JP2006057115A - METHOD FOR RECONDITIONING Ni-BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マトリックス中に有害析出物が析出したNi基単結晶超合金材を再生する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for regenerating a Ni-based single crystal superalloy material in which harmful precipitates are precipitated in a matrix.
ジェットエンジンやガスタービンエンジンのタービンブレードなどの部品の構成材として、一般的にNi基合金が用いられている。このNi基合金で構成されるタービンブレードを、高温、高応力下で長時間使用すると、γ′相(Ni3Al)が粗大化してしまい、強度特性が劣化するという問題があった。 Ni-based alloys are generally used as components for components such as turbine blades of jet engines and gas turbine engines. When a turbine blade composed of this Ni-based alloy is used for a long time under high temperature and high stress, the γ ′ phase (Ni 3 Al) becomes coarse, resulting in a problem that strength characteristics deteriorate.
そこで、強度特性が劣化したタービンブレードの強度再生を図る方法が、以下に示すように提案されている。 Therefore, a method for regenerating the strength of a turbine blade having deteriorated strength characteristics has been proposed as described below.
(1) Ni基合金鋳物で構成されるタービンブレードに対して、その合金のγ′相が完全に溶解する温度より若干高く、合金のデンドライトの溶融温度より低い温度で溶体化処理を施す。その後、1100〜1150℃で保持して1次γ′相を析出させる半溶体化処理を施し、次いで、1次γ′相より小さい2次γ′相を析出させる時効処理を施す(特許文献1参照)。 (1) A solution treatment is performed on a turbine blade composed of a Ni-base alloy casting at a temperature slightly higher than the temperature at which the γ 'phase of the alloy is completely dissolved and lower than the melting temperature of the alloy dendrite. Thereafter, it is held at 1100 to 1150 ° C. and subjected to a semi-solution treatment for precipitating a primary γ ′ phase, and then an aging treatment for precipitating a secondary γ ′ phase smaller than the primary γ ′ phase (Patent Document 1). reference).
(2) Ni基超耐熱結晶合金材料に、溶体化処理及び時効処理を施す。溶体化処理は、例えば、1345℃×0.5hであり、時効処理は、例えば、1080℃×5h→空冷→870℃×20h→空冷という2段時効である(特許文献2参照)。 (2) Solution treatment and aging treatment are applied to the Ni-based super heat resistant crystal alloy material. The solution treatment is, for example, 1345 ° C. × 0.5 h, and the aging treatment is, for example, two-stage aging of 1080 ° C. × 5 h → air cooling → 870 ° C. × 20 h → air cooling (see Patent Document 2).
ところで、近年、タービンブレードにおいては、耐熱温度の向上が求められており、Ni基単結晶超合金で構成したタービンブレードが使用され始めている。 By the way, in recent years, in turbine blades, improvement in heat-resistant temperature has been demanded, and turbine blades composed of a Ni-based single crystal superalloy have begun to be used.
このタービンブレードを、高温、高応力下で長時間使用すると、マトリックス中にTCP(Topologically Close-Packed)相と呼ばれる針状(又は板状、塊状)の有害析出物が析出することが知られている。タービンブレードのマトリックス中にTCP相が析出すると、タービンブレードのクリープ寿命が低下する。このため、マトリックス中にTCP相が析出したタービンブレードの、クリープ寿命を回復させる方法が求められている。 It is known that when this turbine blade is used for a long time under high temperature and high stress, needle-like (or plate-like, massive) harmful precipitates called TCP (Topologically Close-Packed) phase are precipitated in the matrix. Yes. The precipitation of the TCP phase in the turbine blade matrix reduces the creep life of the turbine blade. Therefore, there is a demand for a method for recovering the creep life of a turbine blade in which a TCP phase is precipitated in a matrix.
しかしながら、(1),(2)のいずれの方法を用いても、TCP相析出タービンブレードのTCP相を消失させることはできず、TCP相が析出したタービンブレードについては、新品材と交換する以外に方法がないというのが現状であった。 However, using either of the methods (1) and (2), the TCP phase of the TCP phase precipitation turbine blade cannot be lost, and the turbine blade on which the TCP phase is precipitated can be replaced with a new material. The current situation is that there is no way.
