CN101248198A - 高耐热性、高强度Co基合金及其制造方法 - Google Patents

高耐热性、高强度Co基合金及其制造方法 Download PDF

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    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt

Abstract

以质量比Al：0.1～10％、W：3.0～45％、Co：余量为基本组成，Ll2型金属间化合物[Co3(Al，W)]分散析出的Co基合金。Co的一部分可被Ni、Ir、Fe、Cr、Re、Ru置换，Al、W的一部分可被Ni、Ti、Nb、Zr、V、Ta、Hf置换。由于金属间化合物[Co3(Al，W)]熔点高，相对于基体的晶格常数的失配小，因而，形成具有与Ni基合金相当的高温强度、优良的组织稳定性的Co基合金。

Description

高耐热性、高强度Co基合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及适于要求高温强度的用途或要求高强度、高弹性的用途等的Co基合金及其制造方法。
背景技术
燃气轮机构件、飞机发动机构件、化工厂构件、涡轮增压器转子等汽车用发动机构件、高温炉构件等，要求在高温环境下具有强度，有时还要求具有优异的耐氧化性。因此，在这种高温用途中开始使用Ni基合金或Co基合金。例如，在涡轮机叶片等代表性耐热材料中，有用Ll2结构的γ’相：Ni3(Al，Ti)加强的Ni基超级合金。γ’相呈现随着温度上升强度也升高的逆温度依赖性，故适合于耐热材料的高强度化。
在必需耐腐蚀性及延展性的高温用途中，使用Co基合金而非Ni基合金。Co基合金，通过M23C6或MC型炭化物得到高强度化。有报告提出了与Ni基合金的γ’相的结晶结构相同的具有Ll2结构的Co3Ti，Co3Ta等作为强化相，但Co3Ti熔点低，Co3Ta在高温下缺乏稳定性。因此，在采用Co3Ti或Co3Ta作为强化相的材料中，即使通过添加合金元素，其使用温度的上限也不过在750℃左右。在特开昭59-129746号公报中也有报告通过添加Ni、Al、Ti等而由于γ’相[Ni3(Al，Ti)]析出强化，但是，没有像Ni基合金那样得到显著的强化。也进行了研究采用具有类似γ’相结晶结构的E21型金属间化合物Co3AlC相的析出强化(特开平10-102175号公报)，但未达到实用。
发明内容
本发明人等对对Co基合金的强化有效的析出物进行了种种调查探讨。其结果是发现了Ll2结构的三元化合物Co3(Al，W)，并探明了该三元化合物是有效的强化因子。Co3(Al，W)具有与Ni基合金的主要强化相Ni3Al(γ’)相相同的结晶结构，与基体的整合性良好，可以均匀的细微析出，因而，有助于高强度化。
本发明的目的是，以上述认识为基础，提供一种Co基合金，其通过使高熔点的Co3(Al，W)析出分散而高强度化，呈现与原来的Ni基合金相匹敌的耐热性，组织稳定性也优良。
本发明的Co基合金，以质量比Al：0.1～10％、W：3.0～45％、Co：实质上为余量作为基本组成，根据需要，含有选自组(I)及/或(II)的一种或两种以上的合金成份。另外，当添加组(I)的合金成份时，其合计含量选在0.001～2.0％的范围，而添加组(II)的合金成份时，其合计含量选在0.1～50％的范围内。
组(I)：0.001～1％的B、0.001～2.0％的C、0.01～1.0％的Y、0.01～1.0％的La或稀土元素(Mischmetall)。
组(II)：50％以下的Ni、50％以下的Ir、10％以下的Fe、20％以下的Cr、15％以下的Mo、10％以下的Re、10％以下的Ru、10％以下的Ti、20％以下的Nb、10％以下的Zr、10％以下的V、20％以下的Ta、10％以下的Hf。
Co基合金，其基体上具有Ll2型金属间化合物[Co3(Al，W)]析出的二相(γ+γ’)组织。在添加了组(II)中的合金成分的成分体系中，Ll2型金属间化合物，用(Co，X)3(Al，W，Z)表示。式中，X为Ir、Fe、Cr、Re及/或Ru，Z为Mo、Ti、Nb、Zr、V、Ta及/或Hf，Ni进入X、Z两者。另外，下标表示各元素的原子比。
