素材に結晶粗大化処理を施すに当っては、
その前にまず粉末を圧密化成型し、所望の形をした成型
体を作っておくことが望ましい。When performing crystal coarsening treatment on powdered alloy materials,
Before that, it is desirable to first compact and mold the powder to create a molded body in the desired shape.
粉末より圧密化成型体を作る方法としては、たとえば熱
間静水圧加圧加工法、略してＨＩＰ法を適用するのが望
ましい。各種の加工法を適用できるが、熱間加工が望ま
しく、又、ＨＩＰしたときは更に熱間鍛造を施すのが望
ましい。As a method for producing a compacted body from powder, it is desirable to apply, for example, a hot isostatic pressing method, abbreviated as HIP method. Although various processing methods can be applied, hot working is preferable, and when HIPing is performed, it is preferable to further perform hot forging.
本発明によれば、−例としてクロムを３０原子−前後含
み、アルミニウムやチタンなどのｒ′相生成成分を１５
原子チ前後含んでいても材質劣化がなく高強度を有する
合金が実現できる。又、アルミニウムやチタンなどのｒ
′相相生酸成分２０原子−程度含み、クロムを１５原子
チ前後含む高強度高耐食性ニッケル基合金も実現可能で
ある。According to the present invention, it contains - for example, about 30 atoms of chromium - and about 15 atoms of r' phase forming components such as aluminum and titanium.
It is possible to realize an alloy with high strength without material deterioration even if it contains around 1 atoms. Also, aluminum, titanium, etc.
It is also possible to realize a high-strength, high-corrosion-resistant nickel-based alloy containing about 20 atoms of an interphase acid component and about 15 atoms of chromium.
アルミニウムやチタンなどの強化用成分およびクロムを
このように多量に含む合金は、第１表にて明らかなよう
に従来のニッケル基合金には見られない。Alloys containing such high amounts of reinforcing components such as aluminum and titanium and chromium are not found in conventional nickel-based alloys, as is clear from Table 1.
溶湯の凝固速度は、１０”１（／秒以上が必要であり、
最大でも１０’ＩＣ／秒以下とすることが望ましい。The solidification rate of the molten metal must be 10"1 (/second) or more,
It is desirable to set the speed to 10' IC/sec or less at the maximum.
本発明のニッケル基合金において、アルミニウムとチタ
ンとニオブとタンタルの少なくとも１つとクロムを次の
関係で含むことはきわめて望ましいことである。次の関
係とは、アルミニウムとチタンとニオブとタンタルの少
なくとも１つを１５〜２０＃、子チ含み、これをＸ原子
チとし、クロムの含有量を２としたときに、次式の関係
でクロムを含有することである。It is highly desirable that the nickel-based alloy of the present invention contains at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum and chromium in the following relationship. The following relationship is when at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum is 15 to 20 #, including atom, this is X atom, and the content of chromium is 2, the relationship is as shown in the following formula. It contains chromium.
Ｚ＝ａ（２５−Ｘ） ここでａは１．６〜３．２である。Z=a(25-X) Here, a is 1.6 to 3.2.
上式を満足するニッケル基合金は、本発明の合金の中で
も特にクリープ破断強度がすぐれる。これは後述の実施
例からも明らかな通りである。A nickel-based alloy that satisfies the above formula has particularly excellent creep rupture strength among the alloys of the present invention. This is clear from the examples described later.
結晶粒粗大化処理の好ましい温度範囲は、１１５０Ｃか
ら１２５０Ｃである。The preferred temperature range for the grain coarsening treatment is 1150C to 1250C.
時効処理の温度は、基本的にＩｒ１ｒ’相が析出する温
度から固溶する温度までの範囲であ獣好ましくは９００
Ｃから１１５０Ｃである。The temperature of the aging treatment is basically in the range from the temperature at which the Ir1r' phase precipitates to the temperature at which the Ir1r' phase becomes a solid solution.
C to 1150C.