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、マトリックス中に有害析出物が析出したNi基単結晶超合金材を再生する方法を提供することにある。 An object of the present invention created in view of the above circumstances is to provide a method for regenerating a Ni-based single crystal superalloy material in which harmful precipitates are precipitated in a matrix.
上記目的を達成すべく本発明に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、マトリックス中に有害析出物が析出したNi基単結晶超合金材を再生する方法において、上記Ni基単結晶超合金材に、上記有害析出物の分解温度以上、かつ、Ni基単結晶超合金材の部分溶融温度以下の温度範囲で熱処理を施し、有害析出物を分解させるものである。 In order to achieve the above object, a method for regenerating a Ni-based single crystal superalloy material according to the present invention is a method for regenerating a Ni-based single crystal superalloy material in which harmful precipitates are precipitated in a matrix. The alloy material is heat-treated in a temperature range not lower than the decomposition temperature of the harmful precipitate and not higher than the partial melting temperature of the Ni-based single crystal superalloy material to decompose the harmful precipitate.
熱処理は、有害析出物の分解温度が、主にNi3Alで構成されるγ′相の再析出温度よりも低いNi基単結晶超合金材に施される。ここで、熱処理を、γ′相の再析出温度以上、かつ、Ni基単結晶超合金材の部分溶融温度以下の温度範囲で行うことが好ましい。 The heat treatment is applied to a Ni-based single crystal superalloy material in which the decomposition temperature of harmful precipitates is lower than the reprecipitation temperature of the γ ′ phase mainly composed of Ni 3 Al. Here, the heat treatment is preferably performed in a temperature range not lower than the reprecipitation temperature of the γ ′ phase and not higher than the partial melting temperature of the Ni-based single crystal superalloy material.
また、熱処理は、有害析出物の分解温度が、Ni3Alで構成されるγ′相の再析出温度よりも高いNi基単結晶超合金材に施される。 Further, the heat treatment is performed on the Ni-based single crystal superalloy material in which the decomposition temperature of the harmful precipitate is higher than the reprecipitation temperature of the γ ′ phase composed of Ni 3 Al.
一方、本発明に係るNi基単結晶超合金材は、上述した再生方法を用い、マトリックス中に析出していた有害析出物を分解させたものである。 On the other hand, the Ni-based single crystal superalloy material according to the present invention is obtained by decomposing harmful precipitates precipitated in the matrix using the above-described regeneration method.
本発明によれば、マトリックス中に有害析出物が析出したNi基単結晶超合金材のクリープ寿命を再生、回復させることができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to regenerate and recover the creep life of the Ni-based single crystal superalloy material in which harmful precipitates are precipitated in the matrix.
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の好適一実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、高温、高応力下で長時間使用(経時使用)され、マトリックス中に針状(又は板状、塊状)のTCP相(有害析出物)が析出したNi基単結晶超合金材を対象とするものである。このマトリックスの結晶組織は、母相であるγ相内に、微細なγ′相(Ni3Al)が格子状に析出した2相組織である。 The method for regenerating a Ni-based single crystal superalloy material according to a preferred embodiment of the present invention is used for a long time under high temperature and high stress (used over time), and is in the form of needles (or plates or blocks) in the matrix. It is intended for a Ni-based single crystal superalloy material in which a TCP phase (hazardous precipitate) is deposited. The crystal structure of this matrix is a two-phase structure in which fine γ ′ phase (Ni 3 Al) is precipitated in a lattice form in the γ phase which is the matrix phase.
ここで、Ni基単結晶超合金材の構成材は、ジェットエンジンやガスタービンエンジンのタービンブレード用材料として慣用的に用いられているものが全て適用可能であり、特に限定するものではない。具体的には、Al-Ta-W-Co-Cr-Mo-Hf-Re-Ni系合金、Al-Ta-W-Co-Cr-Mo-Hf-Re-Ru-Ni系合金が挙げられ、例えば、第2世代Ni基単結晶超合金(TMS-82+、ReneN5(いずれも登録商標))、第3世代Ni基単結晶超合金(TMS-75、CMSX-10(いずれも登録商標))、第4世代Ni基単結晶超合金(TMS-138(登録商標))などが挙げられる。 Here, as the constituent material of the Ni-based single crystal superalloy material, any material conventionally used as a turbine blade material of a jet engine or a gas turbine engine can be applied, and is not particularly limited. Specifically, Al-Ta-W-Co-Cr-Mo-Hf-Re-Ni alloy, Al-Ta-W-Co-Cr-Mo-Hf-Re-Ru-Ni alloy, For example, 2nd generation Ni-based single crystal superalloy (TMS-82 +, ReneN5 (both registered trademarks)), 3rd generation Ni-based single crystal superalloy (TMS-75, CMSX-10 (both registered trademarks)) 4th generation Ni-based single crystal superalloy (TMS-138 (registered trademark)) and the like.
