JP2000129380A - ニッケル基単結晶超合金 - Google Patents

ニッケル基単結晶超合金

Info

Publication number
JP2000129380A
JP2000129380A JP10309651A JP30965198A JP2000129380A JP 2000129380 A JP2000129380 A JP 2000129380A JP 10309651 A JP10309651 A JP 10309651A JP 30965198 A JP30965198 A JP 30965198A JP 2000129380 A JP2000129380 A JP 2000129380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nickel
single crystal
weight
crystal superalloy
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10309651A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4003319B2 (ja
Inventor
Shigeto Oi
成人 大井
Sadao Nishigori
貞郎 錦織
Akitatsu Masaki
彰樹 正木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP30965198A priority Critical patent/JP4003319B2/ja
Publication of JP2000129380A publication Critical patent/JP2000129380A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4003319B2 publication Critical patent/JP4003319B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 これまで不純物とされ意図的に添加されるこ
とのないシリコンを添加することで融点を上昇し、クリ
ープラプチャー強度など耐熱性の向上を図ることができ
るニッケル基単結晶超合金を提供すること。 【解決手段】 レニウム:2〜7重量%と、モリブデ
ン:0.5〜5.0重量%と、タングステン:2.0〜
6.0重量%と、クロム:0〜5.0重量%と、アルミ
ニウム:3.0〜6.0重量%と、タンタル:3.0〜
8.0重量%と、シリコン:0<〜2.0重量%と、残
部のニッケルおよび偶発的不純物とからなる。これによ
れば、シリコンを0<〜2.0重量%の範囲、特に0.
05〜2.0重量%の多量の添加によって融点が上昇す
るとともに、固溶強化が図られ、クリープラプチャー強
度など耐熱特性の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はニッケル基単結晶
超合金に関し、シリコンを添加して耐熱性の向上を図る
ようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】高温度に対する耐熱性が要求されるガス
タービンエンジンのタービンブレードやベーンなどのに
使用される材料として、従来からニッケル基単結晶超合
金が知られている。
【0003】このニッケル基単結晶超合金としては、従
来、第1世代としてタングステン、モリブデン、タンタ
ルなどの重元素を添加して粒内強度を向上させたものが
開発され、さらに第2世代のニッケル基単結晶超合金と
してレニウムを2.8〜3.2重量%添加することによ
り、第1世代のものに比べ約25℃高い温度で使用可能
なものが開発され、米国キャノン・ムスケゴン社のCM
SX−4合金として商業的に知られている。
【0004】また、第2世代のニッケル基単結晶超合金
よりさらに優れた第3世代のものの開発が行われてお
り、特開平7−138683号公報には、耐火性元素で
あるタングステン+レニウム+モリブデン+タンタルの
含有総量をより多くすることで機械的性質を改善したニ
ッケル基単結晶超合金が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ガスタービ
ンエンジンの性能向上には、構成部材の耐熱温度に対す
る一層の性能向上が不可欠であり、特に、耐熱性に関す
る性質の1つであるクリープラプチャー強度の一層の向
上が課題となっている。
【0006】この発明はかかる従来技術の有する課題を
解決するためになされたもので、これまで不純物として
取り扱われ意図的に添加されていないシリコンを添加す
ることで融点を上昇し、クリープラプチャー強度など耐
熱性の向上を図ることができるニッケル基単結晶超合金
を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】ニッケル基単結晶超合金
は、ニッケルからなるマトリックスであるγ相と、合金
元素の金属間化合物からなるγ´相(Ni 3 (Al ,T
i )とで構成されている。
【0008】このようなニッケル基単結晶超合金を構成
するγ´相の金属間化合物単体の研究で、これまで不純
物として取り扱われ意図的に添加されていないシリコン
を添加することで、γ´相の高温強度が向上することに
着目し、ニッケル基単結晶超合金にシリコンを添加する
ことで、本願発明を完成したものである。
【0009】すなわち、上記従来技術が有する課題を解
決するため、この発明のニッケル基単結晶超合金は、レ
ニウム:2〜7重量%と、モリブデン:0.5〜5.0
重量%と、タングステン:2.0〜6.0重量%と、ク
