JP2778807B2 - 単結晶用Ｎｉ基耐熱合金 - Google Patents
単結晶用Ｎｉ基耐熱合金Info
- Publication number
- JP2778807B2 JP2778807B2 JP2167906A JP16790690A JP2778807B2 JP 2778807 B2 JP2778807 B2 JP 2778807B2 JP 2167906 A JP2167906 A JP 2167906A JP 16790690 A JP16790690 A JP 16790690A JP 2778807 B2 JP2778807 B2 JP 2778807B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- single crystal
- base heat
- temperature
- content
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガスタービンのタービン動・静翼、高温ブ
ロアーの動翼及びその他の高温部品の形成材料として使
用される単結晶用Ni基耐熱合金に係る。
ロアーの動翼及びその他の高温部品の形成材料として使
用される単結晶用Ni基耐熱合金に係る。
従来の技術 上述の如き高温部品の材料として従来使用されている
超高温合金の主流は、γ′｛Ni3（AlTi）｝析出硬化及
びMo、Ｗ等による固溶強化を兼備えるNi基合金である。
この場合、Mo、Ｗ等を多量に添加し過ぎると、σ相、μ
相等の有害相が生成するため、Al、Tiを多く添加して
γ′相を多く生成させ、高い高温強度を得ている。
超高温合金の主流は、γ′｛Ni3（AlTi）｝析出硬化及
びMo、Ｗ等による固溶強化を兼備えるNi基合金である。
この場合、Mo、Ｗ等を多量に添加し過ぎると、σ相、μ
相等の有害相が生成するため、Al、Tiを多く添加して
γ′相を多く生成させ、高い高温強度を得ている。
発明が解決しようとする課題 このような従来主流のNi基合金はAl、Tiの含量を多く
すると共に、合金組織内で有害相が生成されない範囲で
Mo、Ｗを多量添加する関係から、Crの含量が８−12％に
制限される。このため、高温強度は上昇するものの、高
温での耐酸化性及び耐食性が低下することとなる。従っ
て、かかるNi基合金は、燃焼によって発生する酸化性物
質が少ない高級燃料を使用するジェットエンジンを形成
する材料としてしか利用され得ない。
すると共に、合金組織内で有害相が生成されない範囲で
Mo、Ｗを多量添加する関係から、Crの含量が８−12％に
制限される。このため、高温強度は上昇するものの、高
温での耐酸化性及び耐食性が低下することとなる。従っ
て、かかるNi基合金は、燃焼によって発生する酸化性物
質が少ない高級燃料を使用するジェットエンジンを形成
する材料としてしか利用され得ない。
課題を解決するための手段 発明者らは鋭意研究の結果、後述の合金組成とするこ
とにより、Cr量を15−17％と高くすると共に、可能な限
りＷ、Mo、Al、Ti、Ta等を多量にかつバランス良く添加
して高温強度を高くし、高温での耐酸化性、耐食性と強
度とのバランスのとれた合金とし、重油等の低級燃料下
で使用される高温部品の材料としても使用できるNi基合
金を調製できることを見出し、本発明に至った。
とにより、Cr量を15−17％と高くすると共に、可能な限
りＷ、Mo、Al、Ti、Ta等を多量にかつバランス良く添加
して高温強度を高くし、高温での耐酸化性、耐食性と強
度とのバランスのとれた合金とし、重油等の低級燃料下
で使用される高温部品の材料としても使用できるNi基合
金を調製できることを見出し、本発明に至った。
従って、本発明による単結晶用Ni基耐熱合金は、重量
基準で、Cr15.0−17.0％、Co5.0−7.0％、Mo1.0−3.0
％、W2.5−4.5％、Al4.0−6.0％、Ti2.0−4.0％、Ta2.0
−4.0％、残部がNi及び不可避的不純物元素からなる合
金組成を有することを特徴とする。
基準で、Cr15.0−17.0％、Co5.0−7.0％、Mo1.0−3.0
％、W2.5−4.5％、Al4.0−6.0％、Ti2.0−4.0％、Ta2.0
−4.0％、残部がNi及び不可避的不純物元素からなる合