図1に示すように、先ず、マトリックス中に針状のTCP相が析出したNi基単結晶超合金材10を準備する。このNi基単結晶超合金材10は、クリープ破壊の起点となるTCP相が析出しているため、クリープ寿命が著しく低下している。
As shown in FIG. 1, first, a Ni-based single crystal
そこで、このNi基単結晶超合金材10のクリープ寿命を再生、回復すべく、Ni基単結晶超合金材10に、TCP相の分解(又は固溶)温度以上、かつ、Ni基単結晶超合金材の部分溶融温度以下の温度範囲で熱処理を施す(stepA)。この熱処理は、図2に示すように、温度T0(=常温)から温度T1まで昇温した後、温度T1で一定時間(t2−t1)保持し、その後、冷却して温度T0まで戻すという一連の工程を含む。
Therefore, in order to regenerate and restore the creep life of the Ni-based single crystal
Ni基単結晶超合金材10は、TCP相の分解温度(TTCP相)が、Ni3Alで構成されるγ′相の再析出温度(Tγ'相)より低いものと、高いものとがある。図3に、TCP相の分解温度がγ′相の再析出温度より低い場合(TTCP相<Tγ'相)の例を挙げて説明する。図3に示すように、TCP相の分解温度(=T31)未満で熱処理を行った場合、当然ながらTCP相は分解せず、熱処理によるTCP相の分解効果が見込めない。また、Ni基単結晶超合金材10の部分溶融温度(=T33)を超えて熱処理を行った場合、Ni基単結晶超合金材10自体が部分溶融してしまい、形状を保つことができなくなるため、使用不可能となってしまう。
The Ni-based single crystal
これに対して、T31〜T32の温度範囲(領域31)で熱処理を行うと、熱処理の結果、マトリックス中に析出していたTCP相が分解して(γ+γ′)相に変態し、消失する。一方、T32〜T33の温度範囲(領域32)で熱処理を行うと、熱処理の結果、TCP相が分解すると共に、γ′相の再析出が生じる。これによって、マトリックス中に析出していたTCP相が消失すると共に、γ′相が更に均一、微細化(例えば、1μm未満に微細化)される。 In contrast, when heat treatment is performed in the temperature range T31 to T32 (region 31), as a result of the heat treatment, the TCP phase precipitated in the matrix is decomposed and transformed into a (γ + γ ′) phase and disappears. On the other hand, when the heat treatment is performed in the temperature range of T32 to T33 (region 32), the TCP phase is decomposed and the γ ′ phase is reprecipitated as a result of the heat treatment. As a result, the TCP phase precipitated in the matrix disappears, and the γ ′ phase is further uniformly and refined (for example, refined to less than 1 μm).