結晶粒粗大化処理によって結晶粒径は、１簡以上に粗大
化すべきである。The crystal grain size should be coarsened by one size or more by the grain coarsening treatment.
本発明のニッケル基合金は、アルミニウムやチタンなど
のようにγ′相を生成する成分のほかに、コバルト、モ
リブデン、タングステン々どの強化用成分を含むことが
できる。The nickel-based alloy of the present invention can contain reinforcing components such as cobalt, molybdenum, and tungsten in addition to components that generate a γ' phase such as aluminum and titanium.
これらの成分を含むことによって更に強度を高めること
かできるが、多量に入れすぎるとＴＣＰ相の生成量も増
えるので、材質劣化ａ秦嚇が生じるおそれがある。By including these components, the strength can be further increased, but if they are added in too large a quantity, the amount of TCP phase produced increases, which may lead to material deterioration.
これら成分の量は、ｉ計で１５原子チ以下とすることが
望ましい。The amount of these components is desirably 15 atoms or less in total.
本発明者は、ニッケル基合金において、高強度と耐食性
を同時に満足させることを狙って合金成分を制御する場
合には、アルミニウムとチタンとニオブとタンタルの少
なくとも１つおよびクロムの含有量を制御することが有
効であることを究明した。In a nickel-based alloy, when controlling the alloy components with the aim of simultaneously satisfying high strength and corrosion resistance, the present inventors control the content of at least one of aluminum, titanium, niobium, tantalum, and chromium. We have determined that this is effective.
本発明において、Ａｔ、 Ｔｔ、 Ｎｂ、’ｌ’ａ。In the present invention, At, Tt, Nb, 'l'a.
Ｃｒの成分を増加していく場合に基本的に大切なのは、
アルミニウムとチタンとニオブおよびタンタルの１種又
は２種以上の含有原子蚤の総計をＸとし、合金含有成分
中のクロムの含有原子チをＺとしてＸとＺをＺ＝ａ（２
５−Ｘ）としたとき、ａを１．６〜３．２に制御するこ
とである。この場合、ａが１，６より小さい場合は合金
の耐食性が劣るようになる。一方、ａが３．２より大き
な場合、材質が脆くなり強度に問題が生じる。このよう
な関係を満足するニッケル合金は、２次デ／ドライドア
ーム間隔が非常に小さくなることとＴＣＰ相が針状でな
く粒状に生成していることと相俟って、材質脆化を生ぜ
ずに高強度耐食性を有する。What is basically important when increasing the Cr content is:
Let X be the total number of atoms containing one or more of aluminum, titanium, niobium, and tantalum, and let Z be the atomic content of chromium in the alloy containing components, and let X and Z be Z=a(2
5-X), it is to control a to 1.6 to 3.2. In this case, if a is smaller than 1.6, the corrosion resistance of the alloy will be poor. On the other hand, if a is larger than 3.2, the material becomes brittle and a problem arises in strength. Nickel alloys that satisfy this relationship suffer from material embrittlement due to the extremely small secondary de/dry arm spacing and the fact that the TCP phase is formed in granular rather than acicular shapes. High strength and corrosion resistance.
クロム（Ｃｒ）量の特に好ましい範囲は原子チで１０％
以上である。Ｃｒ量が８原子−よりも少ない場合には、
耐食性が劣るようになる。またＣｒ量が３２原子チより
も多い場合には、本発明においても材料は跪くなり破壊
し易くなって強度が低下するようになる。アルミニウム
（ＡＺ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル
（Ｔａ）の少なくとも１つは強度を向上させるために必
要・であり、上式においてＸで表されるこれらの総計が
１５〜２０原子チの範囲にあることが非常に望ましい。A particularly preferable range of the amount of chromium (Cr) is 10% in terms of atoms.
