JP2000212709A - 強度及び熱安定性の向上した超合金を製造するための熱機械的方法 - Google Patents

強度及び熱安定性の向上した超合金を製造するための熱機械的方法

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JP2000212709A
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エティ・ガニン
Gregory Reznikov
グレゴリー・レスニコフ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温用途に使用するための所望寸法の高強度
かつ熱安定性の合金を製造する効率的方法。 【解決手段】 結晶粒の成長が起こる温度よりも低い温
度で所定寸法の合金棒又はロッド素材を予め加熱する工
程と、前記合金の粒界相を断片化するのに十分な変形レ
ベル及び温度の下で加熱した前記合金棒又はロッド素材
に回転鍛造を施す工程とを含む、高強度かつ熱安定性の
合金を製造するための熱機械的方法。こうして得られた
合金は、極微で非常に均一な結晶粒度、室温及び高温に
おける高い引張強さ、良好な延性、並びに熱機械的方法
を受けていない従来の合金に比べて約２倍の長さの応力
破断速度を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、室温及び高温における強度及
び熱安定性の向上した超合金に関するものである。更に
詳しく言えば本発明は、優れた機械的及び熱的性質を有
する超合金を製造するための、回転鍛造を含む熱機械的
方法に関する。
【０００２】ニッケル基合金、鉄・ニッケル基合金及び
コバルト基合金のごとき超合金は古くから知られてい
て、高温用途〔一般に５４０℃（１０００°Ｆ）より高
い温度における用途〕において使用されてきた。動作に
際して高い強度が要求されると共に、高温下で長期間に
わたり荷重に耐え得る能力を有するという理由から、か
かる合金は航空機エンジン部品の製造にとって特に有用
であった。これらの合金はまた、やはり高温及び高機械
的応力環境において動作する電子ビーム発生装置（たと
えばＸ線管）においても使用されている。
【０００３】Ｘ線管は、通例、円筒形の真空容器内に封
入された互いに対向する電極を有している。かかる電極
は電子を放出する陰極アセンブリを含んでいて、この陰
極は回転する円板状の陽極アセンブリのターゲット軌道
から一定の距離を置いて配置されている。陽極のターゲ
ット軌道又は衝撃領域は、通例、大きい原子番号及び高
い融点を有する耐火性金属（たとえば、タングステン又
はタングステン合金）から構成されている。陰極は、熱
電子を放出するフィラメントを有している。かかる電子
は陰極アセンブリと陽極アセンブリとの間の電位差によ
って加速され、そして陽極のターゲット軌道を高速で衝
撃する。かかる電子の運動エネルギーの僅かな部分が高
エネルギーの電磁線又はＸ線に変わる一方、残部は熱エ
ネルギーに変わるか、あるいは後方散乱電子中に含まれ
る。高温のターゲットからの熱エネルギーは、Ｘ線管の
真空容器内の他の部品に対して放射され、そして最終的
には循環する冷却液によって容器から取除かれる。後方
散乱電子は真空容器内の他の部品を更に衝撃し、それに
よってＸ線管を更に加熱する。かかる熱エネルギーによ
って生じた高い温度はＸ線管の部品を大きい熱応力に暴
露するが、これはＸ線管の動作にとって様々な問題を引
起こす。
【０００４】更にまた、陽極のターゲット面の温度が極
めて高いため、ターゲット面に近接して配置される合金
は高温及び熱応力に耐えるように製造されていることが
重要である。Ｘ線管部品において通例使用される合金は