以上より、TTCP相<Tγ'相のNi基単結晶超合金材10には、領域31,32、好ましくは領域32で熱処理が施される。また、熱処理温度及び熱処理時間は、Ni基単結晶超合金材10の種類に応じて、適宜決定されるものであり、特に限定するものではない。例えば、熱処理温度は、1200〜1400℃、好ましくは1230〜1380℃とされ、また、熱処理時間は、5h以上、好ましくは12〜48h、より好ましくは20〜30hとされる。この熱処理条件において、熱処理温度が高温の場合、熱処理時間は短く、逆に、熱処理温度が低温の場合、熱処理時間は長くされる。
From the above, the Ni-based single crystal
熱処理後のNi基単結晶超合金材に、適宜時効処理を施し(stepB)、TCP相が分解されたNi基単結晶超合金材15が得られる。この時効処理は、Ni基単結晶超合金材10の種類に応じて、加熱パターンが適宜決定される。例えば、加熱パターンとしては、1次時効のみ、1次時効+2次時効、又は1次時効+2次時効+3次時効などが挙げられる。
The Ni-based single crystal
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
TTCP相<Tγ'のNi基単結晶超合金材10に、図3に示した領域31で熱処理を施すと、マトリックス中に析出していたTCP相が分解して(γ+γ′)相に変態し、消失する。TCP相は、クリープ破壊の起点となるものであるため、TCP相が消失することにより、Ni基単結晶超合金材15のクリープ寿命の低下が回避される。
When the Ni-based single crystal
すなわち、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、マトリックス中に針状のTCP相が析出したNi基単結晶超合金材10に対して、領域31の温度範囲で熱処理を施すことにより、TCP相が分解されたNi基単結晶超合金材15を得ることができる。このNi基単結晶超合金材15のクリープ寿命は、新品のNi基単結晶超合金材とほぼ同等のレベルまで再生、回復されている。
That is, in the method for regenerating a Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment, the Ni-based single crystal
一方、TTCP相<Tγ'のNi基単結晶超合金材10に、図3に示した領域32で熱処理を施すと、TCP相が分解、消失すると共に、γ′相の再析出(再結晶)が生じる。TCP相は、クリープ破壊の起点となるものであるため、TCP相が消失することにより、Ni基単結晶超合金材15のクリープ寿命の低下が回避される。また、γ′相が再析出することにより、マトリックスの結晶組織が更に均一、微細化される。その結果、マトリックス自体の強度向上、延いてはNi基単結晶超合金材15自体の強度向上がなされ、クリープ寿命自体が向上する。
On the other hand, when the Ni-based single crystal
すなわち、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、マトリックス中に針状のTCP相が析出したNi基単結晶超合金材10に対して、領域32の温度範囲で熱処理を施すことにより、TCP相が分解し、かつ、γ′相が再析出したNi基単結晶超合金材15を得ることができる。このNi基単結晶超合金材15のクリープ寿命は、新品のNi基単結晶超合金材と同等(又はほぼ同等)のレベルまで再生、回復されている。
That is, in the method for regenerating a Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment, the Ni-based single
その結果、Ni基単結晶超合金材のマトリックス中に針状のTCP相が析出したとしても、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法を適用することで、そのクリープ寿命を、新品のNi基単結晶超合金材と同等のレベルまで再生、回復させることができる。ここで、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材は、主にタービンブレードとして使用されるものであり、その製品コストは一般的に非常に高い。本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、経時使用に伴い、TCP相が析出したNi基単結晶超合金材を、新品と交換することなく、そのクリープ寿命を再生、回復させることができるため、大幅にコストダウンを図ることができる。 As a result, even if the acicular TCP phase is precipitated in the matrix of the Ni-based single crystal superalloy material, by applying the method for regenerating the Ni-based single crystal superalloy material according to this embodiment, its creep life Can be regenerated and recovered to the same level as a new Ni-based single crystal superalloy material. Here, the Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment is mainly used as a turbine blade, and its product cost is generally very high. The regeneration method of the Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment regenerates its creep life without replacing the Ni-based single crystal superalloy material, on which the TCP phase is deposited, with a new one, with the passage of time. Since it can be recovered, the cost can be greatly reduced.
また、従来、経時使用に伴い、TCP相が析出したNi基単結晶超合金材は、主に廃棄処分とされていたが、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法を適用することで再生が可能となるため、廃棄コストの低減も図ることができる。つまり、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、ゴミの減量化に優れた環境に優しい方法でもある。 In addition, conventionally, Ni-based single crystal superalloy material in which a TCP phase is precipitated with use over time has been mainly disposed of, but the method for regenerating Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment is used. Since it becomes possible to regenerate by applying, it is possible to reduce the disposal cost. That is, the method for recycling the Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment is also an environmentally friendly method that is excellent in reducing dust.
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
前実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、TCP相の分解温度(TTCP相)が、Ni3Alで構成されるγ′相の再析出温度(Tγ'相)より低いもの(TTCP相<Tγ'相)に関するものであった。 In the regeneration method of the Ni-based single crystal superalloy material according to the previous embodiment, the decomposition temperature of the TCP phase (T TCP phase ) is the reprecipitation temperature of the γ ′ phase composed of Ni 3 Al (T γ ′ phase ). For lower (T TCP phase <T γ ′ phase ).
