JP2000017361A - Ｎｉ基単結晶合金 - Google Patents
Ｎｉ基単結晶合金Info
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- JP2000017361A JP2000017361A JP18017698A JP18017698A JP2000017361A JP 2000017361 A JP2000017361 A JP 2000017361A JP 18017698 A JP18017698 A JP 18017698A JP 18017698 A JP18017698 A JP 18017698A JP 2000017361 A JP2000017361 A JP 2000017361A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐食性不要という条件を利用して、Ｃｒ成分
を固溶を強化する成分に代えて耐熱強度を向上させ、さ
らに容体化処理の容易なNi基単結晶合金を提供する。 【解決手段】 重量％でＭｏ：５．０〜７．０％，Ｗ：
４．０〜５．５％，Ａｌ：４．５〜６．０％，Ｔｉ：
０．１〜１．０％，Ｔａ：５．０〜７．０％，Ｒｅ：
５．０〜７．０％，残部がＮｉおよび不可避不純物から
なり、容体化処理を、先ず１３４０±５℃で２時間行
い、次に１３５０±５℃で２時間行い、最後に１３６０
±５℃で３時間行う。
を固溶を強化する成分に代えて耐熱強度を向上させ、さ
らに容体化処理の容易なNi基単結晶合金を提供する。 【解決手段】 重量％でＭｏ：５．０〜７．０％，Ｗ：
４．０〜５．５％，Ａｌ：４．５〜６．０％，Ｔｉ：
０．１〜１．０％，Ｔａ：５．０〜７．０％，Ｒｅ：
５．０〜７．０％，残部がＮｉおよび不可避不純物から
なり、容体化処理を、先ず１３４０±５℃で２時間行
い、次に１３５０±５℃で２時間行い、最後に１３６０
±５℃で３時間行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素燃焼という環
境で使用されるため耐食性が不要なＮｉ基単結晶合金に
係わり、特に容体化処理に関する。
境で使用されるため耐食性が不要なＮｉ基単結晶合金に
係わり、特に容体化処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】γ´析出強化型のＮｉ基合金は、航空機
や発電用ガスタービンのブレードのように、高温下で高
強度を要求される耐熱合金として多用されている。Ｎｉ
基合金が耐熱合金の主流になっている理由は、まず第１
にＮｉがγ相を形成し、多種類の元素を固溶し得ること
であり、第２にはγ´相（Ｎｉ3 Ａｌ）が析出強化相で
Ｎｉのγ相同様多種類の元素を固溶し、しかもこのγ´
相は高温においても長時間比較的安定に微細に保たれる
ためである。γ´相は強さが温度の上昇とともに増大す
るという正の温度依存性を有しており、普通の金属・合
金には見いだせない特異な性質を持っており、このγ´
相の析出強化がＮｉ基耐熱合金の基本となっている。
や発電用ガスタービンのブレードのように、高温下で高
強度を要求される耐熱合金として多用されている。Ｎｉ
基合金が耐熱合金の主流になっている理由は、まず第１
にＮｉがγ相を形成し、多種類の元素を固溶し得ること
であり、第２にはγ´相（Ｎｉ3 Ａｌ）が析出強化相で
Ｎｉのγ相同様多種類の元素を固溶し、しかもこのγ´
相は高温においても長時間比較的安定に微細に保たれる
ためである。γ´相は強さが温度の上昇とともに増大す
るという正の温度依存性を有しており、普通の金属・合
金には見いだせない特異な性質を持っており、このγ´
相の析出強化がＮｉ基耐熱合金の基本となっている。
【０００３】このようなＮｉ基耐熱合金の例としてＣＭ
ＳＸ−４と呼ばれるＮｉ基単結晶合金が知られている。
その化学組成は重量％で、Ｃｏ：９．６，Ｃｒ：６．
５，Ａｌ：５．６，Ｔｉ：１．０，Ｔａ：６．５，Ｗ：
６．４，Ｍｏ：０．６，Ｒｅ：３．０，Ｈｆ：０．１，
残部がＮｉおよび不可避不純物からなる。熱処理条件
は、１２７７℃で２ｈｒ保持した後、１２８８℃で２ｈ
ｒ保持し、さらに１２９６℃で３ｈｒ保持した後、１３
０４℃で３ｈｒ保持し、１３１３℃で２ｈｒ保持した
後、１３１６℃で２ｈｒ保持し、１０８０℃で４ｈｒ保
持した後に急冷し、最後に８７０℃で２０ｈｒ空冷す
る。
ＳＸ−４と呼ばれるＮｉ基単結晶合金が知られている。