「アロイ(Alloy) ９０９」と呼ばれるものであって、こ
れは〔アメリカ合衆国ウェストヴァージニア州ハンティ
ングトン所在のインコ・インターナショナル(Inco Inte
rnational)社製の〕インコロイ(Incoloy) （登録商標）
９０９及び〔アメリカ合衆国ペンシルヴェニア州リディ
ング所在のカーペンター・アロイズ(Carpenter Alloys)
社製の〕ＣＴＸ−９０９の商品名で知られている。それ
らの組成は実質的に同じであるが、インコロイ９０９
（登録商標）及びＣＴＸ−９０９は下記に一層詳しく記
載されるような相異なるミクロ構造特性を示す。
【０００５】アロイ９０９は管理された低熱膨張率の合
金であって、これは７００℃（１２９２°Ｆ）以下の温
度において使用されるのが通例である。アロイ９０９
は、真空誘導融解法（ＶＩＭ）及び真空アーク再融解法
（ＶＡＲ）により、インゴットとして製造される。次い
で、熱間圧延操作によってインゴットから鍛練棒材が製
造される。締結具用途のために使用される小径の合金棒
及びロッドは、冷間引抜線材から作製されるのが通例で
ある。
【０００６】宇宙航空材料規格（ＡＭＳ）の指針５８８
４に従えば、インコロイ（登録商標）９０９の材料特性
は合金の加工時に受ける熱機械的処理に対して非常に敏
感である。ＡＭＳ５８８４は、インコロイ（登録商標）
９０９のごとき工業用の合金の結晶粒度に関する要求条
件を規定していて、これらの要求条件に適合しなければ
その合金は不適格とされる。インコロイ（登録商標）９
０９に対して何らかの冷間加工（たとえば、線材の冷間
引抜き）を実施した場合には、再溶体化及び析出のため
の熱処理が要求される。再溶体化焼なましは、合金の結
晶粒度及び以後の材料特性を制御する上で決定的な工程
の１つである。結晶粒の過度の成長を回避するため、再
溶体化焼なましは約９８２±１４℃で実施することが推
奨される。この温度が推奨される範囲を越えると、急速
な結晶粒の成長が起こり、その結果として合金の強度が
低下する。
【０００７】結晶粒度の不適合のために合金が不適格と
されることは、残念ながら非常にありふれたことであ
る。通例、合金の再加工は回避すべきである。なぜな
ら、限界変形レベルを越えて追加の冷間引抜き工程を実
施すれば、合金棒材の最終寸法が変化することが多いか
らである。その上、インコロイ（登録商標）９０９やＣ
ＴＸ−９０９のごとき合金は個々の製造業者によって受
注生産されている。従来の方法は長い時間がかかるので
あって、典型的な出荷サイクルは６ヵ月から１年の範囲
内にある。更にまた、所望の量が少ない場合でも、最終
使用者は一定の工場生産量の全部を注文しなければなら
ないのが通例である。これらの合金の長い製造期間及び
限られた入手可能性は、幾つかの理由から、最終使用者
に対して重大な問題を引起こす。第一に、最終使用者は
自らの必要量を予め十分に予測しなければならない。そ
れでもなお、合金の必要量が不足することがある。第二
に、現行の方法では、最終使用者が大形の合金棒材をよ
り小さい寸法に再加工することはできない。修正は一般
に合金製造業者によって実施される。このようなわけ
で、高温用途において使用するための所望寸法の高強度
かつ熱安定性合金を製造するための一層効率的な方法が
要望されているのである。
【０００８】
【発明の概要】本発明は、引張強さ及び熱安定性の向上
した合金を製造するための熱機械的方法に関する。本発
明の方法はまた、従来の方法によって製造されたものよ
り大きいたわみ性を有する小形の合金棒及びロッドを製
造する手段をも提供する。かかる方法は、合金材料を熱
処理した後、十分な変形レベル及び温度の下で合金材料
に回転鍛造を施して合金の粒界相を断片化することを含
んでいる。続く析出時効硬化の結果、室温及び高温（約