That's all. When the amount of Cr is less than 8 atoms,
Corrosion resistance becomes poor. Furthermore, when the amount of Cr is more than 32 atoms, even in the present invention, the material becomes weak and easy to break, resulting in a decrease in strength. At least one of aluminum (AZ), titanium (Ti), niobium (Nb), and tantalum (Ta) is necessary to improve strength, and the total of these represented by X in the above formula is 15 to 20. It is highly desirable that it be in the atomic range.
これら成分の総計の好ましい範囲１’ｔｌＯ〜１８原子
チである。Ｘが１５原子チよりも小さくなった場合には
、材料強度が低下するようになり、一方２０原子チより
も大きくなった場合には、材料は脆くなり破壊し易くな
って結果的に材料強度が低下しやすくなる。なお、ここ
で大切なのは、で
ＡｔとＴｉとＮｂとＴａの総量で考えることがある。ｋ
ｔとＴｉとＮｂとＴａのなかで、いずれか一つ、あるい
は二つ、または三つが含まれていなくても、他の１つが
含まれていれば本発明において強度の改善は可能で・あ
る。The preferred range for the total amount of these components is 1'tlO to 18 atoms. When X becomes smaller than 15 atoms, the material strength decreases, while when it becomes larger than 20 atoms, the material becomes brittle and easily breaks, resulting in a decrease in material strength. tends to decrease. Note that what is important here is to consider the total amount of At, Ti, Nb, and Ta. k
Even if one, two, or three of t, Ti, Nb, and Ta are not included, the strength can be improved in the present invention as long as the other one is included. .
次に、本発明において重要なことは、溶湯を１０！Ｘ／
秒以上の冷却速度で急速凝固させることである。冷却速
度がＩＱ”Ｘ７秒より下回った場合には、ＴＣＰ相の析
出形状が針状あるいはほぼ針状にな９材料の強度が低下
するという問題が生じる。本発明において、特に重要な
点は先に、述べた式を満足する合金組成を１０”Ｘ７秒
以上の冷却速度で溶湯よシ急速凝固させるということで
あり、このようにして作製したニッケル（Ｎｉ）基合金
に対して以後の結晶粒粗大化処理、時効処理更には熱間
加工等を加えることである。Next, what is important in the present invention is that the molten metal is 10! X/
Rapid solidification is achieved at a cooling rate of seconds or more. If the cooling rate is lower than IQ" First, the alloy composition satisfying the above formula is rapidly solidified from the molten metal at a cooling rate of 10" x 7 seconds or more, and the subsequent crystal grains of the nickel (Ni) base alloy produced in this way are This means adding coarsening treatment, aging treatment, and hot working.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の実施に当たり、第２表に示す成分組成の合金を
製造した。In carrying out the present invention, alloys having the compositions shown in Table 2 were manufactured.
試料扁１〜４は、合金組成をあらかじめアーク溶解炉で
溶解し、それを真空ガスアトマイズ法を適用して急速凝
固して粉末を作成した。その後ＨＩＰ処理と熱間鍛造で
圧密化し、さらに結晶粒粗大化熱処理で結晶粒を約１０
００μｍに大きくした。真空ガスアトマイズ法で得られ
た粒子はで３ｈ保持し、その後１１００Ｃで加工度９０
％迄熱間鍛造し、粉末圧密化成型体を作製した。得られ
た粉末の冷却速度は「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅｊ ｖｏｌ、 １７（１９８
２）の３６４１〜３６５２頁にｐｒａｎｃｉｓ Ｄｕｆ
ｌｏｕｓらによって記載されたＣｏｍｐａｒｉｓｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｑｕｅｎｃｈ ｒａｔｅ ａｔｔａｉｎ
ｅｄｉｎ ｇａｓ ａｔｏｍｉｚｅｄ ｐｏｗｄｅｒｓ
ａｎｄ ｍｅｌｔ−ｓｐｕｎｒｉｂｂｏｎｓ ｏｆ
（：、ｏ−ａｎｄ Ｎｉ −ｂａｓｅ ５ｕｐｅ＃ａｌ
ｌｏｙｓ： １ｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｒｅｓｕｌｔ
ｉｎｇ ｍ１ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓと題する論文
の第１図に示した報告から考えると約５Ｘ１０”Ｘ７秒
の冷却速度で作製された粉末と考えられる。結晶粒粗大
化は熱処理を工夫することによって行なった。試料扁５
〜６は精密鋳造法で作製した。For sample flats 1 to 4, the alloy composition was melted in advance in an arc melting furnace, and the melt was rapidly solidified using a vacuum gas atomization method to create powder. After that, it is consolidated by HIP treatment and hot forging, and further grain coarsening heat treatment is performed to reduce the grain size to about 10
The size was increased to 00 μm. Particles obtained by vacuum gas atomization were held for 3 hours and then processed at 1100C to a degree of processing of 90.