金組成を有することを特徴とする。
作用 次に、本発明のNi基耐熱合金の合金組成における各元
素の作用及び添加量（重量基準）について詳述する。
素の作用及び添加量（重量基準）について詳述する。
Cr:15.0−17.0％ 産業用ガスタービンでは、燃焼によって生じた酸化性
物質を含有する燃焼ガスと接触するため、高温における
耐酸化性及び耐食性が要求される。Crは合金に耐酸化
性、耐食性を付与する元素であり、合金中におけるCr量
を多くする程、その効果は顕著である。Cr量が15％未満
では、その効果は少なく、充分でないので、15％以上必
要である。一方、本発明のNi基合金では、他にCo、Mo、
Ｗ、Ta、Al、Ti等も添加されるため、これらとのバラン
スをとるため17％以下とした。
物質を含有する燃焼ガスと接触するため、高温における
耐酸化性及び耐食性が要求される。Crは合金に耐酸化
性、耐食性を付与する元素であり、合金中におけるCr量
を多くする程、その効果は顕著である。Cr量が15％未満
では、その効果は少なく、充分でないので、15％以上必
要である。一方、本発明のNi基合金では、他にCo、Mo、
Ｗ、Ta、Al、Ti等も添加されるため、これらとのバラン
スをとるため17％以下とした。
Co:5.0−7.0％ Ti及びAl等によるγ′析出硬化型のNi基合金において
は、溶体化処理によって、これら添加元素を充分に基質
中に固溶させ、続く時効処理においてγ′相として均一
微細に析出させることで良好な高温強度が得られる。Co
はこのような作用を発揮するTi、Al等を高温で基質に固
溶させる限度（固溶限）を大きくする作用がある。本発
明による合金のAl、Ti量では、Co量は5.0％以上である
ことが必要である。一方、Cr、Mo、Ｗ、Ta、Al、Ti等の
他の元素とのバランスから7.0％以下とした。
は、溶体化処理によって、これら添加元素を充分に基質
中に固溶させ、続く時効処理においてγ′相として均一
微細に析出させることで良好な高温強度が得られる。Co
はこのような作用を発揮するTi、Al等を高温で基質に固
溶させる限度（固溶限）を大きくする作用がある。本発
明による合金のAl、Ti量では、Co量は5.0％以上である
ことが必要である。一方、Cr、Mo、Ｗ、Ta、Al、Ti等の
他の元素とのバランスから7.0％以下とした。
Ti:2.0−4.0％ Tiはγ′析出硬化型Ni基合金の高温強度を上げるため
のγ′相の析出に必要な元素であり、2.0％以下では要
求強度を満足することができない。また、あまり多量に
添加し過ぎると延性を阻害するので4.0％以下とした。
のγ′相の析出に必要な元素であり、2.0％以下では要
求強度を満足することができない。また、あまり多量に
添加し過ぎると延性を阻害するので4.0％以下とした。
Al:4.0−6.0％ AlはTiと同様の効果を発揮する元素で、γ′相を生成
し、高温強度を上げると共に、高温での耐酸化性、耐食
性の付与に寄与する。その量は4.0％以上であることが
必要であり、あまり多量に添加し過ぎると延性を阻害す
るため6.0％以下とした。
し、高温強度を上げると共に、高温での耐酸化性、耐食
性の付与に寄与する。その量は4.0％以上であることが
必要であり、あまり多量に添加し過ぎると延性を阻害す
るため6.0％以下とした。
Mo:1.0−3.0％ Moは、基質中に固溶して、高温強度を上昇させる効果
（固溶強化）があると同時に、時効処理中にC21MoWC
6（Mo,W）6C等を生成し、弱析出硬化によって高温強度
に寄与する。その効果は含量1.0％以下では少なく、添
加し過ぎると延性を阻害するので3.0％以下とした。
（固溶強化）があると同時に、時効処理中にC21MoWC
6（Mo,W）6C等を生成し、弱析出硬化によって高温強度
に寄与する。その効果は含量1.0％以下では少なく、添
加し過ぎると延性を阻害するので3.0％以下とした。
W:2.5−4.5％ ＷはMoと同様に固溶強化と弱析出硬化の作用があり、
高温強度の付与に寄与する。その効果を得るためには2.
0％以上必要であり、また、あまり多くし過ぎると、Ｗ
自身比重が大きい元素であるため合金全体の比重が大き
くなり、遠心力の働くタービン動翼では不利であり、コ
スト的にも高くなるため4.0％以下とした。
高温強度の付与に寄与する。その効果を得るためには2.