金属间化合物[Co3(Al，W)]或[(Co，X)3(Al，W，Z)]，是通过把调整至规定组成的Co基合金于1100～1400℃熔化后，在500～1100℃温度范围进行时效处理而析出。时效处理至少进行1次，或反复进行数次。
附图说明
图1是表示各元素相对于基体、γ’相的分配系数图。
图2是表示Co-3.6Al-27.3W合金时效材料的组织的SEM图像。
图3是表示Co-3.7Al-21.1W合金时效材料的二相组织的TEM图像。
图4是表示Co-3.7Al-21.1W合金时效材料的Ll2型结构的电子衍射图像。
图5是表示Co-3.7Al-24.6W合金时效材料的应力-变形曲线的图。
图6是表示维克斯硬度的时效温度依赖性的图。
图7是表示维克斯硬度的时效时间依赖性的图。
图8是表示Co-Al-W三元合金、添加了Ta的Co-Al-W合金、Co-Ni-Al-W合金、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)的相变化的DSC曲线图。
图9是表示Co-Al-W三元合金、添加了Ta的Co-Al-W合金、Co-Ni-Al-W合金、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)的硬度与温度的关系图。
图10是表示添加了Mo的析出物为球状的Co-Al-W合金的二相(γ+γ`)组织的SEM图像。
图11是表示添加了Ta的析出物为立方体状Co-Al-W合金的二相(γ+γ`)组织的SEM图像。
图12是表示添加Ni对Co-Al-W合金的变态温度产生的影响的图。
具体实施方式
本发明的Co基合金，与一般使用的Ni基合金相比，熔点约高50～100℃左右，置换型元素的扩散系数比Ni基合金小，因而，在高温使用中生成的组织变化少。另外，与Ni基合金相比，其延展性优良，因而可以采用锻造、压延、冲压等进行塑性加工，故可以期待比Ni基合金更广泛的用途。
此前，强化相使用的Co3Ti或Co3Ta的γ’相，相对于γ基体的晶格常数的失配在1％以上，从耐蠕变性方面看是不利的。与此相对，本发明在强化相中使用的金属间化合物[Co3(Al，W)]，与基体的失配再大，也仅为0.5％左右，呈现的组织稳定性优于采用γ’相析出强化的Ni基合金。
另外，与Ni基合金的200GPa相比，其可达到220～230GPa，显示出十分之一以上的大的弹性系数，因而可以用于发条、弹簧、电缆、带状物(belt)、电缆导管(cable guide)等要求高强度、高弹性的用途中，由于其硬质而耐磨耗性、耐腐蚀性优良，因而也可用作堆焊材料。
优选Ll2型金属间化合物[Co3(Al，W)]或[(Co，X)3(Al，W，Z)]，在析出物粒径：1μm以下、体积分数：40～85％左右析出。超过1μm的粒径，其强度、硬度等机械特性容易劣化。当析出量少于40％时，强化不充分，反之，超过85％的析出量，可以观察到延展性有劣化的倾向。
本发明的Co基合金，为了使Ll2型金属间化合物[Co3(Al，W)]或[(Co，X)3(Al，W，Z)]适量分散，而使成分·组成特定。基本组成为，质量比为Al：0.1～10％、W：3.0～45％、Co：余量。
Al是γ’相的主要构成元素，也有助于耐氧化性的提高。采用低于0.l％的Al时，γ’相不析出，或即使析出，也无助于高温强度。然而，过量添加则会有助于脆而硬质的相的生成，因而含量定在0.1～10％(优选0.5～5.0％)的范围。
W是γ’相的主要构成元素，也呈现固溶强化基体的作用。W的添加小于3.0％时，γ’相不析出，或即使析出，也无助于高温强度。超过45％的过量添加，则助长有害相的生成。因此，W含量定在3.0～45％(优选为4.5～30％)的范围。
在Co-W-Al为基本成分的体系中，根据需要添加选自组(I)、组(II)的一种或二种以上的合金成分。当添加选自组(I)的多个合金成分时，合计含量选定在0.001～2.0％范围，当添加选自组(II)的多个合金成分时，合计含量选定在0.1～50％范围。
组(I)是由B、C、Y、La、稀土元素构成的组。
B是在晶粒边界偏析而强化晶粒边界的合金成分，有助于提高高温强度。B的添加效果在0.001％以上变得显著，但过量添加对加工性不利，因而上限定为1％(优选为0.5％)。C与B同样，对晶粒边界的强化有效，同时形成炭化物析出可提高高温强度。该效果，通过添加0.001％以上的C就可以看到，但过量添加，对加工性或韧性不利，因而把2.0％(优选为1.0％)定为C含量的上限。Y、La、稀土元素均为对耐氧化性的提高有效的成分，任何一种添加0.01％以上均可发挥添加效果，但过量添加，对组织稳定性有不良影响，因而将1.0％(优选为0.5％)定为上限。