その化学組成は重量％で、Ｃｏ：９．６，Ｃｒ：６．
５，Ａｌ：５．６，Ｔｉ：１．０，Ｔａ：６．５，Ｗ：
６．４，Ｍｏ：０．６，Ｒｅ：３．０，Ｈｆ：０．１，
残部がＮｉおよび不可避不純物からなる。熱処理条件
は、１２７７℃で２ｈｒ保持した後、１２８８℃で２ｈ
ｒ保持し、さらに１２９６℃で３ｈｒ保持した後、１３
０４℃で３ｈｒ保持し、１３１３℃で２ｈｒ保持した
後、１３１６℃で２ｈｒ保持し、１０８０℃で４ｈｒ保
持した後に急冷し、最後に８７０℃で２０ｈｒ空冷す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＣＭＳＸ−４は高温強
度の改善を指向した合金で、強度的には優れているが、
添加元素の組み合わせが複雑であり、また、Ｗ，Ｒｅの
均質化（デンドライト模様の消失と共晶γ／γ´の固
溶）のために、６段階にもなる容体化処理を必要とし、
温度勾配条件も細かく規定されているため、製造が容易
ではない。
度の改善を指向した合金で、強度的には優れているが、
添加元素の組み合わせが複雑であり、また、Ｗ，Ｒｅの
均質化（デンドライト模様の消失と共晶γ／γ´の固
溶）のために、６段階にもなる容体化処理を必要とし、
温度勾配条件も細かく規定されているため、製造が容易
ではない。
【０００５】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、耐食性不要という条件を利用して、Ｃｒ成分を
固溶を強化する成分に代えて耐熱強度を向上させ、さら
に容体化処理の容易なNi基単結晶合金を提供することを
目的する。
もので、耐食性不要という条件を利用して、Ｃｒ成分を
固溶を強化する成分に代えて耐熱強度を向上させ、さら
に容体化処理の容易なNi基単結晶合金を提供することを
目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１の発明では、重量％でＭｏ：５．０〜７．０
％，Ｗ：４．０〜５．５％，Ａｌ：４．５〜６．０％，
Ｔｉ：０．１〜１．０％，Ｔａ：５．０〜７．０％，Ｒ
ｅ：５．０〜７．０％，残部がＮｉおよび不可避不純物
からなり、容体化処理を、先ず１３４０±５℃で２時間
行い、次に１３５０±５℃で２時間行い、最後に１３６
０±５℃で３時間行う。
請求項１の発明では、重量％でＭｏ：５．０〜７．０
％，Ｗ：４．０〜５．５％，Ａｌ：４．５〜６．０％，
Ｔｉ：０．１〜１．０％，Ｔａ：５．０〜７．０％，Ｒ
ｅ：５．０〜７．０％，残部がＮｉおよび不可避不純物
からなり、容体化処理を、先ず１３４０±５℃で２時間
行い、次に１３５０±５℃で２時間行い、最後に１３６
０±５℃で３時間行う。
【０００７】水素燃焼という耐食性不要な環境で使用す
るので、Ｃｒを無添加とし、Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等の
固溶強化元素の添加する量を多くして高温強度を向上さ
せる。また、上述の容体化処理を行うことにより、Ｎｉ
のγ相とγ´相（Ｎｉ3 Ａｌ）の共晶を十分固溶させる
ことができる。これにより高温高強度を得ることができ
る。
るので、Ｃｒを無添加とし、Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等の
固溶強化元素の添加する量を多くして高温強度を向上さ
せる。また、上述の容体化処理を行うことにより、Ｎｉ
のγ相とγ´相（Ｎｉ3 Ａｌ）の共晶を十分固溶させる
ことができる。これにより高温高強度を得ることができ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。本発明のＮｉ基単結晶合金は、使用
環境が水素燃焼の環境であり、高温ではあるが、耐食性
は必要ないので、耐食性に有効なＣｒを無添加とし、Ｒ
ｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａなどの固溶強化に有効な成分の量を
できるだけ多く加えている。特にＣｒを添加しないと低
温（６００℃程度）や中温（８００℃程度）で、クリー
プ強度が不足するので、Ｒｅをできるだけ多く加えてク
リープ強度の低下を防止し、他の元素Ｍｏ，Ｗ，Ｔａも
バランスよく添加している。
参照して説明する。本発明のＮｉ基単結晶合金は、使用
環境が水素燃焼の環境であり、高温ではあるが、耐食性
は必要ないので、耐食性に有効なＣｒを無添加とし、Ｒ
ｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａなどの固溶強化に有効な成分の量を
できるだけ多く加えている。特にＣｒを添加しないと低
温（６００℃程度）や中温（８００℃程度）で、クリー
プ強度が不足するので、Ｒｅをできるだけ多く加えてク
リープ強度の低下を防止し、他の元素Ｍｏ，Ｗ，Ｔａも
バランスよく添加している。
【０００９】さらに、容体化処理を、先ず１３４０±５
℃で２時間行い、次に１３５０±５℃で２時間行い、最
後に１３６０±５℃で３時間行うことにより、Ｎｉのγ
相とγ´相（Ｎｉ3 Ａｌ）の共晶γ／γ´を十分固溶さ
せることができる。単結晶合金は、凝固時に生じる共晶
γ／γ´が多量にあり、これを十分固溶化する必要があ
るため、先に説明したＣＭＳＸ−４では６段階の固溶化
処理を行っているが、本発明では、３段階の処理で共晶
γ／γ´を十分固溶化することができる。この処理によ
り高温高強度が得られる。
℃で２時間行い、次に１３５０±５℃で２時間行い、最
後に１３６０±５℃で３時間行うことにより、Ｎｉのγ
相とγ´相（Ｎｉ3 Ａｌ）の共晶γ／γ´を十分固溶さ
せることができる。単結晶合金は、凝固時に生じる共晶
γ／γ´が多量にあり、これを十分固溶化する必要があ
るため、先に説明したＣＭＳＸ−４では６段階の固溶化
処理を行っているが、本発明では、３段階の処理で共晶
γ／γ´を十分固溶化することができる。この処理によ
り高温高強度が得られる。
【００１０】次に、本発明のＮｉ基単結晶合金を構成す
る元素について説明する。 Ｎｉ：単結晶合金のベースであり、以下の添加元素の残
量分含まれる。 Ａｌ：含有量は4. 5〜6.0 重量％で、Ｎｉ3 Ａｌ金属間
化合物を形成し、その形成するＡｌ添加量を選択してい
る。 Ｔｉ：含有量は0. 1〜1.0 重量％で、Ｎｉ3 Ａｌ金属間
化合物を形成し、その形成するＴｉ添加量を選択してい
る。実際には、この合金系ではＮｉ3 ( Ａｌ，Ｔｉ）と
なる化合物となっている。 Ｔａ：含有量は5. 0〜7.0 重量％で、Ｎｉ母材、Ｎｉ3
( Ａｌ，Ｔｉ）へ固溶し、それぞれを強化している。ま
た、その強化が作用する添加量を選択している。
る元素について説明する。 Ｎｉ：単結晶合金のベースであり、以下の添加元素の残
量分含まれる。 Ａｌ：含有量は4. 5〜6.0 重量％で、Ｎｉ3 Ａｌ金属間
化合物を形成し、その形成するＡｌ添加量を選択してい
る。 Ｔｉ：含有量は0. 1〜1.0 重量％で、Ｎｉ3 Ａｌ金属間
化合物を形成し、その形成するＴｉ添加量を選択してい
る。実際には、この合金系ではＮｉ3 ( Ａｌ，Ｔｉ）と
なる化合物となっている。 Ｔａ：含有量は5. 0〜7.0 重量％で、Ｎｉ母材、Ｎｉ3
( Ａｌ，Ｔｉ）へ固溶し、それぞれを強化している。ま
た、その強化が作用する添加量を選択している。
【００１１】Ｒｅ：含有量は5. 0〜7.0 重量％で、Ｎｉ
母材へ固溶し、それを強化している。 また、その強化が作用する添加量を選択している。さら
に、Ｃｒの添加がないのを補って、低温（６００℃程
度）、中温（８００℃程度）におけるクリープ強度の低
下を抑えている。 Ｗ：含有量は4. 0〜5.5 重量％で、Ｎｉ母材へ固溶し、
それを強化している。また、その強化が作用する添加量
を選択している。
母材へ固溶し、それを強化している。 また、その強化が作用する添加量を選択している。さら
に、Ｃｒの添加がないのを補って、低温（６００℃程
度）、中温（８００℃程度）におけるクリープ強度の低
下を抑えている。 Ｗ：含有量は4. 0〜5.5 重量％で、Ｎｉ母材へ固溶し、
それを強化している。また、その強化が作用する添加量
を選択している。
【００１２】次に製造方法について説明する。 上記成分を調整したマスターインゴットを製作す
る。 単結晶合金製作用鋳型を作製する。 鋳型を単結晶製作用溶解炉にセットし、マスターイ
ンゴットを溶解して流し込み、温度勾配をつけて単結晶
化する。 単結晶化後、熱処理を実施し、試験片や製品とす
る。
る。 単結晶合金製作用鋳型を作製する。 鋳型を単結晶製作用溶解炉にセットし、マスターイ
ンゴットを溶解して流し込み、温度勾配をつけて単結晶
化する。 単結晶化後、熱処理を実施し、試験片や製品とす
る。
【００１３】熱処理（容体化処理）は、先ず１３４０±
５℃で２時間行い、次に１３５０±５℃で２時間行い、
最後に１３６０±５℃で３時間行う。通常、容体化処理
をする真空炉の温度制御能力は±１４℃程度あるが、こ
の精度を上げ±５℃の精度を維持する。