６４９℃）における増大した引張強さ、良好な延性、並
びに優れた応力破断特性を有する合金が得られる。こう
して熱機械的処理を受けた合金は、直径として約７ミク
ロン以下の極微の結晶粒度、粒界相の断片化、及び結晶
粒内に分散した炭化物を示すミクロ組織を有することを
特徴とする。
【０００９】回転鍛造はこれまで小径の合金棒及びロッ
ドを製造するために適用又は検討されたことはなかった
が、ここでは大形の合金材料からより小形の合金材料を
製造するための手段を提供する。このような特徴は、消
費者が現行の製造方法に関して通例直面する製造上の問
題を解消するために特に有益である。アロイ９０９につ
いては２つの生産者しか存在しないため、所望の量が少
ない場合でも、消費者は一定の工場生産量の全部を注文
しなければならないのが通例である。更にまた、出荷サ
イクルが極めて長く（通例は６〜１２ヵ月）、その結果
としてアロイ９０９の入手可能性はしばしば限られる。
本発明の熱機械的方法は、消費者が所望の寸法及び量に
合わせて合金材料を鍛造するための手段を提供すること
によってそれらの問題を解消するものである。本発明方
法を使用することにより、ジェットエンジン、Ｘ線発生
装置、ガスタービン部品（たとえば、燃焼ガス用の動翼
や静翼）などを含む（しかし、それらのみに限定される
わけではない）高温用途において使用するために役立つ
同等な優れた機械的及び熱的性質を有する新規で改良さ
れた合金を製造することができる。
【００１０】
【発明の詳細な記述】本発明は、室温及び高温のいずれ
においても優れた機械的性質及び向上した熱安定性を有
する超合金に関する。更にまた、本発明はかかる超合金
を製造するための新規な熱機械的方法を提供する。この
方法は、回転鍛造を利用することにより、極微の非常に
均一な結晶粒度、室温及び高温（約６４９℃）における
高い引張強さ、良好な延性、並びに優れた応力破断特性
を有する合金材料を製造するものである。
【００１１】本発明の超合金の機械的性質は、ラーベス
相の溶解が起こる温度より低い温度下での中間焼なまし
を伴う高絞りスケジュールを用いて溶体化焼なまし状態
の超合金材料に回転鍛造を施すことにより、先行技術の
超合金に比べて著しく改善される。こうして得られた超
合金は、図５及び９に示されるような極微の非常に均一
な結晶粒度を示す。本発明の方法によって製造された超
合金の機械的及び熱的性質が、下記表１中にまとめて示
されている。優れた性質を有することに加え、熱機械的
処理を受けた超合金は広い温度範囲にわたってこれらの
性質を保持する。表２には、相異なる再溶体化焼なまし
スケジュール後に得られた回転鍛造合金の性質がまとめ
て示されている。
【００１２】本発明の熱機械的方法は、消費者にとって
の追加の利益をも生み出した。たとえば、小径の（合
金）棒及びロッドを製造するためにこれまで使用された
ことのない方法である回転鍛造は、消費者が所定の合金
材料を所望の寸法に必要な量だけ加工することを可能に
する。これまで、熱間圧延や線引きのごとき従来の方法
を用いた場合にこのような利益は得られなかった。本発
明はＸ線発生装置のごとき高温環境に対して適用し得る
が、本発明の方法が室温での高い強度と良好な高温特性
（たとえば、クリープ抵抗性や応力破断特性）との組合
せを要求するその他の用途のためにも利用し得ることは
当業者にとって自明のはずである。たとえば、ジェット
エンジン及びガスタービン部品（たとえば、燃焼ガス用
の動翼や静翼）はかかる先進の合金特性から利益を得る
はずである。
【００１３】なお、本明細書中においてはもっぱら説明
及び実証の目的のためにアロイ９０９が使用されている
ことにも注意すべきである。本発明の合金がこの合金の
みに限定されると解すべきでない。それどころか、本発