これに対して、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法は、TCP相の分解温度(TTCP相)が、Ni3Alで構成されるγ′相の再析出温度(Tγ'相)より高いもの(TTCP相>Tγ'相)に関するものである。 On the other hand, in the method for regenerating the Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment, the reprecipitation temperature of the γ ′ phase in which the decomposition temperature of the TCP phase (T TCP phase ) is composed of Ni 3 Al T γ 'phase) high than (T TCP phase> T γ' relates to a phase).
具体的には、前実施の形態に係る再生方法と同様に、先ず、マトリックス中に針状のTCP相が析出したNi基単結晶超合金材10を準備する。このNi基単結晶超合金材10のクリープ寿命を再生、回復すべく、Ni基単結晶超合金材10に、TCP相の分解温度以上、かつ、Ni基単結晶超合金材の部分溶融温度以下の温度範囲で熱処理を施す。
Specifically, similarly to the regeneration method according to the previous embodiment, first, a Ni-based single
図4に示すように、γ′相の再析出温度(=T41)未満で熱処理を行った場合、当然ながらγ′相は再析出せず、熱処理によるγ′相の再析出効果が見込めない。また、Ni基単結晶超合金材10の部分溶融温度(=T43)を超えて熱処理を行った場合、Ni基単結晶超合金材10自体が部分溶融してしまい、形状を保つことができなくなるため、熱処理不可能となってしまう。一方、T41〜T42の温度範囲(領域41)で熱処理を行うと、熱処理の結果、γ′相の再析出(再結晶)が生じる。これによって、マトリックス中のγ′相が更に均一、微細化される。この熱処理では、マトリックス自体の強度向上により、クリープ寿命自体をある程度向上させることができる。しかし、Ni基単結晶超合金材10の、TCP相によるクリープ寿命の低下は、回避することができない。
As shown in FIG. 4, when the heat treatment is performed at a reprecipitation temperature lower than the γ ′ phase (= T41), the γ ′ phase does not reprecipitate, and the reprecipitation effect of the γ ′ phase by the heat treatment cannot be expected. In addition, when the heat treatment is performed beyond the partial melting temperature (= T43) of the Ni-based single
これに対して、T42〜T43の温度範囲(領域42)で熱処理を行うと、熱処理の結果、γ′相が再析出すると共に、マトリックス中に析出していたTCP相が分解して(γ+γ′)相に変態し、消失する。 In contrast, when heat treatment is performed in the temperature range T42 to T43 (region 42), as a result of the heat treatment, the γ 'phase is reprecipitated, and the TCP phase precipitated in the matrix is decomposed (γ + γ' ) It transforms into a phase and disappears.
以上より、TTCP相>Tγ'相のNi基単結晶超合金材10には、領域42で熱処理が施される。また、熱処理温度及び熱処理時間は、Ni基単結晶超合金材10の種類に応じて、適宜決定されるものであり、特に限定するものではない。例えば、熱処理温度は、1300〜1400℃、好ましくは1320〜1380℃とされ、また、熱処理時間は、5h以上、好ましくは12〜48h、より好ましくは20〜30hとされる。この熱処理条件において、熱処理温度が高温の場合、熱処理時間は短く、逆に、熱処理温度が低温の場合、熱処理時間は長くされる。
As described above, the Ni-based single
熱処理後のNi基単結晶超合金材には、適宜時効処理が施され、これによって、TCP相が分解されたNi基単結晶超合金材15が得られる(図1参照)。
The Ni-based single crystal superalloy material after heat treatment is appropriately subjected to an aging treatment, whereby a Ni-based single
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
TTCP相>Tγ'のNi基単結晶超合金材10に、図4に示した領域42で熱処理を施すと、γ′相の再析出(再結晶)が生じると共に、TCP相が分解、消失する。γ′相が再析出することにより、マトリックスの結晶組織が更に均一、微細化される。その結果、マトリックス自体の強度向上、延いてはNi基単結晶超合金材15自体の強度向上がなされ、クリープ寿命自体が向上する。また、TCP相は、クリープ破壊の起点となるものであるため、TCP相が消失することにより、Ni基単結晶超合金材15のクリープ寿命の低下が回避される。
When the Ni-base single
つまり、本実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法においても、前実施の形態に係るNi基単結晶超合金材の再生方法における領域32(図3参照)で熱処理した場合と、同様の作用効果が得られる。 That is, also in the method for regenerating the Ni-based single crystal superalloy material according to the present embodiment, the heat treatment is performed in the region 32 (see FIG. 3) in the method for regenerating the Ni-based single crystal superalloy material according to the previous embodiment. The same effect can be obtained.