%, and a powder compaction molded body was produced. The cooling rate of the obtained powder was determined by "Journal of Mate
realsscience vol, 17(198
2), pages 3641-3652, by prancis Duf.
Comparison described by lous et al.
of the quench rate remains
edin gas atomized powders
and melt-spunribbons of
(:, o-and Ni-base 5upe#al
loys: 1nfluence on result
Judging from the report shown in Figure 1 of the paper titled "Ing M1Crostructures," it is thought that the powder was produced at a cooling rate of approximately 5 x 10" x 7 seconds. Coarsening of the crystal grains was achieved by devising heat treatment. Sample plate 5
-6 were manufactured by precision casting.
以上のニッケル基合金について、高温強度をクリープ破
断試験で検討した。試験温度は８７１Ｃ子
である。応力は４０に４１７ＩＩＮ”とした。そのとき
のクリープ破断時間を第２図に示す。試料Ａ１〜３は高
い破断強度を示すが、扁４はＣｒ量が多いため篇１〜３
にくらべると脆くて破断時間が短かくなる。Ａ５は精密
鋳造法で作製したため針状σ相が生成してクリープ破断
時間は短かくなる。遥６はＡｔとＴｉとＮｂとＴａの総
量が少ないため材料強度が低いことがら破断時間は短い
。The high-temperature strength of the above nickel-based alloys was examined using creep rupture tests. The test temperature is 871C. The stress was set to 40 and 417 IIN''. The creep rupture time at that time is shown in Figure 2. Samples A1 to 3 showed high rupture strength, but flat 4 had a high Cr content, so samples 1 to 3 were
It is more brittle and takes a shorter time to break than. Since A5 was manufactured by precision casting, an acicular σ phase was formed and the creep rupture time was shortened. Since Haruka 6 has a small total amount of At, Ti, Nb, and Ta, its material strength is low and its rupture time is short.
高温耐食性を２５％Ｎ ａ Ｃｔ −Ｎａ、８０．塗布
法による腐食減量で評価した。試験温度は８５０Ｃであ
る。保持時間は２００ｈｒとした。扁３はＣｒ量が少な
いため他の試料にくらべて腐食減量が多かった。この原
因は材料表面に緻密なりロム酸化物が形成されなかった
ためである。扁１〜２．煮４〜６は６〜１０ｍｇ／ｃｍ
” と殆んど差がなく耐腐食性に優れることが明らかと
なった。以上のことから高温強度、耐食性の両者の性質
に対して特に優れる合金ＦｉＡＩ及び扁２であることが
明らかと゛なった。このように、本発明の中でも既に述
べた式を満たす成分組成の合金は高温強度、耐食性が著
しく優れることがわかる。なお、本実施例ではガスアト
マイズ粉を用いたが、それ以外の溶湯急速凝固材、例え
ば薄チ、細線、薄片等を用いても良いことは勿論である
。また、本実施例に用いた合金組成中のＣｏ１ｊ材料の
強靭化に効果があり、好ましい組成は３〜１０原子チで
あるが、それ以外の量でも効果は得られる。ＭＯは高温
強度を向上する作用を有する。ＭＯ量が少ないと高温強
度が少し低下する。一方、ＭＯが多いと耐食性が劣る。High temperature corrosion resistance was determined by 25% Na Ct-Na, 80. Evaluation was made based on corrosion weight loss by coating method. The test temperature is 850C. The holding time was 200 hr. Since flat plate 3 had a small amount of Cr, it lost more corrosion weight than the other samples. The reason for this is that the surface of the material was dense and chromium oxide was not formed. Bian 1-2. Boiled 4 to 6 is 6 to 10 mg/cm