明の方法は高温用途のために役立つ同等な優れた機械的
及び熱的性質を有する他の合金の開発に際しても適用し
得るものと予想される。
【００１４】インコロイ（登録商標）９０９やＣＴＸ−
９０９のごとき超合金は熱機械的処理に対して非常に敏
感であるため、当業者は大形の合金棒材から小径の合金
棒やロッドを製造することを考えもしなかった。超合金
棒材を製造するための従来の方法に関して以前に認めら
れた問題を解消しようとする試みの中で、ラーベス相の
溶解が起こる温度より低い温度での中間焼なましを伴う
高絞りスケジュールを用いて溶体化焼なまし状態の超合
金材料に回転鍛造を施したところ、優れた超合金が製造
された。
【００１５】本発明の方法に従えば、所定寸法の合金棒
材が高温（約９８０℃）に加熱され、次いで高速で回転
させられた。本発明において使用される鍛造方法の実例
を下記に示す。２．６２５インチの直径を有する出発材
料が下記のごとくにして加工された。
【００１６】１）９８２℃（範囲９５０〜１０１０℃）
に予熱した後、パス１回当り（直径について）平均３ｍ
ｍずつ８回のパスで１．７５インチにまで減径した。こ
れは、パス１回当り平均９〜１２％の変形に相当してい
る。
【００１７】２）９８２℃（範囲９５０〜１０１０℃）
に予熱した後、パス１回当り（直径について）平均２ｍ
ｍずつ３回のパスで１．５インチにまで減径した。これ
は、パス１回当り平均９〜１２％の変形に相当してい
る。
【００１８】３）９８２℃（範囲９５０〜１０１０℃）
に予熱した後、パス１回当り（直径について）平均２．
５ｍｍずつ５回のパスで１．０インチにまで減径した。
これは、パス１回当り平均１４〜１７％の変形に相当し
ている。
【００１９】４）９８２℃（範囲９５０〜１０１０℃）
に予熱した後、パス１回当り（直径について）平均２ｍ
ｍずつ５回のパスで０．５インチにまで減径した。これ
は、パス１回当り平均１９〜２３％の変形に相当してい
る。２．６２５インチの棒材を直径０．５インチのロッ
ドに減径するプロセス全体は全部で２１回のパスを含む
４つのサイクルから成っていて、パス１回当りの平均変
形は１４％であった。
【００２０】合金の割れを回避するため、鍛造中の温度
は７６０℃以上にすべきであることに注意されたい。パ
ス１回当りの平均変形を約７〜約２５％として小径のロ
ッドを得ようとする場合、変形は徐々に増大させるべき
である。これは、割れを回避するのに十分なレベルに温
度を維持するために行われる。
【００２１】高速で回転させながら、アンビル又は類似
の道具を用いて棒材があらゆる方向からたたかれた。た
たくことにより、棒材の寸法は小さくかつ長くなった。
１サイクルの回転鍛造後に得られた棒材が所望の寸法を
有する場合には、それ以上の回転鍛造は施されなかっ
た。しかるに、より小さい寸法の合金棒材が所望される
場合には、棒材／ロッドが再び加熱され、そして第２の
回転鍛造サイクルに通された。このようにして、所望の
合金寸法が得られるまで予熱工程及び回転鍛造工程が繰
返された。たとえば、直径が２．５インチを越える合金
材料に回転鍛造を施したところ、直径1/2 インチのロッ
ドが得られた。更にまた、かかる新規な減径合金材料の
性質は元の（大形）材料の性質より優れていることが見
出された。
【００２２】商業的に製造されている標準材料の特性を
下記表１中に示す。ＡＭＳ５８８４の製造指針に従え
ば、最低要求条件が達成されなければならないのであっ
て、さもないとその材料は高温において不適合又は不適
格と見なされる。この材料について述べれば、平均結晶
粒度は５以上でなければならない。結晶粒度が大きくな
るほど、結晶粒は小さくなる。「降伏強さ」は０．２％
変形における降伏強さを指す。この値は、標準合金材料
については最小１４０ｋｓｉでなければならない。引張