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various other things are assumed.
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
TMS-138(5.9Al-5.9Ta-5.9W-5.8Co-2.9Cr-2.9Mo-0.1Hf-4.9Re-2.0Ru-Ni(Bal.);wt%)を用い、Ni基単結晶超合金材(試験材)を3つ作製した。各試験材を用い、1100℃×200hというプロファイルで模擬運転を行い、マトリックス中に針状のTCP相を析出させた(TCP相析出材)。 Ni-based single crystal superalloy material using TMS-138 (5.9Al-5.9Ta-5.9W-5.8Co-2.9Cr-2.9Mo-0.1Hf-4.9Re-2.0Ru-Ni (Bal.); Wt%) Three (test materials) were produced. Using each test material, a simulated operation was performed with a profile of 1100 ° C. × 200 h, and a needle-like TCP phase was precipitated in the matrix (TCP phase-deposited material).
各TCP相析出材に、それぞれ1200℃×24h、1250℃×24h、1300℃×24hの熱処理を施した(試験材1a〜1c)。熱処理後の各試験材1a〜1cにおけるTCP相の変態の程度を観察した。 Each TCP phase-deposited material was heat-treated at 1200 ° C. × 24 h, 1250 ° C. × 24 h, and 1300 ° C. × 24 h (test materials 1a to 1c). The degree of transformation of the TCP phase in each of the test materials 1a to 1c after the heat treatment was observed.
その結果、図5(a)、図5(b)に示すように、1200℃×24hの熱処理を施した試験材1aにおいては、マトリックス中に依然として針状のTCP相(図5(b)中、矢印で図示)が析出したままであり、TCP相の変態はほぼ全く観察されなかった。また、図5(a)、図5(b)中、白色模様で示される母相であるγ相内に、黒色模様で示されるγ′相が格子状に析出しているが、これらのγ′相は数μm程度と粗大であった。 As a result, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), in the test material 1a subjected to heat treatment at 1200 ° C. × 24 h, the needle-like TCP phase (in FIG. 5 (b)) is still in the matrix. , As indicated by the arrows) remained precipitated, and almost no transformation of the TCP phase was observed. Further, in FIGS. 5A and 5B, the γ ′ phase indicated by the black pattern is precipitated in a lattice form in the γ phase that is the parent phase indicated by the white pattern. The 'phase was as coarse as several μm.
これに対して、図6(a)、図6(b)に示すように、1250℃×24hの熱処理を施した試験材1bにおいては、マトリックス中のTCP相の一部が分解して、(γ+γ′)相に変態、分解していた(図6(b)中、矢印で図示)。また、図6(a)、図6(b)中、白色模様で示されるγ相内に、黒色模様で示される微細な(1μm未満の)γ′相が、不均一ながら格子状に析出し始めている様子が観察された。 On the other hand, as shown in FIGS. 6A and 6B, in the test material 1b subjected to the heat treatment of 1250 ° C. × 24 h, a part of the TCP phase in the matrix is decomposed and ( It was transformed and decomposed into a (γ + γ ′) phase (indicated by an arrow in FIG. 6B). In addition, in FIGS. 6A and 6B, fine (less than 1 μm) γ ′ phase shown by a black pattern precipitates in a lattice pattern in a non-uniform manner in the γ phase shown by a white pattern. The beginning was observed.
また、図7(a)、図7(b)に示すように、1300℃×24hの熱処理を施した試験材1cにおいては、マトリックス中のTCP相がほぼ完全に分解しており、TCP相はほぼ全く観察されなかった。また、図7(a)、図7(b)中、白色模様で示されるγ相内に、黒色模様で示される微細な(1μm未満の)γ′相が、均一に、かつ、格子状に再析出している様子が観察された。 In addition, as shown in FIGS. 7A and 7B, in the test material 1c subjected to the heat treatment of 1300 ° C. × 24 h, the TCP phase in the matrix is almost completely decomposed, and the TCP phase is Almost no observation was made. Further, in FIGS. 7A and 7B, the fine (less than 1 μm) γ ′ phase shown by the black pattern is uniformly and lattice-like in the γ phase shown by the white pattern. Reprecipitation was observed.