ロム:0〜5.0重量%と、アルミニウム:3.0〜
6.0重量%と、タンタル:3.0〜8.0重量%と、
シリコン:0<〜2.0重量%と、残部のニッケルおよ
び偶発的不純物とからなることを特徴とするものであ
る。
【0010】このニッケル基単結晶超合金によれば、シ
リコンを0<〜2.0重量%の範囲、特に0.05〜
2.0重量%の添加によって融点が上昇するとともに、
固溶強化が図られ、クリープラプチャー強度など耐熱特
性の向上を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明のニッケル基単結
晶超合金の一実施の形態について詳細に説明する。
【0012】このニッケル基単結晶超合金は、レニウ
ム:2〜7重量%と、モリブデン:0.5〜5.0重量
%と、タングステン:2.0〜6.0重量%と、クロ
ム:0〜5.0重量%と、アルミニウム:3.0〜6.
0重量%と、タンタル:3.0〜8.0重量%と、シリ
コン:0<〜2.0重量%と、残部のニッケルおよび偶
発的不純物とからなるものである。
【0013】このニッケル基単結晶超合金の添加元素の
それぞれについて説明すると、まず、レニウムは、2〜
7重量%含有される。このレニウムの添加により、固溶
強化がなされるとともに、溶融開始温度を高めるのに効
果がある。
【0014】モリブデンは0.5〜5.0重量%含有さ
れる。このモリブデンの添加により固溶強化がなされる
が、レニウムほど効果的ではない。
【0015】タングステンは2.0〜6.0重量%含有
される。このタングステンの添加により、固溶強化がな
されるとともに、γ一次相の強化に寄与する。また、合
金の溶融開始温度を高めるのに効果がある。
【0016】クロムは任意添加元素であり、0〜5.0
重量%含有される。このクロムの添加により、耐高温腐
蝕性の向上に寄与する。
【0017】アルミニウムは3.0〜6.0重量%含有
される。このアルミニウムはγ一次相を構成する主要な
元素であり、このアルミニウムの添加により、耐酸化性
および析出強化がなされる。
【0018】タンタルは3.0〜8.0重量%含有され
る。このタンタルの添加により、固溶強化がなされる。
【0019】シリコンは0<〜5.0重量%含有され、
好ましくは0.05〜2.0重量%である。シリコン
は、従来、不純物として取り扱われ、意図的に添加され
ることはなく、ニッケル基単結晶超合金の場合でも偶発
的な不純物として0〜0.05重量%程度含まれること
を許容しているに過ぎなかったが、このニッケル基単結
晶超合金では、シリコンを意図的に添加し、その添加量
も0<〜2.0重量%、好ましくは0.05〜2.0重
量%と多量とされる。
【0020】このシリコンの添加よって固溶強化がなさ
れると考えられるもので、ニッケル基単結晶超合金を構
成するγ´相の金属間化合物単体の研究で、これまで不
純物として取り扱われ意図的に添加されていないシリコ
ンを添加することで、γ´相の高温強度が向上すること
に基づくものである。
【0021】このニッケル基単結晶超合金の添加元素の
残りの部分は、ニッケルおよび偶発的不純物からなる。
この偶発的不純物は工業的製造過程で入り込むものであ
り、その混入量は極力抑えるべきものである。
【0022】このような添加元素からなるニッケル基単
結晶超合金は、予め目標組成に溶製したメルティング・
ストックを用い、これを鋳型で単結晶化すること等で得
ることができ、得られた単結晶化後の成分分析結果も目
標組成通りのものが得られることを確認している。ま
た、この単結晶化には、工業レベルの大型炉を用いて試
作したが、単結晶化および鋳造性について、特に試作上
の問題を生じることはなかった。
【0023】こうして得られるニッケル基単結晶超合金
は、モリブデン、レニウム、タングステンなどが多く固
溶していること、特に単結晶化はデンドライト凝固範囲
で温度勾配、凝固速度を制御するため、凝固偏析が避け
られないこと、また、固液界面における偏析係数には合
金元素によって差異があり、デンドライト内および最終
凝固部周辺で顕著な濃度勾配が生じることから、成分元
素の拡散を利用しながら適切な昇温速度の設定、あるい
は保持時間設定による溶体化を多段階で施して最高温温
度での溶体化処理が行われる。例えば、鋳造のままの単
結晶材で、昇温・降温速度を20℃/min とし、最高温
温度での溶体化処理条件を1340℃、3時間に設定す
れば良い。
【0024】また、溶体化処理後、必要に応じて時効処
理が行われる。例えば、上記溶体化処理後、1080
℃、4時間の時効処理を行う。
【0025】このようなニッケル基単結晶超合金では、
600〜1000℃での高温引張試験において、シリコ
ンを添加しないものに比べ、改善効果が著しく、100
0℃/200MPa 及び1050℃/140MPa のク
リープ破断試験においてもシリコン添加による一層著し
い効果が認められた。
【0026】また、ヤング率の測定においては第2世代
のニッケル基単結晶超合金と同程度の値であった。
【0027】以上のように、このニッケル基単結晶超合
金によれば、シリコンの意図的な添加によって、固溶強
化が図られ、融点が上昇するとともに、クリープラプチ
ャー強度など耐熱特性の向上を図ることができる。
【0028】したがって、このニッケル基単結晶超合金
を高温度に対する耐熱性が要求されるガスタービンエン
ジンのタービンブレードやベーンなどの材料として使用
することで、一層の性能向上を図ることができる。
【0029】
【実施例】以下、この発明のニッケル基単結晶超合金の
一実施例について、比較例とともに説明するが、この発
明はこれら実施例に何等限定されるものではない。
【0030】この発明のニッケル基単結晶超合金として
表1に示す目標組成の実施例(STDSi )と、比較の