0％以上必要であり、また、あまり多くし過ぎると、Ｗ
自身比重が大きい元素であるため合金全体の比重が大き
くなり、遠心力の働くタービン動翼では不利であり、コ
スト的にも高くなるため4.0％以下とした。
Ta:2.0−4.0％ Taは固溶強化及びγ′相析出硬化により高温強度の向
上に寄与し、2.0％以上で効果がある。一方、添加し過
ぎると延性を低下するので4.0％以下とした。
上に寄与し、2.0％以上で効果がある。一方、添加し過
ぎると延性を低下するので4.0％以下とした。
その他、通常のNi基超合金には、不純物元素として原
材料にSi、Mn、Fe、Ｐ、Ｓ、Cuが混入し、通常避けるこ
とはできない。また、Mg、Ca、Sr等は酸素との結合力が
強く溶解製練上、脱酸剤として最大の0.2％まで添加す
ることができる。
材料にSi、Mn、Fe、Ｐ、Ｓ、Cuが混入し、通常避けるこ
とはできない。また、Mg、Ca、Sr等は酸素との結合力が
強く溶解製練上、脱酸剤として最大の0.2％まで添加す
ることができる。
また、単結晶化することで結晶粒界がなくなること及
び異方性を利用することで優れた高温強度が得られる。
び異方性を利用することで優れた高温強度が得られる。
高強度化に伴う延性の低下が生ずる場合には、Hfを添
加することで問題のないレベルにまで向上させることが
可能である。
加することで問題のないレベルにまで向上させることが
可能である。
本発明による単結晶用Ni基耐熱合金の好適な１具体例
である実施例を参照して、本発明をさらに詳述する。
である実施例を参照して、本発明をさらに詳述する。
実施例 本発明による単結晶用Ni基耐熱合金の製造プロセスを
第１図に示す。まず、このプロセスの秤量工程におい
て、下記の第１表に示す目標化学組成に合せて各元素を
秤量した。
第１図に示す。まず、このプロセスの秤量工程におい
て、下記の第１表に示す目標化学組成に合せて各元素を
秤量した。
次に、真空溶解炉において、秤量した元素を溶解し
た。この真空溶解の工程での操作の詳細を第２図に示
す。
た。この真空溶解の工程での操作の詳細を第２図に示
す。
第２図を参照して述べれば、真空溶解に当たり、炉内
を真空とし、ついでArで炉内の雰囲気を置換した後、初
めに所定量のNi、Cr、Co、Mo、Ｗを導入して溶解した
（一次溶解）。充分に溶解させた後、真空引きして脱酸
処理を行った。
を真空とし、ついでArで炉内の雰囲気を置換した後、初
めに所定量のNi、Cr、Co、Mo、Ｗを導入して溶解した
（一次溶解）。充分に溶解させた後、真空引きして脱酸
処理を行った。
再び炉内をAr雰囲気とし、秤量しておいたAl、Ti及び
Taを添加し、全元素を完全に溶解させた（二次溶解）。
Taを添加し、全元素を完全に溶解させた（二次溶解）。
溶解後、再び真空引きして脱ガスを行った。
真空溶解の工程が終了した後、充分にオーバーヒート
させた溶湯を鋳型に鋳込み、16φmmの単結晶丸棒を得た
（第１図の鋳造工程）。
させた溶湯を鋳型に鋳込み、16φmmの単結晶丸棒を得た
（第１図の鋳造工程）。
最後に、得られた単結晶丸棒を熱処理工程に供し溶体
化熱処理（1150−1250℃、２時間）及び時効処理（843
℃、24時間）を行い、所望の単結晶用Ni基耐熱合金を得
た。
化熱処理（1150−1250℃、２時間）及び時効処理（843
℃、24時間）を行い、所望の単結晶用Ni基耐熱合金を得
た。
上述の如くして得られた単結晶用Ni基耐熱合金の特性
（耐食性及びクリープ破断強度）を従来技術による市販
の合金としてIn738（Cr含量＝16％）、Ren80（Cr含量
＝14％）及びMar−M247（Cr含量＝８％）を使用して、
これら市販の合金の特性と比較した。
（耐食性及びクリープ破断強度）を従来技術による市販
の合金としてIn738（Cr含量＝16％）、Ren80（Cr含量
＝14％）及びMar−M247（Cr含量＝８％）を使用して、
これら市販の合金の特性と比較した。
第２表から明らかな如く、本発明の単結晶用Ni基合金
では、耐酸化性、耐食性が向上しており、これはCr含量
が15.0−17.0％であるためである。
では、耐酸化性、耐食性が向上しており、これはCr含量
が15.0−17.0％であるためである。
一方、クリープ破断強度についても高い値が得られ
た。従来の市販合金との比較を第３図に示す。
た。従来の市販合金との比較を第３図に示す。
発明の効果 本発明では、Crを15.0−17.0％の高含量とすると共
に、Ｗ、Mo、Al、Ti、Taの含量をできる限り高くかつバ
ランス良く添加することが可能となる合金組成を採用し
ている。この結果、得られる単結晶用Ni基合金は高い高
温強度だけでなく、高耐酸化性、高耐食性をも有してお
り、酸化性物質を含有する燃焼ガスと接触するガスター
ビンの動・静翼、高温ブロアーの動翼、その他高温部品
用の材料として使用される。
に、Ｗ、Mo、Al、Ti、Taの含量をできる限り高くかつバ
ランス良く添加することが可能となる合金組成を採用し
ている。この結果、得られる単結晶用Ni基合金は高い高
温強度だけでなく、高耐酸化性、高耐食性をも有してお
り、酸化性物質を含有する燃焼ガスと接触するガスター
ビンの動・静翼、高温ブロアーの動翼、その他高温部品
用の材料として使用される。
第１図は本発明による単結晶用Ni基耐熱合金の製造プロ
セスを示す図、第２図は同製造プロセスの真空溶解工程
をさらに詳細に示す図、第３図は本発明による単結晶用
Ni基合金及び市販合金のクリープ破断強度を比較するグ
ラフである。
セスを示す図、第２図は同製造プロセスの真空溶解工程
をさらに詳細に示す図、第３図は本発明による単結晶用
Ni基合金及び市販合金のクリープ破断強度を比較するグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−89820（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−24460（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 19/00 - 19/05
Claims (1)
- 【請求項１】ガスタービンのタービン動翼及び静翼、高
温ブロアーの動翼及びその他の高温部品の形成材料とし
て使用される、高高温強度と共に、高耐酸化性、高耐食
性を有する単結晶用Ni基耐熱合金において、重量基準
で、Cr15.0〜17.0％、Co5.0〜7.0％、Mo1.0〜3.0％、W
2.5〜4.5％、Al4.0〜6.0％、Ti2.0〜4.0％、Ta2.0〜4.0
％、残部がNi及び不可避的不純物元素からなる合金組成
を有することを特徴とする、単結晶用Ni基耐熱合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2167906A JP2778807B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 単結晶用Ｎｉ基耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2167906A JP2778807B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 単結晶用Ｎｉ基耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0456741A JPH0456741A (ja) | 1992-02-24 |
| JP2778807B2 true JP2778807B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=15858244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2167906A Expired - Lifetime JP2778807B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 単結晶用Ｎｉ基耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2778807B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1544720A (en) * | 1977-01-13 | 1979-04-25 | Inco Europ Ltd | Nickel-base superalloys |
-
1990
- 1990-06-26 JP JP2167906A patent/JP2778807B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0456741A (ja) | 1992-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3049767B2 (ja) | 耐熱性に優れたＴｉ合金 | |
| JP4036091B2 (ja) | ニッケル基耐熱合金及びガスタービン翼 | |
| JP2678083B2 (ja) | Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料 | |
| US11066728B2 (en) | Ni-based heat-resistant alloy | |
| TWI624549B (zh) | 高強度單晶超合金 | |
| US6740292B2 (en) | Nickel-base superalloy | |
| US5882586A (en) | Heat-resistant nickel-based alloy excellent in weldability | |
| US7306682B2 (en) | Single-crystal Ni-based superalloy with high temperature strength, oxidation resistance and hot corrosion resistance | |
| JP2778807B2 (ja) | 単結晶用Ｎｉ基耐熱合金 | |
| 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 | |
| JP2556198B2 (ja) | Ｎｉ基耐熱合金製タービン翼鋳物 | |
| JP2787946B2 (ja) | 高温強度および高温耐食性にすぐれたＮｉ基単結晶超合金 | |
| US4626297A (en) | Single-crystal alloy | |
| JPH0649568A (ja) | 高温クリープ抵抗材料 | |
| JPH06264169A (ja) | 高耐熱および耐食性Ｎｉ−Ｃｒ合金 | |
| EP0187573B1 (fr) | Alliage à base de nickel | |
| JP2002294374A (ja) | Ｎｉ基超耐熱鋳造合金およびＮｉ基超耐熱合金製タービンホイール | |
| JPH02138431A (ja) | 単結晶Ｎｉ基超耐熱合金 | |
| JP3339111B2 (ja) | 単結晶ニッケル基超耐熱合金 | |
| JPH0456742A (ja) | Ｎｉ基耐熱合金 | |
| JPH0413415B2 (ja) | ||
| JPH01188645A (ja) | 酸化物分散強化型一方向凝固Ｎｉ基合金及びその製造法 | |
| JP3546984B2 (ja) | 健全な鋳肌および鋳物内部組織を得ることのできるＮｉ基耐熱合金 | |
| JPH02277736A (ja) | ＴｉＡｌ基耐熱合金 | |
| JPH07300639A (ja) | 高耐食性ニッケル基単結晶超合金およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090508 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090508 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100508 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110508 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110508 Year of fee payment: 13 |