以上より、TCP相が析出したTMS-138材に対して、本発明に係るNi基単結晶超合金材の再生方法を適用する際、1250℃×24hの熱処理を施すと、TCP相の分解のみが生じ、1300℃×24hの熱処理を施すと、TCP相の分解及びγ′相の再析出が生じることが確認できた。 From the above, when applying the Ni-based single crystal superalloy material regeneration method according to the present invention to the TMS-138 material in which the TCP phase is precipitated, if the heat treatment at 1250 ° C. × 24 h is performed, only the decomposition of the TCP phase will occur. It was confirmed that when the heat treatment at 1300 ° C. × 24 h was performed, decomposition of the TCP phase and reprecipitation of the γ ′ phase occurred.
[実施例1]における試験材、TCP相析出材、試験材1a〜1cに対して、1100℃、137MPaの条件でクリープ試験を行った。歪みが0.01の時の経過時間(クリープ変形量が1%の時のクリープ寿命)の評価を行った。 A creep test was performed on the test material, TCP phase precipitation material, and test materials 1a to 1c in [Example 1] under the conditions of 1100 ° C. and 137 MPa. The elapsed time when the strain was 0.01 (creep life when the creep deformation was 1%) was evaluated.
図8中、○印で示す試験材(新品材)は、クリープ寿命が約400hであった。これに対して、図8中、□印で示す模擬運転後のTCP相析出材は、クリープ寿命が約80hであり、試験材のクリープ寿命と比べると約80%も低下していた。 In FIG. 8, the test material (new material) indicated by a circle has a creep life of about 400 hours. In contrast, the TCP phase-deposited material after the simulated operation indicated by □ in FIG. 8 has a creep life of about 80 hours, which is about 80% lower than the creep life of the test material.
TCP相析出材に1200℃×24hの熱処理を施してなる試験材1a(図8中、△印で図示)は、クリープ寿命が約100h強しかなく、熱処理によるクリープ寿命の再生、回復効果は殆ど得られなかった。 The test material 1a (shown by Δ in FIG. 8) obtained by subjecting the TCP phase-deposited material to a heat treatment of 1200 ° C. × 24 h has a creep life of only about 100 h, and has almost no effect on regeneration and recovery of the creep life by the heat treatment. It was not obtained.
これに対して、TCP相析出材に1250℃×24hの熱処理を施してなる試験材1b(図8中、黒丸印で図示)は、クリープ寿命が約240hであり、TCP相析出材のクリープ寿命と比べると約3倍に回復していた。また、TCP相析出材に1300℃×24hの熱処理を施してなる試験材1c(図8中、◇印で図示)は、クリープ寿命が約300hであり、TCP相析出材のクリープ寿命と比べると約4倍弱に回復していた。 In contrast, the test material 1b (shown by a black circle in FIG. 8) obtained by subjecting the TCP phase-deposited material to a heat treatment of 1250 ° C. × 24 h has a creep life of about 240 h, and the creep life of the TCP phase-deposited material. Compared to, it recovered about 3 times. In addition, the test material 1c (shown by ◇ in FIG. 8) obtained by subjecting the TCP phase-deposited material to a heat treatment of 1300 ° C. × 24 h has a creep life of about 300 h, which is compared with the creep life of the TCP phase-deposited material. It had recovered to about 4 times.
以上より、TCP相が析出したTMS-138材に対して、本発明に係るNi基単結晶超合金材の再生方法を適用することで、そのクリープ寿命を大幅に再生、回復させることができることが確認できた。また、TCP相を分解させただけの試験材1bより、TCP相を分解させると共にγ′相を再析出させた試験材1cの方が、クリープ寿命がより再生、回復されることが確認できた。 From the above, by applying the Ni-based single crystal superalloy material regeneration method according to the present invention to the TMS-138 material in which the TCP phase is precipitated, its creep life can be greatly regenerated and recovered. It could be confirmed. In addition, it was confirmed that the test material 1c in which the TCP phase was decomposed and the γ ′ phase was reprecipitated was regenerated and recovered more than the test material 1b in which the TCP phase was only decomposed. .
CMSX-10(5.7Al-8.4Ta-5.5W-3.3Co-2.3Cr-0.4Mo-0.3Ti-0.1Nb-0.03Hf-6.3Re-Ni(Bal.);wt%)を用い、Ni基単結晶超合金材(試験材)を2つ作製した。各試験材を用い、1200℃×24hというプロファイルで模擬運転を行い、マトリックス中に針状のTCP相を析出させた(TCP相析出材)。 CMSX-10 (5.7Al-8.4Ta-5.5W-3.3Co-2.3Cr-0.4Mo-0.3Ti-0.1Nb-0.03Hf-6.3Re-Ni (Bal.); Wt%) and Ni-based single crystal Two superalloy materials (test materials) were prepared. Using each test material, a simulated operation was performed with a profile of 1200 ° C. × 24 h, and a needle-like TCP phase was precipitated in the matrix (TCP phase-deposited material).
各TCP相析出材に、それぞれ1300℃×24h→ガスファン冷却(GFC)、1350℃×24h→ガスファン冷却を施した(試験材3a,3b)。熱処理後の各試験材3a,3bにおけるTCP相の変態の程度を観察した。 Each TCP phase precipitate was subjected to 1300 ° C. × 24 h → gas fan cooling (GFC) and 1350 ° C. × 24 h → gas fan cooling (test materials 3a and 3b). The degree of transformation of the TCP phase in each of the test materials 3a and 3b after the heat treatment was observed.
その結果、図9(a)、図9(b)に示すように、1300℃×24hの熱処理を施した試験材3aにおいては、マトリックス中に依然として針状のTCP相(図9(a)、図9(b)中、91で図示)が析出したままであり、TCP相の変態はほぼ全く観察されなかった。しかし、図9(a)、図9(b)中、白色模様で示されるγ相内に、黒色模様で示される微細な(1μm未満の)γ′相が、不均一ながら格子状に析出し始めている様子が観察された。 As a result, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), in the test material 3a subjected to the heat treatment of 1300 ° C. × 24 h, the needle-like TCP phase (FIG. 9 (a), In FIG. 9 (b), as indicated by 91) remained precipitated, and almost no transformation of the TCP phase was observed. However, in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the fine (less than 1 μm) γ ′ phase indicated by the black pattern precipitates in a lattice pattern in a non-uniform manner within the γ phase indicated by the white pattern. The beginning was observed.
また、図10(a)、図10(b)に示すように、1350℃×24hの熱処理を施した試験材3bにおいては、マトリックス中のTCP相が完全に分解して、(γ+γ′)相に変態、分解しており(図10(b)中、101で図示)、TCP相はほぼ全く観察されなかった。また、図10(a)、図10(b)中、白色模様で示されるγ相内に、黒色模様で示される微細な(1μm未満の)γ′相が、均一に、かつ、格子状に再析出している様子が観察された。 Further, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), in the test material 3b subjected to the heat treatment of 1350 ° C. × 24 h, the TCP phase in the matrix is completely decomposed and the (γ + γ ′) phase is obtained. It was transformed and decomposed (indicated by 101 in FIG. 10B), and almost no TCP phase was observed. 10A and 10B, the fine (less than 1 μm) γ ′ phase shown by the black pattern is uniformly and lattice-like in the γ phase shown by the white pattern. Reprecipitation was observed.
以上より、TCP相が析出したCMSX-10材に対して、本発明に係るNi基単結晶超合金材の再生方法を適用する際、1300℃×24hの熱処理を施すと、γ′相の再析出のみが生じ、1350℃×24hの熱処理を施すと、TCP相の分解及びγ′相の再析出が生じることが確認できた。 As described above, when the heat treatment of 1300 ° C. × 24 h is applied to the CMSX-10 material in which the TCP phase is precipitated, when the Ni-based single crystal superalloy material regeneration method according to the present invention is applied, the γ ′ phase is regenerated. Only precipitation occurred, and it was confirmed that when heat treatment at 1350 ° C. × 24 h was performed, decomposition of the TCP phase and reprecipitation of the γ ′ phase occurred.
10 TCP相(有害析出物)が析出したNi基単結晶超合金材
stepA 熱処理
10 Ni-based single crystal superalloy material with TCP phase (hazardous precipitate) deposited
stepA heat treatment
Claims (5)
5. A Ni-based single crystal superalloy material characterized by decomposing harmful precipitates precipitated in a matrix using the regeneration method according to claim 1.
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