ためシリコンが添加されていない以外に同一目標組成の
ものを比較例(STD)として用意した。
【0031】実施例(STDSi )及び比較例(ST
D)それぞれの超合金について予め溶製した10kg の
メルティング・ストックを用い、13mmφ×100mmの
丸棒の鋳型で単結晶化を行った。
【0032】そして、単結晶化後の化学成分について分
析し、表1に示すように、ほぼ目標通りの化学成分であ
ることを確認した。
【0033】
【表1】
【0034】こうして得られた鋳造のままの単結晶材に
ついて、示差熱分析を利用した溶体化処理温度の推定を
行い、その結果として比較例(STD)の場合を図1に
示すように、昇温、降温速度をいずれも20℃/min と
した。
【0035】また、鋳造のままの単結晶材のミクロ組織
を観察した結果、図示省略したが、凝固偏析を示し、デ
ンドライトコアが明瞭に認められた。
【0036】そして、最高温温度での溶体化処理条件
を、示差熱分析結果、ミクロ組織の観察結果などに鑑
み、1340℃、3時間に設定した。
【0037】この結果、図示省略したが、共晶γ/γ´
が完全に固溶した良好な溶体化組織が得られた。
【0038】さらに、この溶体化処理後、1080℃、
4時間の時効処理を行った。
【0039】こうして得られた実施例(STDSi )と
比較例(STD)とのそれぞれについて、特性評価のた
め、高温引張試験、クリープ破断試験およびヤング率の
測定試験を行った。
【0040】高温引張試験の結果を示したものが図2で
あり、同図から明らかなように、600〜1000℃ま
での範囲おいて、比較例(STD)に比べてシリコン添
加の実施例(STDSi )の高温引張特性が著しく改善
されることが分かる。
【0041】また、1000℃/200MPa 及び10
50℃/140MPa のクリープ破断試験結果を示した
ものが図3であり、同図から明らかなように、比較例
(STD)に比べてシリコン添加の実施例(STDSi
)のクリープ破断時間が著しく改善され、約2倍にも
なっている。
【0042】これら高温引張試験およびクリープ破断試
験結果から、粒界が存在しない単結晶合金においても、
シリコンの添加により高温特性の改善が認められたこと
から、シリコン添加がγ´相そのものの強化に寄与して
いる可能性が高いと推察される。
【0043】ヤング率の測定試験として、室温(R
T)、900、1000、1100℃のヤング率を測定
し、その結果を図4に示した。
【0044】なお、ヤング率の測定は、厚さ2mm、幅1
0mm、長さ100mmの試料を用い、真空理工製の内部摩
擦測定装置で共振法により求めた。
【0045】この結果、比較例と実施例のヤング率がほ
ぼ同等であり、その絶対値も第2世代のニッケル基単結
晶超合金の値と比較して室温においては低めの値を示す
が、600〜1100℃の範囲ではむしろ高い値を示し
た。
【0046】
【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したように、この発明のニッケル基単結晶超合金によ
れば、シリコンを0<〜2.0重量%の範囲、特に0.
05〜2.0重量%の多量の添加によって融点が上昇す
るとともに、固溶強化が図られ、クリープラプチャー強
度など耐熱特性の向上を図ることができる。
【0047】したがって、このニッケル基単結晶超合金
を高温度に対する耐熱性が要求されるガスタービンエン
ジンのタービンブレードやベーンなどの材料として使用
することで、一層の性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリコンを添加しない比較例のニッケル基単結
晶超合金の示差熱分析結果を示すグラフである。
【図2】この発明のニッケル基単結晶超合金の一実施例
の高温引張試験結果を示すグラフである。
【図3】この発明のニッケル基単結晶超合金の一実施例
のクリープ破断試験結果を示すグラフである。
【図4】この発明のニッケル基単結晶超合金の一実施例
のヤング率測定試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
STDSi 実施例(シリコン添加材) STD 比較例(シリコン未添加材)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レニウム:2〜7重量%と、モリブデン:
    0.5〜5.0重量%と、タングステン:2.0〜6.
    0重量%と、クロム:0〜5.0重量%と、アルミニウ
    ム:3.0〜6.0重量%と、タンタル:3.0〜8.
    0重量%と、シリコン:0<〜2.0重量%と、残部の
    ニッケルおよび偶発的不純物とからなることを特徴とす
    るニッケル基単結晶超合金。
JP30965198A 1998-10-30 1998-10-30 ニッケル基単結晶超合金 Expired - Fee Related JP4003319B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30965198A JP4003319B2 (ja) 1998-10-30 1998-10-30 ニッケル基単結晶超合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30965198A JP4003319B2 (ja) 1998-10-30 1998-10-30 ニッケル基単結晶超合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000129380A true JP2000129380A (ja) 2000-05-09
JP4003319B2 JP4003319B2 (ja) 2007-11-07