组(II)是由Ni、Cr、Ti、Fe、V、Nb、Ta、Mo、Zr、Hf、Ir、Re、Ru构成的组。组(II)的合金成分中，分配系数愈大的元素，γ’相的稳定化愈有效。分配系数KX γ‘/γ用KX γ‘/γ＝CX γ‘/CX γ表示[式中，CX γ‘：γ’相的x元素浓度(原子％)，CX γ：基体(γ)相的x元素浓度(原子％)]，其表示γ’相含有的规定元素相对于基体相含有的规定元素的浓度比。分配系数≥1为γ’相的稳定化元素，分配系数＜1为基体相的稳定化元素(图1)。Ti、V、Nb、Ta、Mo是γ’相稳定化元素，其中，Ta的效果大。
Ni、Ir，是与Ll2型金属间化合物的Co置换而改善耐热性、耐腐蚀性的成分，Ni：1.0％以上、Ir：1.0％以上时，可以观察到添加效果，但过量添加，会生成有害的化合物相，因而Ni的上限定为50％(优选为40％)，Ir的上限定为50％(优选为40％)。Ni也与Al、W两者置换，使γ’相的稳定性提高，使γ’相可在更高温下稳定地存在。
Fe也具有与Co置换而改善加工性的作用，在1.0％以上时，添加效果变显著。然而，超过10％的过量添加，成为导致高温区域的组织不稳定化的原因，因而，添加时上限定为10％(优选为5.0％)。
Cr，是在Co基合金表面形成致密的氧化被膜而使耐氧化性提高的合金成分，有助于高温强度、耐腐蚀性的改善。该效果，用1.0％以上的Cr变得显著，但添加过量，会成为加工性劣化的原因，因而将20％(优选为15％)定为上限。
Mo是使γ’相稳定化而对基体的固溶强化有效的合金成分，在1.0％以上，可观察到Mo的添加效果。但是，添加过量，会成为加工性劣化的原因，因而，将15％(优选为10％)定为上限。
Re、Ru，是对提高耐氧化性有效的合金成分，任何一种添加0.5％以上，则效果显著，但添加过量会诱发有害相的生成，因而，添加量上限均定为10％(优选为5.0％)。
Ti、Nb、Zr、V、Ta、Hf，任何一种均为使γ’相稳定化而对提高高温强度有效的合金成分，Ti：0.5％以上、Nb：1.0％以上、Zr：1.0％以上、V：0.5％以上、Ta：1.0％以上、Hf：1.0％以上，可观察到添加效果。然而，添加过量则成为有害相的生成或熔点降低的原因，因而，把Ti：10％、Nb：20％、Zr：10％、V：10％、Ta：20％、Hf：l0％定为上限。
调整至规定组成的Co基合金，当用作铸造品时，可采用普通铸造、单向凝固、溶液铸造、单结晶法中的任何一种方法制造。由于可在熔体化温度下进行热加工，而且其冷加工性能也较好，因而也可用于板材、棒材、线材等的加工。
Co基合金成型为规定形状，然后，加热至熔体化温度：1100～1400℃(优选为1150～1300℃)，在除去因加工等导入的变形的同时，使析出物固溶在基体中，可谋求材质的均质化。在未达到1100℃的加热温度，不进行变形的去除或析出物固溶，或即使进行，也要很长时间，不利于生产。反之，在超过1400℃的加热温度，会出现一部分液体相，将促进晶粒边界的粗糙或晶粒的粗大成长，成为机械强度下降的原因。
对熔体化的Co基合金实施时效处理。在时效处理中，加热Co基合金至500～1100℃(优选为600～1000℃)的温度区域，使Co3(Al，W)析出。Co3(Al，W)，是与基体之间的晶格常数的失配小的Ll2的金属间化合物，与Ni基合金的γ’相[Ni3(Al，Ti)]相比，高温稳定性优良，有助于提高Co基合金的高温强度、耐热性。在添加了组(II)的合金成分的成分体系中的(Co，X)3(Al，W，Z)也同样地有助于提高Co基合金的高温强度、耐热性。
形成强化相的Ll2结构的γ’相，在Ni-Al二元体系平衡状态图中，γ’Ni3Al相形成稳定相。因此，在将其作为基本体系的Ni基合金中，γ’相可用作强化相，但已报告在Co-Al体系平衡状态图中，不存在Co3Al相，γ’相为准稳定相。因而，为了利用γ’相作为Co基合金的强化相，必需使准稳定γ’相稳定化。本发明认为通过添加W使准稳定γ’相稳定化，可使组成比为Co3(Al，W)或(Co，X)3(Al，W，Z)的γ’Ll2相作为稳定相析出。