強さは最小１７５ｋｓｉ、そして延びは少なくとも８％
でなければならない。６４９℃／７４ｋｓｉにおける組
合せ応力破断及び延びは、２３時間である。これは、４
％の最小延びを伴う最小許容応力破断時間を表わす。こ
れらの最小特性が達成されなければ、その合金材料は廃
棄される。
【００２３】表１の第２欄について述べれば、本発明に
おいて回転鍛造を施すために使用された原料素材ＣＴＳ
−０９０についての特性が示されている。熱機械的処理
を受ける前には、この原料素材は元来６７ｍｍの直径を
有していた。この原料素材の特性は、製造業者によって
測定されたものである。用意された原料素材の平均結晶
粒度は４５ミクロンであった。降伏強さは１５４ｋｓ
ｉ、そして室温における引張強さは１９２ｋｓｉと測定
された。６４９℃／７４ｋｓｉにおける組合せ応力破断
値は１０４．３時間、そして延びは２６．７％であっ
た。
【００２４】
【表１】
【００２５】本発明の方法に従い、超合金バッチＮｏ．
Ｃ−２０３３５６に対して直径１４ｍｍ（約1/2 イン
チ）に達するまで回転鍛造が施された。応力破断値は、
６４９℃の温度下で合金材料を一定の応力（この場合に
は７４ｋｓｉ）に暴露することによって測定された。次
いで、この合金材料が破壊するまで試験した。破壊まで
の時間が、この合金材料に関する破断時間として記録さ
れた。
【００２６】本発明の方法に従って得られた回転鍛造合
金材料を評価したところ、結晶粒度（約７ミクロン）は
未処理合金材料の結晶粒度よりもかなり小さいことが判
明した。降伏強さは１５４ｋｓｉから１８７ｋｓｉに増
大した。これは、回転鍛造を受けた材料の降伏強さが２
０％以上増大したことを意味する。更にまた、室温にお
ける引張強さも１９２ｋｓｉから２１５ｋｓｉに増大し
た。高温（６４９℃）における引張強さもまた、非常に
重要なパラメータである。ＡＭＳ５８８４の製造指針
は、１３５ｋｓｉの最小値を要求している。本発明方法
において使用された未処理の出発合金材料は、１４９．
５ｋｓｉの引張強さを有していた。回転鍛造後、改良さ
れた合金材料は１６９．５ｋｓｉの引張強さを有してい
たが、これは２０ｋｓｉの改善を表わしている。
【００２７】かかる回転鍛造材料を用いて、Ｘ線管用途
において使用するための締結具が作製された。回転鍛造
合金から作製されたボルトに関する応力破断試験（表１
の第５欄参照）は２１４．３時間後に中断されたが、ボ
ルトの破壊は認められなかった。それに比べ、熱間圧
延、７．７ｍｍへの熱間線引き、及び４．７５ｍｍロッ
ドへの冷間引抜きによって仕上げられた従来の材料から
作製されたボルトの応力破断試験では、８７．５時間で
破壊が起こった（表１の第４欄参照）。
【００２８】供試合金の機械的及び熱的性質の要約を見
れば、処理（回転鍛造）後の合金材料が極微の非常に均
一な結晶粒度、室温及び高温における高い引張強さ、良
好な延性、並びに優れた応力破断特性を示すことは当業
者にとって自明のはずである。これらの結果は、小形の
合金棒及びロッドを製造するためにこれまで使用された
ことのない特異な熱機械的加工によって得られるもので
ある。
【００２９】インコロイ（登録商標）９０９及びＣＴＸ
−９０９の組成は本発明方法を通じて実質的に変化しな
いが、各々の合金のミクロ組織特性は熱機械的処理工程
に応じて顕著な変化を受ける。このことは図１〜１１に
示されている。
【００３０】図１は、未処理のＣＴＸ−９０９のミクロ
組織の走査電子顕微鏡写真である。粒界に沿って粒間析
出が認められる。かかる析出物は、合金に対して１つの
タイプの強化機構をもたらすと共に、相安定性をもたら
す。図１においては、炭化物が細くて長い白線として見
ることができる。同様に、図７は未処理のインコロイ
（登録商標）９０９のミクロ組織において粒界に沿って