Family

ID=17995623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30965198A Expired - Fee Related JP4003319B2 (ja) 1998-10-30 1998-10-30 ニッケル基単結晶超合金

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4003319B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100254822A1 (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Brian Thomas Hazel Super oxidation and cyclic damage resistant nickel-base superalloy and articles formed therefrom

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100254822A1 (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Brian Thomas Hazel Super oxidation and cyclic damage resistant nickel-base superalloy and articles formed therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
JP4003319B2 (ja) 2007-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0126120B1 (ko) 터빈 엔진용 단결정 니켈기저 초합금
JP4995570B2 (ja) ニッケル基合金及びニッケル基合金の熱処理法
JP4885530B2 (ja) 高強度高延性Ni基超合金と、それを用いた部材及び製造方法
AU2007345231C1 (en) Nickel-base alloy for gas turbine applications
JP4036091B2 (ja) ニッケル基耐熱合金及びガスタービン翼
RU2415959C1 (ru) МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО ЛОПАТКА ТУРБИНЫ
EP0434996A1 (en) Nickle-based single crystal superalloy
JPH0245694B2 (ja)
JP3902714B2 (ja) γ′ソルバスの高い、ニッケル系単結晶超合金
KR20040007212A (ko) 니켈계 초합금 및 그로부터 제조된 터빈 구성요소
JPS61147839A (ja) 耐疲労性ニツケル基超合金鍛造体とその製法
JPS60155637A (ja) 単結晶キヤステイング製造用合金
JP4719583B2 (ja) 強度、耐食性及び耐酸化特性に優れた一方向凝固用ニッケル基超合金及び一方向凝固ニッケル基超合金の製造方法
JP3559670B2 (ja) 方向性凝固用高強度Ni基超合金
TW201710519A (zh) 雙相Ni-Cr-Mo合金之製造方法
JP4222540B2 (ja) ニッケル基単結晶超合金、その製造方法およびガスタービン高温部品
JP4579573B2 (ja) ニッケル基合金
KR100219929B1 (ko) 고온내식성 단결정 니켈계 초내열 합금
JPH11246924A (ja) Ni基単結晶超合金、その製造方法およびガスタービン部品
JP3679973B2 (ja) 単結晶Ni基耐熱合金およびタービン翼およびガスタービン
JPH06184685A (ja) 析出硬化性ニッケル系超合金およびこの合金を調整凝固された構造用部材の製造の際の材料として使用する方法
JPH028016B2 (ja)
JP4003318B2 (ja) ニッケル基単結晶超合金
JP4003319B2 (ja) ニッケル基単結晶超合金
US8241560B2 (en) Nickel base superalloy and single crystal castings

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050921

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070509

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070731

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070813

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100831

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110831

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110831

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120831

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120831

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130831

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees