JP2847177B2 - ＮｉＴｉ系高比強度耐熱合金 - Google Patents
ＮｉＴｉ系高比強度耐熱合金Info
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- JP2847177B2 JP2847177B2 JP6066435A JP6643594A JP2847177B2 JP 2847177 B2 JP2847177 B2 JP 2847177B2 JP 6066435 A JP6066435 A JP 6066435A JP 6643594 A JP6643594 A JP 6643594A JP 2847177 B2 JP2847177 B2 JP 2847177B2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＮｉＴｉ系高比強度
耐熱合金に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、ジェットエンジンのブレード材、ディスク材の
他、超音速機やロケットの機体材など、室温から高温で
の比強度を要求される構造部材等として有用な、高比強
度、耐熱性の新しいＮｉＴｉ系金属間化合物合金に関す
るものである。
耐熱合金に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、ジェットエンジンのブレード材、ディスク材の
他、超音速機やロケットの機体材など、室温から高温で
の比強度を要求される構造部材等として有用な、高比強
度、耐熱性の新しいＮｉＴｉ系金属間化合物合金に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】ジェットエンジンのブレード
材、ディスク材、航空機の機体材は、大きな温度勾配の
下で使用される。たとえば、ディスク材の場合は、外周
部は７００℃を超えて高温になるが、中心部は、室温か
ら２００℃程度の比較的低温である。したがって、この
ように大きな温度勾配下で使用される部材には、低温か
ら高温まで優れた強度特性が必要となる。
材、ディスク材、航空機の機体材は、大きな温度勾配の
下で使用される。たとえば、ディスク材の場合は、外周
部は７００℃を超えて高温になるが、中心部は、室温か
ら２００℃程度の比較的低温である。したがって、この
ように大きな温度勾配下で使用される部材には、低温か
ら高温まで優れた強度特性が必要となる。
【０００３】 従来、このような部材には、専らＮｉ基超
耐熱合金が用いられていた。Ｎｉ基超耐熱合金は、高温
では十分な比強度を有するが、他方で、相対的に低温側
での強度が不足しているという問題がある。特に、この
Ｎｉ基超耐熱合金は、比重が7.9 〜 9.0と大きく、温度
の低い回転部材の中心部に大きな遠心力が生じるため、
その使用は強度の限界に達している。また、比重が大き
いために、ジェットエンジンそのものを重くするという
欠点もある。特にタービンディスクは、その体積が大き
いので、比重を小さくして重量を低減することが重要で
ある。
耐熱合金が用いられていた。Ｎｉ基超耐熱合金は、高温
では十分な比強度を有するが、他方で、相対的に低温側
での強度が不足しているという問題がある。特に、この
Ｎｉ基超耐熱合金は、比重が7.9 〜 9.0と大きく、温度
の低い回転部材の中心部に大きな遠心力が生じるため、
その使用は強度の限界に達している。また、比重が大き
いために、ジェットエンジンそのものを重くするという
欠点もある。特にタービンディスクは、その体積が大き
いので、比重を小さくして重量を低減することが重要で
ある。
【０００４】 そこで、これらの問題を解決する方策とし
て、比重が 3.9と小さいＴｉＡｌ金属間化合物の利用が
考えられてもいる。 しかしながら、このＴｉＡｌ金属間