It became clear that there was almost no difference between the two alloys, and that the alloys had excellent corrosion resistance.From the above, it was clear that the alloys FiAI and Flat 2 were particularly excellent in terms of both high-temperature strength and corrosion resistance. .Thus, it can be seen that the alloy of the present invention whose composition satisfies the above-mentioned formula has significantly superior high-temperature strength and corrosion resistance.Although gas atomized powder was used in this example, other molten metal rapid solidification was used. Of course, materials such as thin films, thin wires, flakes, etc. may also be used.Also, it is effective in toughening the Co1j material in the alloy composition used in this example, and the preferred composition is 3 to 10 atoms. However, effects can be obtained with other amounts.MO has the effect of improving high temperature strength.If the amount of MO is small, the high temperature strength will decrease a little.On the other hand, if the amount of MO is large, the corrosion resistance will be poor.
以上から好ましい範囲は０．５〜３原子チであるが、そ
の範囲をはずれた組成でも多少の効果は得られる。なお
、タングステン（Ｗ＞量もモリブデンのときと同様の理
由で０．５〜３原子−の範囲が望ましい。From the above, the preferred range is 0.5 to 3 atoms, but some effects can be obtained even with compositions outside of this range. Note that the amount of tungsten (W>) is preferably in the range of 0.5 to 3 atoms for the same reason as in the case of molybdenum.
以上のように本発明によればＡ／、とＴｉとＮｂとＴａ
の１つ以上およびＣｒを多量に入れても材質脆化を生ぜ
ずに高温強度と耐食性の両者の性質を共に高度に保有さ
せることができる。As described above, according to the present invention, A/, Ti, Nb, and Ta
Even if one or more of these and a large amount of Cr are added, the material does not become brittle, and both high-temperature strength and corrosion resistance can be maintained at a high level.
第１図は、溶湯冷却速度と粒径の関係を示す特ある。
、
試料Ａ１〜４・・・本発明。
１１図
ζ’ａｏｌｉ刀ブハ番ｔヒ（に５ｔｔ−り２ｆ２１
手続補装置（方式）
昭和６虚 ３１ ａ＋７
特許庁 長 官 志 賀 学 殿
！１￥１′トの表示
昭 和５９年 特許願第 ２３６９１１ 号発明 の
名 称 高強度耐食ニッケル基合金およびその製造法
補正をする者
・１（件との関係 特許出願人
と１ 萌；５１０１株式会社 日 立’Ａ ｉ￥−ｎ
斤代 理 人
居 所（〒１００１東京都千代田区丸の内−丁目５番
１号安任状及び明細書の発明の詳細な説明の欄補正の内
容
２、明細書第５頁１９行〜第６頁１行目［ｍ１９７２年
〜第５９６頁には」を下記の通り訂正する。
ｆｒ１９７２年にジョンウイリーアンドサンズインコー
ポレーテツド（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ ５ｏｎｓ、
Ｉｎｃ、 ）から発行された刊行物「ザ スーパーア
ロイズ」（Ｔｈｅ ５ｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ） 第５
９６頁には」３、明細書第２０頁１１〜１８行の「冷却
速度〜題する論文」を下記の通り訂正する。
「冷却速度は「ジャーナル オン マテリアルズ サイ
エンス 第１７巻 １９８２年Ｊ （Ｊｏｕｒｎａｌｏ
ｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５ｃｉｅｎｃｅ Ｖｏ Ｑ
、１７１９８２）の３６４１〜３６５２頁にフランシス
デュフローズ（Ｆｒａｎｃｉｓ Ｄｕｆｌｏｕｓ）
らによって記載された″コンパリズン オン ザ ク
エンチ レイドアテンド イン ガス アトマイズド
パウダーズ アンド メルト−スパン リボンズ オン
コバルト アンド ニッケル ベース スーパーアロ
イズ：インフルエンス オン リザルテイング マイク
ロストラクチャーズ（Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔ
ｈｅ ｑｕｅｎｃｈ ｒａｔｅ ａｔｔ４ｉｎｅｄｉｎ
ｇａｓ ａｔｏｍｉｚｅｄ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ
ｍｅｌｔ７ Ｓｆ’Ｌ’ｌ’ｅ−ｐ−＋ｒｉｂｂｏｎ
ｓ ｏｆ Ｃｏ−ａｎｄ Ｎ１−ｂａｓｅ ５ｕｐｅｒ
ａｌｌｏｙｓ： １ｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｒｅｓｕ
ｌｔｉｎｇ ｉ＋１ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）と題
する論文」
以上FIG. 1 specifically shows the relationship between molten metal cooling rate and particle size.
, Samples A1-4...the present invention. Figure 11 ζ'aoli sword buhaban thi (ni5tt-ri 2f21 procedural support device (method) Showa 6 imaginary 31 a+7 Patent Office Commissioner Manabu Shiga! 1 yen 1' display 1988 Patent application no. Invention No. 236911
Name: Person who amends high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloys and their manufacturing methods 1 (Relationship with the case: Patent applicant and 1) Moe: 5101 Hitachi Co., Ltd.
Osamu Katoyo (5-1 Marunouchi-chome, Chiyoda-ku, Tokyo 1001 Contents of amendments to the detailed description of the invention in the letter of appointment and specification 2, page 5, line 19 to page 6 of the specification) The first line [m1972-page 596] is corrected as follows: fr1972 John Wiley & Sons, Inc.
Publication "The 5superalloys" published by Inc., ) No. 5
On page 96, "3,""Cooling Rate - Titled Paper" on page 20, lines 11-18 of the specification is corrected as follows. ``Cooling rate is ``Journal on Materials Science, Volume 17, 1982J (Journalo
f Materials 5science VoQ
, 171982), pages 3641-3652, Francis Duflous
``Comparison on the Quench Raid Attended in Gas Atomized'' described by et al.
Powders and Melt-Spun Ribbons on Cobalt and Nickel Base Superalloys: Influence on Results Microstructures (Comparison of t
he quench rate att4inedin
gas atomized powders and
melt7 Sf'L'l'e-p-+ribbon
s of Co-and N1-base 5upper
alloys: 1nfluence on resu
lting i+1crostructures)''
Claims (1)
タンとニオブとタンタルの少なくとも１つおよびクロム
を含むニッケル基合金であつて、結晶粒内にγ′相が分
散した結晶組織を有し、該結晶組織における結晶粒径が
１ｍｍ以上であり且つ１０μｍ以下の２次デンドライト
アーム間隔を有することを特徴とする高強度耐食ニッケ
ル基合金。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記アルミニウム
とチタンとニオブとタンタルの少なくとも１つを１５〜
２０原子％含有することを特徴とする高強度耐食ニッケ
ル基合金。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記クロムを次式 Ｚ＝ａ（２５−Ｘ） （ここでＺはクロムの原子％、ａは１．６〜３．２、Ｘ
はアルミニウムとチタンとニオブとタンタルの少なくと
も１つの原子％を表す。） で求められる量含有することを特徴とする高強度耐食ニ
ッケル基合金。 ４、ニッケルを主成分とし、アルミニウムとチタンとニ
オブとタンタルの少なくとも１つ、コバルトとモリブデ
ンとタングステンの少なくとも１つおよびクロムを含む
ニッケル基合金であつて、結晶粒内ににγ′相および粒
状のＴＣＰ相が分散した結晶組織を有し、該結晶組織に
おける結晶粒径が１ｍｍ以上であり且つ１０μｍ以下の
２次デンドライトアーム間隔を有することを特徴とする
高強度耐食ニッケル基合金。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記アルミニウム
とチタンとニオブとタンタルの少なくとも１つを１５〜
２０原子％含有することを特徴とする高強度耐食ニッケ
ル基合金。 ６、特許請求の範囲第４項において、前記クロムを次式 Ｚ＝ａ（２５−Ｘ） （ここでＺはクロムの原子％、ａは１．６〜３．２、Ｘ
はアルミニウムとチタンとニオブとタンタルの少なくと
も１つを表す。） で求められる量含有することを特徴とする高強度耐食ニ
ッケル基合金。 ７、特許請求の範囲第４項、第５項および第６項のいず
れか１項において、前記コバルトを３〜１０原子％含有
することを特徴とする高強度耐食ニッケル基合金。 ８、特許請求の範囲第４項、第５項および第６項のいず
れか１項において、前記モリブデンを０．５〜３原子％
含有することを特徴とする高強度耐食ニッケル基合金。 ９、ニッケルを５０原子％以上含み、アルミニウムとチ
タンとニオブとタンタルの少なくとも１つを含む溶湯か
ら、１０＾２°Ｋ／秒以上の凝固速度で２次デンドライ