优选金属间化合物Co3(Al，W)或(Co，X)3(Al，W，Z)，以粒径：50nm～1μm、析出量：40～85体积％在基体上析出。析出强化作用，可通过粒径10nm以上的析出物得到，但超过1μm的粒径时反而降低。为了得到充分的析出强化作用，必需有40体积％以上的析出量，但超过85体积％的过量析出时，可观察到延展性降低的倾向。优选在得到优选的粒径、析出量的基础上，在规定的温度区域内进行阶段性时效处理。
在金属材料本身的价格方面，Co虽然比Ni昂贵，但占实际价格的大部分的在多数情况下是制造·加工成本，例如，在Ni基合金涡轮机叶片的情形，材料成本占总成本的5％左右。即使采用昂贵的Co，材料成本的上升也不过达到总成本的几个％左右，而当考虑到热机的运行温度上升或长寿命化等优点时，仍具有实际使用的充足的价值。因此，自然可以灵活运用优良的高温特性，谋求原来的使用Co基耐热合金的构件的高强度化，而且，也已预见代替使用Ni基合金构件的用途。具体地说，适于用作燃气轮机构件、飞机发动机构件、化工厂构件、涡轮增压器转子等汽车用发动机构件、高温炉构件等的原材料。由于具有高强度、高弹性，且耐腐蚀性也良好，故也可用作表面堆焊材料、发条、弹簧、电缆、带状物、电缆导管等的原材料。
实施例1
在惰性气体环境中通过高频诱导熔解进行熔制具有表1的组成的Co基合金，铸造成锭后，于1200℃下热轧至板厚3mm。对从锭、热轧板采取的试片实施表2的熔体化、时效处理后，进行组织观察、组成分析及特性试验。
各试验结果示于表3。表中，γ’/D019表示析出物存在γ’相与D019(Co3W)相二种，D019/μ表示存在D019相与μ相二种，B2/μ表示存在B2(CoAl)相与μ相二种。
采用试验No.1～13的试样，可以观察到一种作为析出物的γ’相，但已判明即使是同样组成的合金，也能通过采用试验No.1、2那样的时效处理而改变γ’相的析出量，而控制硬度等的机械性质。当γ’量极多时，室温下的延展性有降低的倾向(试验No.9～12)，但800℃时的维克斯硬度为约300，较高，而能够得到良好的高温特性。No.3合金，是重视强度、延展性同时良好的合金设计，后述的实施例2、3以No.3合金作为基本组成。
试验No.14～19中，在γ’相外也检出D019相、B2相等析出物。D019相、B2相等析出物优先在晶粒边界析出，γ’相在晶粒内析出。由于晶粒边界、晶粒内的析出形态，虽然在直至高温的晶粒内能够保持高硬度，但是，室温下的断裂伸长变小。
试验No.13、14，是同样组成的Co基合金，但是由于在试验No.13中进行短时间热处理而不析出D019相，显示出较大的伸长。因此，在采用短时间时效处理时，仅γ’相析出，故可以谋求往在较低温下使用的构件上使用的用途。
试验No.20、21，分别显示No.12、13合金(比较材料)的特性，但这些合金中不析出γ’相，析出非常脆的μ相，因而，硬度使所得到的合金的延展性极差。
表1熔制的Co基合金(除杂质外，余量为Co)
区分 合金No.   合金成分(质量％) 区分 合金No.   合金成分(质量％)
Al W AL W
本发明例   1234567   3.73.53.73.63.51.90.5   21.126.824.627.330.026.340.9 本发明例   891011   1.52.84.47.5   30.331.914.85.0
  比较例   1213   3.113.1   52.829.7
表2热处理条件
  热处理No.   熔体化处理   时效处理
(℃) (时) (℃) (时)
  1234567   1300130013001300130014001400   2222211   1000900900800800900800   168168116896196
表3不同合金成分、热处理条件的金属组织、物理性质
  试验No.   合金No.   热处理No.   析出金属间化合物   拉伸强度(MPa)   0.2％耐力(MPa)   断裂伸长(％)   维克斯硬度 耐氧化性
 种类   析出量(体积％)   (25℃)  (800℃)