化合物では、室温付近の低温側の強度が低く（ 0.2％耐
力が３５０〜５３０ＭＰａ）、比強度にしてもＮｉ基超
耐熱合金とほとんど同等（９０〜１３６ＭＰａ／（ｇ／
cm3 ）であるため、上記問題の本質的な解決には至って
いないのが実情である。
て、比重が 3.9と小さいＴｉＡｌ金属間化合物の利用が
考えられてもいる。 しかしながら、このＴｉＡｌ金属間
化合物では、室温付近の低温側の強度が低く（ 0.2％耐
力が３５０〜５３０ＭＰａ）、比強度にしてもＮｉ基超
耐熱合金とほとんど同等（９０〜１３６ＭＰａ／（ｇ／
cm3 ）であるため、上記問題の本質的な解決には至って
いないのが実情である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
記の通りの従来技術の欠点を解消するものとして、成分
比率がＮｉa Ｔｉb Ａｌc （ａ，ｂ，ｃは、各々、原子
％を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００、ａ＝４５〜６０、ｃ＝
５〜１５）で示され、実質的に、ＮｉＴｉ型化合物相と
Ｎｉ 2 ＡｌＴｉ型化合物相の２相組織からなることを特
徴とする高比強度耐熱合金を提供する。
記の通りの従来技術の欠点を解消するものとして、成分
比率がＮｉa Ｔｉb Ａｌc （ａ，ｂ，ｃは、各々、原子
％を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００、ａ＝４５〜６０、ｃ＝
５〜１５）で示され、実質的に、ＮｉＴｉ型化合物相と
Ｎｉ 2 ＡｌＴｉ型化合物相の２相組織からなることを特
徴とする高比強度耐熱合金を提供する。
【０００６】 すなわち、この発明は、従来は形状記憶合
金として専ら利用されていたＮｉＴｉ金属間化合物合金
の、Ｔｉの一部をＡｌで置換し、Ｎｉ 2 ＡｌＴｉ型化合
物を析出させることにより、高温及び室温の強度を著し
く向上させることができるという知見に基づいて完成さ
れたものである。Ｔｉの一部をＡｌで置換して得られた
合金の比強度は、1000℃の高温においてＮｉ基超耐熱合
金と同等であり、室温では２〜３倍に達する。一方、比
重は、Ｎｉ基超耐熱合金に比べて２０％小さく、軽量化
に有効となる。
金として専ら利用されていたＮｉＴｉ金属間化合物合金
の、Ｔｉの一部をＡｌで置換し、Ｎｉ 2 ＡｌＴｉ型化合
物を析出させることにより、高温及び室温の強度を著し
く向上させることができるという知見に基づいて完成さ
れたものである。Ｔｉの一部をＡｌで置換して得られた
合金の比強度は、1000℃の高温においてＮｉ基超耐熱合
金と同等であり、室温では２〜３倍に達する。一方、比
重は、Ｎｉ基超耐熱合金に比べて２０％小さく、軽量化
に有効となる。
【０００７】 上記の通り、この発明の合金におけるＮｉ
量、すなわち「ａ」は、４５〜６０原子％であり、これ
は、ＮｉＴｉ型化合物相及びＮｉ2 ＡｌＴｉ型化合物相
以外の有害相が生成し、靱性が低下しない範囲である。
「ａ」が６０原子％を超えると、Ｎｉ3 Ｔｉ相が生成し
やすくなり、「ａ」が４５原子％未満となると、Ｔｉ2
Ｎｉ相が生成しやすくなり、ともに靱性の低下を招く。
量、すなわち「ａ」は、４５〜６０原子％であり、これ
は、ＮｉＴｉ型化合物相及びＮｉ2 ＡｌＴｉ型化合物相
以外の有害相が生成し、靱性が低下しない範囲である。
「ａ」が６０原子％を超えると、Ｎｉ3 Ｔｉ相が生成し
やすくなり、「ａ」が４５原子％未満となると、Ｔｉ2
Ｎｉ相が生成しやすくなり、ともに靱性の低下を招く。
【０００８】 また、この発明の合金におけるＡｌ量
「ｃ」は、５〜１５原子％である。Ａｌの添加により合
金の強度の向上とともに、耐酸化性も向上するが、５原
子％未満ではＮｉ2 ＡｌＴｉ型化合物相が十分に生成せ
ず、１５原子％を超えるとＮｉＴｉ型化合物相の量が低
下する。その結果、合金の強度がともに低下することと
なる。
「ｃ」は、５〜１５原子％である。Ａｌの添加により合
金の強度の向上とともに、耐酸化性も向上するが、５原
子％未満ではＮｉ2 ＡｌＴｉ型化合物相が十分に生成せ
ず、１５原子％を超えるとＮｉＴｉ型化合物相の量が低
下する。その結果、合金の強度がともに低下することと
なる。
【０００９】 そして、この発明においては、合金の性能
を、 各種耐熱材料で通常適用される以下の手段により、
さらに向上させることができる。 １）耐熱鋼やＮｉ基超耐熱合金などの耐熱材料に通常添
加され、高温強度の向上に有効であることが広く知られ
ているＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒ
ｅ、Ｖなどの強化元素を単独あるいは複合的に添加す
る。 ２）耐酸化性と耐高温腐食性の向上を目的に、耐熱合金
に一般に効果のあるＣｒ、Ｈｆ、Ｒｅなどの元素を単独
あるいは複合的に添加する。
を、 各種耐熱材料で通常適用される以下の手段により、
さらに向上させることができる。 １）耐熱鋼やＮｉ基超耐熱合金などの耐熱材料に通常添
加され、高温強度の向上に有効であることが広く知られ
ているＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒ
ｅ、Ｖなどの強化元素を単独あるいは複合的に添加す
る。 ２）耐酸化性と耐高温腐食性の向上を目的に、耐熱合金
に一般に効果のあるＣｒ、Ｈｆ、Ｒｅなどの元素を単独
あるいは複合的に添加する。
【００１０】 ３）耐熱鋼やＮｉ基超耐熱合金に通常添加
され、多結晶材として用いる場合の粒界強度の向上に有
効であることが広く知られているＣ、Ｂ、Ｚｒなどを単
独あるいは複合的に添加する。 ４）Ｎｉ基超耐熱合金の強度向上を目的として行われて
いる、一方向凝固法や単結晶凝固法、あるいは粉末冶金
成形法を適用し、組織制御を行う。 ５）２相合金に通常適用される溶体化処理やその後の時
効処理などの熱処理を施し、ミクロ組織を制御する。
され、多結晶材として用いる場合の粒界強度の向上に有
効であることが広く知られているＣ、Ｂ、Ｚｒなどを単
独あるいは複合的に添加する。 ４）Ｎｉ基超耐熱合金の強度向上を目的として行われて
いる、一方向凝固法や単結晶凝固法、あるいは粉末冶金
成形法を適用し、組織制御を行う。 ５）２相合金に通常適用される溶体化処理やその後の時
効処理などの熱処理を施し、ミクロ組織を制御する。
【００１１】 以下、実施例を示し、この発明のＮｉＴｉ
系高比強度耐熱合金についてさらに詳しく説明する。
系高比強度耐熱合金についてさらに詳しく説明する。
【００１２】
【実施例】実施例１〜４ ＮｉＴｉ合金及びＴｉの一部をＡｌで置換した一連の合
金を溶製した。これらの合金組成を従来公知のＮｉ基超
耐熱合金の組成と比較して表１に示した。また、各合金
の比重も併せて示した。代表的なＮｉ基超耐熱合金が
7.9〜 8.2の比重を有するのに対し、この発明の合金の
比重は 6.5と約２０％小さく、タービンディスクなどの
部材に用いる場合には、その重量を大幅に低減させるこ
とが可能なことが明らかにされる。また、この発明の合
金は、Ｎｉ、Ｔｉ及びＡｌの３元素で構成されているの
で、種々の高価な元素が添加されたＮｉ基超耐熱合金に
比べ、安価に製造される。
金を溶製した。これらの合金組成を従来公知のＮｉ基超
耐熱合金の組成と比較して表１に示した。また、各合金
の比重も併せて示した。代表的なＮｉ基超耐熱合金が
7.9〜 8.2の比重を有するのに対し、この発明の合金の
比重は 6.5と約２０％小さく、タービンディスクなどの
部材に用いる場合には、その重量を大幅に低減させるこ
とが可能なことが明らかにされる。また、この発明の合