５℃で２時間行い、次に１３５０±５℃で２時間行い、
最後に１３６０±５℃で３時間行う。通常、容体化処理
をする真空炉の温度制御能力は±１４℃程度あるが、こ
の精度を上げ±５℃の精度を維持する。
【００１４】製造設備として、次の炉を使用する。 方向性凝固炉…単結晶合金を作成するために用いら
れる。 真空炉…熱処理（容体化処理）を実施するために用
いられる。
れる。 真空炉…熱処理（容体化処理）を実施するために用
いられる。
【００１５】本発明のＮｉ基単結晶合金の共晶γ／γ´
の固溶化の成果を説明する。テスト材の化学成分は、重
量％で、Mo:6.0,W:4.8,Al:5.3,Ti:0.5,Ta:6.0,Re:6.0，
残部はＮｉであり、上記の設備と方法で製作された。
の固溶化の成果を説明する。テスト材の化学成分は、重
量％で、Mo:6.0,W:4.8,Al:5.3,Ti:0.5,Ta:6.0,Re:6.0，
残部はＮｉであり、上記の設備と方法で製作された。
【００１６】図１は本発明のＮｉ基単結晶合金の顕微鏡
写真を示す。倍率は１００倍で、共晶γ／γ´は完全に
固溶している。
写真を示す。倍率は１００倍で、共晶γ／γ´は完全に
固溶している。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
では、耐食性を要求されない水素燃焼環境で使用される
要件に合わせて、Ｃｒを添加せず、固溶強化機能を有す
る元素をその量を多く含有させ、これに３段階の容体化
処理を行うことにより、耐熱強度の優れたＮｉ基単結晶
合金を得ることができた。なお、Ｒｅをできるだけ多く
含有させて、Ｃｒ欠如による低温、中温のクリープ強度
の低下を防止することができた。
では、耐食性を要求されない水素燃焼環境で使用される
要件に合わせて、Ｃｒを添加せず、固溶強化機能を有す
る元素をその量を多く含有させ、これに３段階の容体化
処理を行うことにより、耐熱強度の優れたＮｉ基単結晶
合金を得ることができた。なお、Ｒｅをできるだけ多く
含有させて、Ｃｒ欠如による低温、中温のクリープ強度
の低下を防止することができた。
【図１】本発明の容体化処理を施したＮｉ基単結晶合金
の顕微鏡写真（１００倍）を示す。
の顕微鏡写真（１００倍）を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％でＭｏ：５．０〜７．０％，Ｗ：
４．０〜５．５％，Ａｌ：４．５〜６．０％，Ｔｉ：
０．１〜１．０％，Ｔａ：５．０〜７．０％，Ｒｅ：
５．０〜７．０％，残部がＮｉおよび不可避不純物から
なり、容体化処理を、先ず１３４０±５℃で２時間行
い、次に１３５０±５℃で２時間行い、最後に１３６０
±５℃で３時間行うことを特徴とするＮｉ基単結晶合
金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18017698A JP2000017361A (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Ｎｉ基単結晶合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18017698A JP2000017361A (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Ｎｉ基単結晶合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000017361A true JP2000017361A (ja) | 2000-01-18 |
Family
ID=16078732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18017698A Pending JP2000017361A (ja) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Ｎｉ基単結晶合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000017361A (ja) |
-
1998
- 1998-06-26 JP JP18017698A patent/JP2000017361A/ja active Pending
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