  123456789101112131415161718192021   1123333344556678910111213   424123456767344444422  γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’γ’/D019γ’/D019γ’/D019γ’/D019γ’/B2γ’/B2D019/μB2/μ   49307510506565657575808040705565852510--   131010441335758121410851345132066070259067494011979351026765658652421220   975668951542834737995971650671520629676922822862716619631--   23251225172111140.544316868442＜0.1＜0.1   467327484268422385481473360457336426305450525483432305412478671  290225331226309-310308-292-324-305335301278197220--   △△○△○○○○○○△△△△△△○○○×○
图2是进行1000℃×168小时时效处理过的No.4合金的SEM图像。如图2所示，立方体形状的细微析出物均匀分散，具有与此前使用的Ni基超合金同样的组织。进行900℃×72小时时效处理过的No.1合金的TEM图像(图3)也是立方体形状的细微析出物均匀分散，从电子衍射图像(图4)可以确认是具有Ll2型的结晶结构的析出物。
通过时效处理析出的析出物，呈现难以粗大化的特性，即使于800℃热处理600小时后，其平均粒径也在150nm以下。难以粗大化的特性，意指组织稳定性良好，在比较例中未检出这种Ll2相的均匀析出的情形。
No.3合金的机械特性，如应力-变形曲线(图5)所示，拉伸强度：1085MPa、0.2％耐力：737MPa、断裂伸长：21％，具有与沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)等Ni基合金相同程度或在其以上的机械特性。但是，当γ’相分数大时，可以观察到延展性降低的倾向，因而优选将γ’相分数调整至40～85体积％的范围。
如维克斯硬度的时效温度依赖性(图6)、时效时间依赖性(图7)所示，当为No.3合金时，通过168小时的时效，硬度上升在700～900℃时显著。在超过900℃的加热温度时，析出物粗大化，反之，推测在低于600℃时，不充分的析出是妨碍硬质化的原因。在图6中，为了便于比较，一并示出了Co-Cr-Ta合金、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)的硬度，其中，可以判明No.3合金在更高温下具有硬度峰。从图7可知，硬度的上升，换言之，γ’相的析出，在约5小时前非常迅速地进行，但在5小时后进行缓慢。
实施例2
表4示出了在Co-W-Al合金中添加了组(I)的合金成分的合金设计。Al、W量按照表1的No.3合金决定。调整至规定组成的Co基合金，与实施例1同样进行熔解、铸造，在热轧后进行热处理。所得到的热轧板的特性示于表5。
表4熔融的Co基合金(除杂质外，余量为Co)
  合金No.   合金成分及含量(质量％)
Al W B C Y La
  1415161718   3.73.73.73.73.7   25.025.025.025.025.0   0.2---0.03   -0.7--0.03   --0.4--   ---0.4-
在组(I)中，C以外的成分均是微量添加元素，因而，在添加C以外未观察到大的组织变化。通过添加C而炭化物析出时，Co基合金硬质化。C、B均显示出晶粒边界偏析的倾向，均有助于提高高温蠕变强度。当观察室温下的机械特性时，与No.3合金(三元合金)相比，0.2％耐力上升，但断裂伸长变小，拉伸强度也显示大致同等的值。已知Y、La的添加，对Ni基合金的耐氧化性提高是有效的，在本发明的成分体系中也观察到同样的效果。而且，组(I)的元素对γ’相稳定性、机械特性无实质性的坏影响，因而可期待它们作为非常有效的添加成分。
表5不同合金成分、热处理条件的金属组织、物理性质
  试验No.   合金No.   热处理No.   析出金属间化合物   拉伸强度(MPa)   0.2％耐力(MPa)   断裂伸长(％)   维克斯硬度 耐氧化性
  种类 析出量(体积％)   (25℃)   (800℃)
  2223242526   1415161718   44444   γ’γ’/炭化物γ’γ’γ’   6045606060   13661228131013391244   101810959189341035   10815157   487625445461488   282346280277296   ○○◎◎○