存在する粒間析出物を示している。
【００３１】図１及び７を、処理（回転鍛造）後の合金
材料のミクロ組織特性を示す図４、５、６、９、１０及
び１１と比較されたい。処理後の材料は極微の非常に均
一な結晶粒度を示すと共に、析出物（又は粒子）は結晶
粒の内部に位置している（粒内析出）ことに注意すべき
である。結晶粒の内部における析出物の存在は、合金の
ミクロ組織の安定化にとって極めて重要である。粒内析
出はまた、結晶粒及び粒界の移動や変形を防止し、それ
によって合金の引張強さを増大させる。
【００３２】合金の熱機械的処理を実施する際には、粒
界に位置している第２相が固溶体の状態に戻される。次
いで、かかる固溶体に回転鍛造を施した後、ラーベス相
の溶解が起こる温度より低い温度下での中間焼なましを
伴う高絞りスケジュールを用いて分散させる。このよう
な機構は分散質強化と呼ばれる。換言すれば、粒界ライ
ニング相を分散させ、そしてそれらの断片を結晶粒の内
部に配置するのである。かかる断片化は、処理（回転鍛
造）後の合金の分散質強化に寄与する。この場合の変形
機構は、合金材料に引張荷重が加えられた場合、合金材
料がミクロ組織レベルで転位を生じ始めるというもので
ある。次に、これらの転位は結晶粒を通って移動し、そ
れによって変形を生じる。小さな断片が結晶粒の内部に
位置する場合、転位は結晶粒に固定され、従って合金材
料の強化がより大きくなる。
【００３３】種種の再溶体化焼なましスケジュール後に
得られた回転鍛造合金の性質が、下記表２中にまとめて
示されている。これらの結果は、熱機械的処理の後、合
金は広い温度範囲にわたってその優れた機械的及び熱的
性質を保持したことを実証している。
【００３４】
【表２】
【００３５】要約すれば、本発明の合金によって示され
る優れた機械的及び熱的性質は下記の通りである。 １）平均直径として約７ミクロン以下の極微の結晶粒
度。 ２）２１５±１０ｋｓｉの室温引張強さ。 ３）１７０±１０ｋｓｉの高温引張強さ。 ４）室温及び高温引張強さと応力破断速度との組合せが
この合金にとって重要な性質である。 ５）高い強度と大きい延び（１２±２％）との組合せ。
【００３６】観察された性質の向上は、下記のごとき２
つの機構に起因している。
【００３７】１）高いエネルギー及びラーベス相の溶解
より低い温度の下で鍛造を施し、従って一様な応力を維
持しながら現場での結晶粒成長を阻止することにより、
（横断面内において）極微で非常に均一な結晶粒が得ら
れる。回転鍛造前の初期粒度と回転鍛造後の粒度との比
較は表１中に示されている。
【００３８】２）元のアロイ９０９中に「粒界ライニン
グ」相として元来存在しているラーベス相が、回転鍛造
工程中に断片化する。かかる断片化は、改質合金の分散
質強化に寄与する。このようなミクロ組織は図１１中に
最も良く示されている。
【００３９】以上、好適な実施の態様に関連して本発明
を説明したが、その他の実施の態様も同様な結果を生み
出すことができる。本発明の様々な変更態様は当業者に
とって自明であろうが、前記特許請求の範囲はかかる変
更態様の全てを包括するものと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】カーペンター・アロイズ社から受入れたまま
（未処理）の商業的に入手可能な低熱膨張合金であるＣ
ＴＸ−９０９のミクロ組織の走査電子顕微鏡写真である
（先行技術）。（本明細書全体にわたって使用される
「未処理」という用語は、本発明の熱機械的処理を受け
ていない合金材料を指す。平均粒度は１５．４μｍであ
り、また縦断面において３１．６μｍである。粒界に沿
って粒間析出が認められる。倍率は１６５０×、そして
尺度は１．６５ｃｍ＝１０μｍである）。
【図２】未処理のＣＴＸ−９０９の横断面ミクロ組織の