トアーム間隔が１０μｍ以下のニッケル基合金素材を製
造する工程、前記素材にγ′相が固溶する温度以上の熱
処理を施して結晶粒径を１ｍｍ以上に粗大化する工程お
よび更に時効処理を施して前記結晶粒内にγ′相を析出
させる工程を有することを特徴とする高強度耐食ニッケ
ル基合金の製造法。 １０、特許請求の範囲第９項において、前記溶湯から粉
末状合金素材を製造し、該素材よりなる圧密化成型体に
γ′相が固溶する温度以上の熱処理を施すことを特徴と
する高強度耐食ニッケル基合金の製造法。 １１、特許請求の範囲第９項において、前記圧密化成型
体を熱間静水圧加圧加工によつて製造することを特徴と
する高強度耐食ニッケル基合金の製造法。 １２、特許請求の範囲第９項において、前記アルミニウ
ムとチタンとニオブとタンタルの少なくとも１つを１５
〜２０原子％含有することを特徴とする高強度耐食ニッ
ケル基合金の製造法。 １３、特許請求の範囲第１２項において、前記クロムを
次式 Ｚ＝ａ（２５−Ｘ） （ここでＺはクロムの原子％、ａは１．６〜３．２、Ｘ
はアルミニウムとチタンとニオブとタンタルの少なくと
も１つを表す。） で求められる量含有することを特徴とする高強度耐食ニ
ッケル基合金の製造法。[Claims] 1. A nickel-based alloy containing 50 atomic percent or more of nickel, at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum, and chromium, with a crystal structure in which γ' phase is dispersed within the crystal grains. A high-strength corrosion-resistant nickel-based alloy having a crystal grain size of 1 mm or more in the crystal structure and a secondary dendrite arm spacing of 10 μm or less. 2. In claim 1, at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum is
A high-strength corrosion-resistant nickel-based alloy characterized by containing 20 atomic percent. 3. In claim 2, the chromium is expressed by the following formula Z=a(25-X) (where Z is the atomic percent of chromium, a is 1.6 to 3.2, and X
represents at least one atomic percent of aluminum, titanium, niobium and tantalum. ) A high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy characterized by containing the required amount. 4. A nickel-based alloy containing nickel as a main component, at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum, at least one of cobalt, molybdenum, and tungsten, and chromium, which has a γ' phase and granular structure in the crystal grains. A high-strength corrosion-resistant nickel-based alloy having a crystal structure in which a TCP phase is dispersed, a crystal grain size in the crystal structure is 1 mm or more, and a secondary dendrite arm spacing is 10 μm or less. 5. In claim 4, at least one of the aluminum, titanium, niobium, and tantalum is
A high-strength corrosion-resistant nickel-based alloy characterized by containing 20 atomic percent. 6. In claim 4, the chromium is defined by the following formula Z=a(25-X) (where Z is the atomic percent of chromium, a is 1.6 to 3.2, and X
represents at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum. ) A high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy characterized by containing the required amount. 7. A high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy according to any one of claims 4, 5, and 6, characterized in that it contains 3 to 10 at % of the cobalt. 8. In any one of claims 4, 5 and 6, the molybdenum is contained in an amount of 0.5 to 3 atomic %.
A high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy that contains: 9. A nickel-based alloy containing 50 atomic percent or more of nickel and having a solidification rate of 10^2°K/sec or more and a secondary dendrite arm spacing of 10 μm or less from a molten metal containing at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum. A step of manufacturing the material, a step of subjecting the material to heat treatment at a temperature higher than the temperature at which the γ' phase forms a solid solution to coarsen the crystal grain size to 1 mm or more, and a step of further aging treatment to form the γ' phase within the crystal grains. A method for producing a high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy, comprising a step of precipitation. 10. According to claim 9, a powder alloy material is produced from the molten metal, and a compacted body made of the material is subjected to heat treatment at a temperature higher than the temperature at which the γ' phase becomes solid solution. A method for producing a strong, corrosion-resistant nickel-based alloy. 11. A method for producing a high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy according to claim 9, characterized in that the compacted compact is produced by hot isostatic pressing. 12. In claim 9, at least one of the aluminum, titanium, niobium, and tantalum is 15
A method for producing a high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy characterized by containing ~20 at.%. 13. In claim 12, the chromium is defined by the following formula Z=a(25-X) (where Z is the atomic percent of chromium, a is 1.6 to 3.2, and X
represents at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum. ) A method for producing a high-strength, corrosion-resistant nickel-based alloy characterized by containing the required amount of nickel-based alloy.
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|---|---|---|---|
| JP23691184A JPH0676632B2 (en) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | High strength corrosion resistant nickel base alloy and its manufacturing method |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61113741A true JPS61113741A (en) | 1986-05-31 |
| JPH0676632B2 JPH0676632B2 (en) | 1994-09-28 |
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| JP23691184A Expired - Lifetime JPH0676632B2 (en) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | High strength corrosion resistant nickel base alloy and its manufacturing method |
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|---|---|
| JP (1) | JPH0676632B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5698006A (en) * | 1995-02-09 | 1997-12-16 | Japan Atomic Energy Research Institute | Nickel-aluminum intermetallic compounds containing dopant elements |
| JP2014043620A (en) * | 2012-08-28 | 2014-03-13 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | METHOD OF MANUFACTURING INGOT OF Ni-BASED SUPERALLOY |
| CN112063885A (en) * | 2020-08-03 | 2020-12-11 | 西北工业大学 | Ruthenium-containing multi-component TiAl alloy suitable for 800 DEG C |
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|---|---|---|---|---|
| US9567263B2 (en) * | 2014-10-27 | 2017-02-14 | Tdk Corporation | Dielectric composition and electronic component |
-
1984
- 1984-11-09 JP JP23691184A patent/JPH0676632B2/en not_active Expired - Lifetime
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| US5765096A (en) * | 1995-02-09 | 1998-06-09 | Japan Atomic Energy Research Institute | Method for producing nickel-aluminum intermetallic compounds containing dopant elements |
| JP2014043620A (en) * | 2012-08-28 | 2014-03-13 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | METHOD OF MANUFACTURING INGOT OF Ni-BASED SUPERALLOY |
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| JPH0676632B2 (en) | 1994-09-28 |
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