JP2003193161A - 耐熱性構造部材 - Google Patents
耐熱性構造部材Info
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Abstract
せる金属間相の形成に対する安定性を長い期間にわたっ
て示す、特に好ましい特性を持つNiベース超合金から
成る構造部材を提供する。 【解決手段】 重量%で、9〜11%のCr、3〜5%
のW、0.5〜2.5%のMo、3〜5%のAl、3〜
5%のTi、3〜7%のTa、1〜5%のRe、残部N
iの組成を有するNiベース超合金から成る構造部材を
形成する。また上記組成中、Reの代わりに0.1〜5
重量%のRuを含む組成の超合金から成る構造部材にも
関する。
Description
から成る耐熱性構造部材に関する。
記載している。このNi合金は0.3%迄のC、11〜
15%のCr、8〜12%のCo、1〜2.5%のM
o、3〜10%のW、3.5〜10%のTa、3.5〜
4.5%のTi、3〜4%のAl、0.005〜0.0
25%のB、0.05〜0.4%のZr及び残部Niか
ら成る。更に0.01〜3%のHfを付加的に合金中に
含んでおり、適切な熱処理によりブロック状の炭化物及
びNi3(Al、Ti)相の微細分散析出物を含む。 但
しRe又はRuの添加については言及していない。
る。この回転翼は、単結晶の台部分と単結晶の回転羽根
を持つ。翼の静止部分は、指向性をもって凝固させた組
織で形成されている。この回転羽根は、重量比にて、
0.2%迄のC、5〜14%のCr、4〜7%のAl、
2〜15%のW、0.5〜5%のTi、3%迄のNb、
6%迄のMo、12%迄のTa、10.5%迄のCo、
2%迄のHf、4%迄のRe、0.035%迄のB、
0.035%迄のZr及び残りNiの組成を有する超合
金から鋳造されている。これら広範にわたる詳細は、ほ
ぼ提案のガスタービン翼に適した合金組成について説明
しているが、しかし酸化及び腐食耐性又は強度に対し
て、特に適した組成範囲であることを示唆していない。
を開示している。該超合金は重量比にて、6〜15%の
Cr、5〜12%のW、0.01〜4%のRe、3〜9
%のTa、0.5〜2%のTi、4〜7%のAl及び場
合により0.5〜3%のMoから成る組成を持つ。該超
合金は、耐熱亀裂性、耐食性を共に満足する。但し耐食
性を損なわないよう、Tiの含有量が2重量%を超えて
はならない。
存帯域を持ち、従って特に単結晶の鋳造プロセスに適し
ているNiベース超合金を記載している。この合金は、
重量比にて、10〜30%のCr、0.1〜5%のN
b、0.1〜8%のTi、0.1〜8%のAl、0.0
5〜0.5%のCu、又はCuの代わりに0.1〜3%
のTaから成る組成を持ち、その際第1の例では、場合
により0.05〜3%のHf又はReも組成に入ってい
ることもあり、また第2の例では、Re又はHfの代わ
りに0.05〜0.5%のCuが入っていることもあ
る。更に場合によっては、0.05〜3%のMo又はW
が入っていることもある。
Cr、3〜5%のW、0.5〜2.5%のMo、3〜5
%のAl、3〜5%のTi、3〜7%のTa、0〜12
%のCo、0〜1%のNb、0〜2%のHf、0〜1%
のZr、0〜0.05%のB、0〜0.2%のC、1〜
5%のRe、0〜5%のRu、残部Niを含むNiベー
ス合金を開示する。脆性の金属間相(Cr及び/又はR
eを含む析出物)の形成は、Reにより助勢され、該相
が亀裂の形成を促し、寿命を縮める。
ット
耐熱性及び耐酸化/耐腐食性で、かつ延性を低下させる
金属間相の形成に対する安定性を長い耐久期間にわたり
示し、特に好ましい特性を有するNiベース超合金から
成る構造部材を提供することにある。
材に関する課題は、その組成が重量比にて、 Cr 9〜11% W 3〜5% Mo 0.5〜2.5% Al 3〜5% Ti 3〜5% Ta 3〜7% Re 1〜5% Ni及び不純物 残部 を必須の成分とするNiベース超合金の耐熱性構造部材
により解決される。
の部材にとり特に好ましい特性、即ちその耐熱性、その
耐酸化性及び耐食性に関し、また延性を低下させる金属
間相の形成に対する耐久性に関して、特に好ましい特性
を持つことを初めて明確化したものである。本発明に先
立って行った広範なテストにより、前記の所望の特性を
驚異的に高度に満たすことができる、上述の特殊な組成
を発見した。特に本発明は、Reの添加により強度を高
めた、Cr分の多い超合金から出発する。Reにより促
進される脆化金属間相(Cr及び/又はRe含有析出
物)の形成は、11%以下のCrの含有により抑制され
る。
ると有利である。
ましい。即ち、Ruの添加により、特に脆化金属間相を
形成する傾向は更に低減する。特に2重量%以上のRe
を含む場合、Ruの添加が有利であることを確認した。
この場合、Ru含有量が最高で3重量%、最少で0.1
重量%であると有利である。この超合金のCo含有量は
12重量%迄とするのがよい。