实施例3
表6示出了在Co-W-Al合金中添加了组(II)的合金成分的合金设计。调整至规定组成的Co基合金，与实施例1同样熔解、铸造，在热轧后进行热处理。所得到的热轧板特性示于表7。为便于比较，把Ni基超合金沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)(Cr：19.5％、Mo：4.3％、Co：13.5％、Al：1.4％、Ti：3％、C：0.07％)的物理性质，作为No.33合金一并示于表7。
表6熔制的Co基合金(除杂质外，余量为Co)
  合金No.   合金成分及含量(质量％)
Al W   组(II)的合金成分
  1920212223242526272829303132   4.03.43.53.53.43.43.53.43.43.53.43.43.63.8   26.925.426.426.426.125.426.426.125.526.426.125.423.926.0   Ni：4.3Ir：5.4Fe：1.6Cr：1.5Mo：2.8Re：5.3Ti：1.4Zr：2.6Hf：5.0V：1.5Nb：2.7Ta：5.1Cr：3.7，Ta：5.2Ni：16.6，Ta：5.1
表7不同合金成分、热处理条件的金属组织、物理性质
  试验No.   合金No.   热处理No.   析出金属间化合物   拉伸强度(MPa)   0.2％耐力(MPa)   断裂伸长(％)   维克斯硬度 耐氧化性
  种类   析出量(体积％)   (25℃)   (800℃)
  2728293031323334353637383940   1920212223242526272829303132   44444444444444   γ’γ’γ’B2γ’/D019γ’/D019γ’γ’γ’/D019γ’/D019γ’γ’/D019γ’/D019γ’/D019γ’   6560453540607075757070766570   13071395118011361319140212211252124012031186136513711410   874920772790836870756813922790804955952920   241812161620241291813141520   460510406411452455442421488415421531503385   320345287290311310309280338282310390307335   ○◎○◎○◎△△○△○○◎◎
  41   33   -   γ’   48   1275   795   25   410   309   ◎
将No.3合金、No.30合金、No.32合金、No.33合金(Waspaloy)的DSC曲线示于图8。可以判明，No.30合金，由于Ta的添加，用黑箭头表示的γ’固溶温度，与三元体系合金相比大大上升，与沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)相比，直至高温γ’相稳定地存在。从用白箭头表示的固相线温度(液相出现的温度)高，可以理解，与No.33合金相比，No.3、No.30合金的耐热性优良。No.32合金，是No.30合金的Co被一部分Ni置换的组成的合金，但其γ’固溶温度进一步上升，固相线温度几乎没有降低。
测定No.3合金、No.30合金、No.32合金、No.33合金的高温硬度的结果示于图9。No.3合金与No.33合金具有同等程度的硬度，但添加了Ta的No.30合金，在室温～1000℃的温度区域，显示出比No.33合金高的硬度，与原来的Ni基合金相比，也显示优良的机械特性，因而可以说是非常有希望的耐热材料。No.32合金，在刚进行时效处理后的室温下，与No.3三元体系合金具有几乎同样的硬度，但是，其γ’相直至高温下都稳定，因而，其在高温下的硬度降低少，在1000℃时显示与No.30合金相当的值。
在1000℃×168小时下进行过时效处理的No.23合金、No.30合金的二相(γ+γ’)组织分别示于图10、11。添加了Mo的No.23合金，γ’相为球状，添加了Ta的No.30合金，γ’相以立立体形状析出。析出形态的不同，是来自基体(γ相)与γ’相的晶格常数的差(晶格失配)，但对材料的高温特性也有大的影响。在本成分体系中，通过极少量的添加元素，可大大改变析出形态，因而可根据用途进行多彩的合金设计、进行组织控制。
组(II)中基体(γ)的稳定化元素Fe、Cr，使γ’相析出量减少，固溶温度降低，但Cr具有使耐氧化性·耐腐蚀性显著提高的效果，可以说是实用上不可缺少的元素。Fe是通过时效处理促进硬而脆的B2(CoAl)相析出而使延展性下降的原因，但在熔体化状态反而有助于提高加工性，因而可根据用途调整添加量。
Ni的分配系数约为1，可当量分配在基体、析出物中。然而，本发明人等的研究结果发现，如Ni的添加量发生种种变化的Co-4Al-26.9W三元体系合金的γ’相固溶温度、固相线温度(图12)所示，伴随着Ni量的增加，γ’相固溶温度上升，而固相线温度几乎不下降。这与通过添加Ni而具有高温下硬度降低缓慢的优良的高温特性的No.32合金的结果非常一致。
添加了Ir的No.20合金，除耐氧化性外，室温下硬度、拉伸强度也得到提高。No.24合金，通过添加Re，使耐氧化性得到提高，但机械特性未能得到Ir那样的效果。
Ti、Zr、Hf、V、Nb等第4、5族元素，均使γ’相稳定，析出量增加，因而，在室温、高温下均赋予良好的特性。但是，具有促进D019(Co3W)相析出的作用。D019相，没有对延展性带来B2相带来的那样的不良影响，但由于与γ’相相比而容易粗糙化，因而，在实际的合金设计中必需控制添加量。
No.31、32合金，分别是复合添加Cr与Ta、Ni与Ta的Co基合金，两者均耐氧化性优良，具有与沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)同等水平的高温硬度以及充分的延展性。

Claims (5)

1.一种高耐热性、高强度Co基合金，其特征在于，
其组成为，Al：0.1～10质量％、W：3.0～45质量％，除不可避免的杂质外，余量为Co；以及，
其为析出以原子比表示为式Co3(Al，W)的Ll2型金属间化合物的金属组织。
2.按照权利要求1所述的高耐热性、高强度Co基合金，其中，还以合计量为0.001～2.0％含有选自下列组(I)的一种或二种以上的物质，
组(I)：0.001～1％的B、0.001～2.0％的C、0.01～1.0％的Y、0.01～1.0％的La或稀土元素。
3.按照权利要求1所述的高耐热性、高强度Co基合金，其中，还以合计量为0.1～50％含有选自下列组(II)的一种或二种以上的物质，
析出的Ll2型金属间化合物，以原子比表示为式(Co，X)3(Al，W，Z)，式中，X为Ir、Fe、Cr、Re及/或Ru，Z是Mo、Ti、Nb、Zr、V、Ta及或Hf，Ni进入X、Z两者，
组(II)：50％以下的Ni、50％以下的Ir、10％以下的Fe、20％以下的Cr、15％以下的Mo、10％以下的Re、10％以下的Ru、10％以下的Ti、20％以下的Nb、10％以下的Zr、10％以下的V、20％以下的Ta、10％以下的Hf。
4.按照权利要求1所述的高耐热性、高强度Co基合金，其中，还以合计量为0.001～2.0％含有选自下列组(I)的一种或二种以上的物质，以合计量为0.1～50％含有选自下列组(II)的一种或二种以上的物质，
析出的Ll2型金属间化合物，以原子比表示为式(Co，X)3(Al，W，Z)，式中，X为Ir、Fe、Cr、Re及/或Ru，Z是Mo、Ti、Nb、Zr、V、Ta及或Hf，Ni进入X、Z两者，
组(I)：0.001～1％的B、0.001～2.0％的C、0.01～1.0％的Y、0.01～1.0％的La或稀土元素，
组(II)：50％以下的Ni、50％以下的Ir、10％以下的Fe、20％以下的Cr、15％以下的Mo、10％以下的Re、10％以下的Ru、10％以下的Ti、20％以下的Nb、10％以下的Zr、10％以下的V、20％以下的Ta、10％以下的Hf。
5.一种高耐热性、高强度Co基合金的制造方法，其特征在于，于1100～1400℃的温度区域熔体化具有权利要求1～4中任何一项所述的组成的Co基合金，然后，实施1次以上的500～1100℃的温度区域下的时效处理，使Ll2型金属间化合物[Co3(Al，W)]或[(Co，X)3(Al，W，Z)]析出。
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