走査電子顕微鏡写真（倍率１６５×）である（先行技
術）。（平均粒度は横断面において１５．４μｍ、そし
て尺度は１．６５ｃｍ＝１００μｍである。）
【図３】未処理のＣＴＸ−９０９の横断面ミクロ組織の
走査電子顕微鏡写真であって、特に（大きい細長い粒子
として認められる）粒界に沿った炭化ニオブレンズ相を
示している（先行技術）。（倍率は１６５００×、横断
面における平均粒度は１５．４μｍ、そして尺度は１ｃ
ｍ＝１．６５μｍである。）
【図４】本発明の新規な熱機械的処理を受けたＣＴＸ−
９０９のミクロ組織の走査電子顕微鏡写真である。（平
均粒度は横断面において５．０μｍ、また縦断面におい
て９．０μｍであるが、これは（図１と比べると）未処
理のＣＴＸ−９０９の粒度よりもかなり小さい。結晶粒
の内部に粒内析出が認められる。倍率は１６５０×、そ
して尺度は１．６５ｃｍ＝１０μｍである。）
【図５】熱機械的処理後におけるＣＴＸ−９０９の横断
面ミクロ組織の走査電子顕微鏡写真である。（横断面に
おける平均粒度は５．０μｍである。倍率は１６５×、
そして尺度は１．６５ｃｍ＝１００μｍである。）
【図６】熱機械的処理後におけるＣＴＸ−９０９の横断
面ミクロ組織の走査電子顕微鏡写真であって、特に断片
化した炭化ニオブ粒子を示している。（平均粒度は５．
０μｍである。倍率は１６５００×、そして尺度は１．
６５ｃｍ＝１．０μｍである。）
【図７】インコ・インターナショナル社から受入れたま
ま（未処理）のインコロイ（登録商標）９０９の横断面
ミクロ組織の走査電子顕微鏡写真である（先行技術）。
（平均粒度は１７９μｍである。倍率は１６５×、そし
て尺度は１．６５ｃｍ＝１００μｍである。）
【図８】インコ・インターナショナル社から受入れたま
ま（未処理）のインコロイ（登録商標）９０９の横断面
ミクロ組織の走査電子顕微鏡写真である（先行技術）。
（平均粒度は１７９μｍである。倍率は１６５００×、
そして尺度は１．６５ｃｍ＝１．０μｍである。）
【図９】熱機械的処理後におけるインコロイ（登録商
標）９０９の横断面ミクロ組織の走査電子顕微鏡写真で
ある。（平均粒度は６．７μｍであるが、これは（図７
と比べると）未処理のインコロイ（登録商標）９０９の
粒度よりもかなり小さい。倍率は１６５×、そして尺度
は１．６５ｃｍ＝１００μｍである。）
【図１０】熱機械的処理後におけるインコロイ（登録商
標）９０９の横断面ミクロ組織の走査電子顕微鏡写真で
ある。（倍率は１６５００×、そして尺度は１．６５ｃ
ｍ＝１．０μｍである。平均粒度は６．７μｍであ
る。）
【図１１】回転鍛造材料から製造されたボルト軸部の横
断面における横断面ミクロ組織の走査電子顕微鏡写真で
ある。（このボルトは、６４９℃及び７４ｋｓｉで２１
４．３時間にわたる応力破断試験を施し、そして破壊す
る前に取出したものである。）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ ６５０ ６５０Ａ (72)発明者 グレゴリー・レスニコフ アメリカ合衆国、オハイオ州、アクロン、 ハーモニー・ヒルズ・ドライブ、191番

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 極微の結晶粒度、分散質強化機構、及び
    従来の合金に比べて約２倍の長さの応力破断速度を有す
    ることを特徴とする、室温及び高温において高強度かつ
    熱安定性の合金。
  2. 【請求項２】 前記結晶粒度が直径として約７ミクロン
    以下である請求項１記載の合金。
  3. 【請求項３】 前記分散質強化が前記合金の粒界相の断
    片化に関係する請求項１記載の合金。
  4. 【請求項４】 極微の結晶粒度、結晶粒の内部に炭化物