を含有すると有利である。
元素の少なくとも1つを更に添加することができる。即
ち、 0〜2重量%のHf 0〜1重量%のZr 0〜0.05重量%のB 0〜0.2重量%のC。
ば、必須成分の組成が重量比にて、 Cr 9〜11% W 3〜5% Mo 0.5〜2.5% Al 3〜5% Ti 3〜5% Ta 3〜7% Ru 0.1〜5% Ni及び不純物 残部 であるNiベース超合金から成る耐熱性の構造部材によ
り達成される。
含む構造部材の利点に関する記載に相応して生ずる。驚
くべきことに、Ruの添加により、Re不含の場合で
も、上記の組成で同時に耐酸化/耐腐食性が高く、特に
高度の耐熱性も達成できる。
以下とし、一方Nbの含有量を最高でも1%とするとよ
い。超合金中に0〜2重量%のHf及び/又は0〜1重
量%のZr及び/又は0〜0.05重量%のB及び/又
は0〜0.2重量%のCを含んでいると有利である。
構造を持つとよい。該部材中では、粒界が主に軸に沿っ
て生ずる。従って、強度はこの軸に沿って特に高い。
望ましい。単結晶構造により、構造部材中に強度を減少
させる粒界が生ぜず、その結果極めて高い強度が生じ
る。
すると有利である。特にガスタービン翼は、耐熱性及び
耐酸化/腐食性を極めて高度に要求されるからである。
造し、その際特にCoの含有量を6〜10重量%、Zr
の含有量を0〜0.1重量%にするとよい。
(いずれも重量%)。 ・Cr:10.25%、Mo:1.85%、W:4.7
0%、Co:6.50%、Ti:3.75%、Ta:
3.9%、Al:3.3%、B:0.0125%、Z
r:0.008%、Hf:<0.01%、Re:1.5
%、残部Ni。 ・Cr:9.00%、Mo:1.85%、W:4.70
%、Co:6.50%、Ti:3.75%、Ta:3.
9%、Al:3.3%、B:0.0125%、Zr:
0.008%、Hf:<0.01%、Re:3.5%、
残部Ni。 ・Cr:10.75%、Mo:1.85%、W:4.7
0%、Co:6.50%、Ti:3.75%、Ta:
3.9%、Al:3.3%、B:0.0125%、Z
r:0.008%、Hf:<0.01%、Re:1.5
%、Ru:2.0%、残部Ni。 ・Cr:10.25%、Mo:1.85%、W:4.7
0%、Co:8.50%、Ti:3.75%、Ta:
3.9%、Al:3.3%、B:0.0125%、Z
r:0.008%、Hf:<0.01%、Ru:1.5
%、残部Ni。 ・Cr:10.75%、Mo:1.85%、W:4.7
0%、Co:8.50%、Ti:3.75%、Ta:
3.9%、Al:3.3%、B:0.0125%、Z
r:0.008%、Hf:<0.01%、Ru:3.7
5%、残部Ni。 ・Cr:10.25%、Mo:1.85%、W:4.7
0%、Co:8.50%、Ti:3.75%、Ta:
3.9%、Al:3.3%、B:0.0125%、Z
r:0.008%、Hf:<0.01%、Re:2.0
0%、Ru:2.5%、残部Ni。
Claims (9)
- 【請求項1】 Niベース超合金からなる耐熱性構造部
材が、重量比にて、 Cr 9〜11% W 3〜5% Mo 0.5〜2.5% Al 3〜5% Ti 3〜5% Ta 3〜7% Co 0〜12% Nb 0〜1% Hf 0〜2% Zr 0〜1% B 0〜0.05% C 0〜0.2% Re 1〜5% Ru 0〜5% Ni及び不純物 残部 の組成を有することを特徴とする耐熱性の構造部材。 - 【請求項2】 Reの含有量が少なくとも2重量%であ
ることを特徴とする請求項1記載の構造部材。 - 【請求項3】 前記超合金のRuの最大含有量が、3重
量%であることを特徴とする請求項1記載の構造部材。 - 【請求項4】 前記超合金のRuの最低含有量が、0.
1重量%、特に0.5重量%であることを特徴とする請
求項1乃至3の1つに記載の構造部材。 - 【請求項5】 その組成が、以下に記載する元素を重量
比にて、 Cr 9〜11% W 3〜5% Mo 0.5〜2.5% Al 3〜5% Ti 3〜5% Ta 3〜7% Co 0〜12% Nb 0〜1% Hf 0〜2% Zr 0〜1% B 0〜0.05% C 0〜0.2% Ru 0.1〜5% Ni及び不純物 残部 を含むことを特徴とするNiベース超合金から成る耐熱
性の構造部材。 - 【請求項6】 構造部材が、指向性をもって凝固させた
粒状組織を有することを特徴とする請求項1乃至5の1
つに記載の構造部材。 - 【請求項7】 単結晶の組織構造を有することを特徴と
する請求項1乃至5の1つに構造部材。 - 【請求項8】 粒状組織の配向が等方性分布を示すこと
を特徴とする請求項1乃至5の1つに記載の構造部材。 - 【請求項9】 ガスタービン翼として形成されているこ
とを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の構造部
材。
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