JP2023173090A - 耐熱性ＩｒＰｔ合金 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な加工性を維持しながらビッカース硬さを更に向上させた耐熱性Ｉｒ合金を提供する。【解決手段】Ｐｔを５～３０ｍａｓｓ％、Ｔａを０．５～５ｍａｓｓ％、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種を０．００３～０．１５ｍａｓｓ％含有し、残部がＩｒであることを特徴とする耐熱性Ｉｒ合金。【選択図】なし
Description
本発明は、高温用るつぼ、耐熱器具、ガスタービン、スパークプラグ、高温用センサ、ジェットエンジンなどに用いる耐熱性Ｉｒ合金に関する。
高温用るつぼ、耐熱器具、ガスタービン、スパークプラグ、高温用センサ、ジェットエンジンなどに用いる耐熱材料として種々の合金が開発されている。主な耐熱材料として耐熱鋼、ニッケル基超合金、白金合金、タングステンなどが挙げられる。耐熱鋼、ニッケル基超合金、白金合金などは固相点が２０００℃未満でそれ以上の温度では使用できない。一方、タングステンやモリブデンなどの高融点金属は高温の大気中では酸化消耗が激しい。そこで高融点であって、かつ、耐酸化消耗性の高い耐熱材料としてＩｒ合金が開発されている。
特許文献１には、所定量の白金と、所定量のアルカリ土類金属元素とをイリジウム合金に含有させることで、当該Ｉｒ合金を高温環境下で長時間に亘り安定的に使用できるようになる旨記載されている。
耐熱材料として用いられるＩｒ合金は長期間安定して使用できることが望まれている。例えば、ガスタービンに使用する場合はタービンの遠心力に耐えられる機械的強度が求められる。そのため硬さを更に改善したいという課題がある。
そこで本発明の目的は、良好な加工性を維持しながらビッカース硬さを更に向上させた耐熱性Ｉｒ合金を提供することである。
本発明者らは、ＩｒＰｔ合金においてＴａ及び微量のＳｃ、Ｈｆ、Ｗ添加による高硬度化を見出し、本発明に至った。
本発明は、Ｐｔを５～３０ｍａｓｓ％、Ｔａを０．５～５ｍａｓｓ％、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種を０．００３～０．１５ｍａｓｓ％含有し、残部がＩｒであることを特徴とする耐熱性Ｉｒ合金である。
本発明によれば、良好な加工性を維持しながらビッカース硬さを更に向上させる耐熱性Ｉｒ合金を提供することができる。
本発明は、Ｐｔを５～３０ｍａｓｓ％、Ｔａを０．５～５ｍａｓｓ％、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種を０．００３～０．１５ｍａｓｓ％含有することを特徴とする耐熱性Ｉｒ合金である。Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの二種以上を含有する場合は、その含有量は合計で０．００３～０．１５ｍａｓｓ％とする。なお、Ｉｒ合金とは、主たる元素をＩｒとする合金である。また本発明に係るＩｒ合金は、前述の元素の他に不可避不純物を含有してもよい。
Ｐｔを５～３０ｍａｓｓ％含有するＩｒ合金は、高温の大気又は酸化雰囲気において結晶粒界からのＩｒの酸化揮発が抑制され、耐酸化消耗性が著しく改善される。Ｐｔの含有量が５ｍａｓｓ％を下回る場合には、Ｉｒ合金の耐酸化消耗性が不十分である。一方、Ｐｔの含有量が３０ｍａｓｓ％を超えると、Ｉｒ合金の耐酸化消耗性は良いが、再結晶温度が低下するので強度を維持できる温度範囲の上限が低下してしまう。
Ｔａを０．５～５ｍａｓｓ％含有するＩｒＰｔ合金は、Ｔａによる固溶硬化により硬さが向上する。Ｔａの含有量は０．７ｍａｓｓ％以上がより好ましい。Ｔａの含有量が０．５ｍａｓｓ％を下回ると固溶硬化が不十分である。一方、Ｔａ量が５ｍａｓｓ％を超えると塑性変形能が低下して加工が困難になる。
Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種を０．００３～０．１５ｍａｓｓ％含有するＩｒＰｔＴａ合金は、固溶硬化及び／または結晶粒微細化により硬さが向上する。ＩｒＰｔＴａ合金よりも融点の低いＳｃ、Ｈｆは最終凝固部である粒界に優先的に固溶し、Ｉｒ合金の脆弱な結晶粒界を好適に強化する。ＩｒＰｔＴａ合金よりも融点の高いＷは凝固時の核生成サイトとなることでＩｒＰｔＴａ合金の凝固組織を微細化する。
Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種（二種以上の場合は合計）の含有量は０．００５ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種（二種以上の場合は合計）の含有量は０．０１ｍａｓｓ％以上がより好ましい。Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種（二種以上の場合は合計）の含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超えると硬さは向上するが加工性が低下する。
本発明の耐熱性Ｉｒ合金は、ビッカース硬さ６００ＨＶ以上である。
上記の合金は、各々が第２相を持たない単相の固溶体であるため展延性が良好で、公知の温間加工又は熱間加工により、いろいろな形状・寸法に塑性加工することができ、機械加工及び溶接も容易である。
本発明の実施例について説明する。まず、各原料粉末（Ｉｒ粉末、Ｐｔ粉末、Ｔａ粉末、Ｓｃ粉末、Ｈｆ粉末、Ｗ粉末）を所定の割合で混合し、混合粉末を作製した。次いで、得られた混合粉末を一軸加圧成形機を用いて成形し圧粉体を得た。得られた圧粉体をアーク溶解法により溶解し、インゴットを作製した。
次いで、作製したインゴットを熱間鍛造し、幅１５ｍｍの角棒とした。この角棒を熱間溝圧延、ダイス伸線加工してφ０．５ｍｍの線材を得た。
硬さは、所定の長さに切断した線材の縦断面をマイクロビッカース硬さ試験機にて、荷重２００ｇｆ保持時間１０秒の条件で測定した。
加工性はインゴットから伸線までの上記加工工程にて、評価した。φ０．５ｍｍの線材を得られたものを〇、φ０．５ｍｍの線材が得られなかったものを×とした。
実施例及び比較例の合金の組成、および試験結果を表１に示す。
実施例１～１５は、ＩｒＰｔにＴａ及びＳｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくともいずれか一種類を添加したものである。いずれもＳｃ、Ｈｆ、Ｗを添加していない比較例１、２と比較して硬さが増加している。一方で、ＳｃやＨｆを０．２０ｍａｓｓ％添加した比較例３、４については、加工性が著しく悪化した。
実施例の合金は、硬さが６００ＨＶ以上かつ加工性が〇であり、高硬度と良好な加工性を両立し、耐熱性Ｉｒ合金として優れた特性を有することが確認できた。
Claims (1)
- Ｐｔを５～３０ｍａｓｓ％、Ｔａを０．５～５ｍａｓｓ％、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種を０．００３～０．１５ｍａｓｓ％含有し、残部がＩｒであることを特徴とする耐熱性Ｉｒ合金。
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