    の分散した粒内析出、室温及び高温において従来の合金
    より約２０％大きい引張強さ、及び従来の合金に比べて
    約２倍の長さの応力破断速度を有することを特徴とする
    高強度かつ熱安定性の合金。
  5. 【請求項５】 前記結晶粒度が直径として約７ミクロン
    以下である請求項４記載の合金。
  6. 【請求項６】 室温における前記引張強さが約２０５〜
    ２２５ｋｓｉの範囲内にある請求項４記載の合金。
  7. 【請求項７】 高温における前記引張強さが約１６０〜
    １８０ｋｓｉの範囲内にある請求項４記載の合金。
  8. 【請求項８】 前記応力破断速度が従来の合金材料の速
    度に比べて少なくとも２〜３倍大きい請求項４記載の合
    金。
  9. 【請求項９】 前記高温が約６４９℃である請求項４記
    載の合金。
  10. 【請求項１０】 直径として約７ミクロン以下の極微の
    結晶粒度、粒界相の断片化、及び結晶粒の内部に分散し
    た炭化物を示すミクロ組織を有することを特徴とする、
    強度及び熱安定性の向上した合金。
  11. 【請求項１１】 図４に示されたミクロ組織特性を有す
    ることを特徴とする、熱機械的処理を受けた合金。
  12. 【請求項１２】 前記熱機械的処理が加熱及び回転鍛造
    を含む請求項１１記載の熱機械的処理を受けた合金。
  13. 【請求項１３】 極微の結晶粒度、結晶粒の内部に炭化
    物の分散した粒内析出、室温及び高温において従来の合
    金より約２０％大きい引張強さ、及び従来の合金に比べ
    て約２倍の長さの応力破断速度を有することを特徴とす
    る合金から成るＸ線発生装置部品。
  14. 【請求項１４】 前記結晶粒度が直径として約７ミクロ
    ン以下である請求項１３記載のＸ線発生装置部品。
  15. 【請求項１５】 室温における前記引張強さが約２０５
    〜２２５ｋｓｉの範囲内にある請求項１３記載のＸ線発
    生装置部品。
  16. 【請求項１６】 高温における前記引張強さが約１６０
    〜１８０ｋｓｉの範囲内にある請求項１３記載のＸ線発
    生装置部品。
  17. 【請求項１７】 前記応力破断速度が従来の合金材料の
    速度に比べて少なくとも２〜３倍大きい請求項１３記載
    のＸ線発生装置部品。
  18. 【請求項１８】 前記高温が約６４９℃である請求項１
    ３記載のＸ線発生装置部品。
  19. 【請求項１９】 (a) 結晶粒の成長が起こる温度よりも
    低い温度で所定寸法の合金棒又はロッド素材を予め加熱
    する工程と、(b) 前記合金の粒界相を断片化するのに十
    分な変形レベル及び温度の下で加熱された前記合金棒又
    はロッド素材に回転鍛造を施す工程とを含むことを特徴
    とする、合金の強度及び熱安定性を向上させるための熱
    機械的方法。
  20. 【請求項２０】 所望の寸法を持った合金棒又はロッド
    が得られるまで前記工程(a) 及び(b) を繰返す工程を更
    に含む請求項１９記載の熱機械的方法。
  21. 【請求項２１】 前記回転鍛造工程が、パス１回当り約
    ７〜約２５％の範囲内でパス１回当りの変形レベルを徐
    々に増大させることによって実施される請求項１９記載
    の熱機械的方法。
  22. 【請求項２２】 前記回転鍛造工程が７６０℃以上の温
    度で実施される請求項１９記載の熱機械的方法。
  23. 【請求項２３】 請求項１９記載の熱機械的方法によっ
    て製造された高強度かつ熱安定性の合金。
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