金は、Ｎｉ、Ｔｉ及びＡｌの３元素で構成されているの
で、種々の高価な元素が添加されたＮｉ基超耐熱合金に
比べ、安価に製造される。
【００１３】
【表１】
【００１４】 次いで、表１に示した従来のＮｉＴｉ合金
及びこの発明の合金について、円柱状の圧縮試験片を作
製し、 as castのまま、室温及び1000℃における強度試
験を行った。室温の硬さ試験も行った。結果をＮｉ基超
耐熱合金の文献値と比較して表２に示した。
及びこの発明の合金について、円柱状の圧縮試験片を作
製し、 as castのまま、室温及び1000℃における強度試
験を行った。室温の硬さ試験も行った。結果をＮｉ基超
耐熱合金の文献値と比較して表２に示した。
【００１５】
【表２】
【００１６】 この表２に示した結果から、ＮｉＴｉ合金
のＴｉをＡｌで置換していくにつれて、硬さを含めた強
度特性が飛躍的に向上することが明らかにされる。Ｎｉ
基超耐熱合金の比強度については、1000℃ではこの発明
の合金は、Ｎｉ基超耐熱合金とほぼ同等であるが、室温
ではＮｉ基超耐熱合金に比べはるかに優れていることが
確認される。
のＴｉをＡｌで置換していくにつれて、硬さを含めた強
度特性が飛躍的に向上することが明らかにされる。Ｎｉ
基超耐熱合金の比強度については、1000℃ではこの発明
の合金は、Ｎｉ基超耐熱合金とほぼ同等であるが、室温
ではＮｉ基超耐熱合金に比べはるかに優れていることが
確認される。
【００１７】 タービンディスクのような回転部材は高温
での比強度ととともに室温から 200℃までの比強度が重
要である。すなわち、タービンディスクの場合、その外
周部は高温にはなるものの、遠心力は小さく、また、中
心部は温度上昇こそ小さいが、遠心力はきわめて大き
い。既存のＮｉ基超耐熱合金はすでに強度の限界に達し
ているが、この発明の合金は、以上からも明らかなよう
に、低温側でＮｉ基超耐熱合金に比べはるかに高強度
で、大きな遠心力に耐え得、タービンをより高速回転さ
せることが可能で、出力上昇が望める。加えて、比重が
小さいので、タービン自体の軽量化にも有効となる。こ
れらは、ジェットエンジンなどの航空機用タービンには
きわめて好ましい利点である。
での比強度ととともに室温から 200℃までの比強度が重
要である。すなわち、タービンディスクの場合、その外
周部は高温にはなるものの、遠心力は小さく、また、中
心部は温度上昇こそ小さいが、遠心力はきわめて大き
い。既存のＮｉ基超耐熱合金はすでに強度の限界に達し
ているが、この発明の合金は、以上からも明らかなよう
に、低温側でＮｉ基超耐熱合金に比べはるかに高強度
で、大きな遠心力に耐え得、タービンをより高速回転さ
せることが可能で、出力上昇が望める。加えて、比重が
小さいので、タービン自体の軽量化にも有効となる。こ
れらは、ジェットエンジンなどの航空機用タービンには
きわめて好ましい利点である。
【００１８】 一般に、Ｎｉ基超耐熱合金には、強度維持
のために、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、
Ｒｅ、Ｖ等の高価な希少元素の複合添加が必須である。
この発明の合金は、そのような元素を用いずに強度向上
という優れた技術的効果が得られるので、この点におい
ても注目される。また、希少元素の添加を必須としない
ため、経済的効果も絶大である。
のために、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、
Ｒｅ、Ｖ等の高価な希少元素の複合添加が必須である。
この発明の合金は、そのような元素を用いずに強度向上
という優れた技術的効果が得られるので、この点におい
ても注目される。また、希少元素の添加を必須としない
ため、経済的効果も絶大である。
【００１９】 なお、添付した図面の図１は、この発明の
合金の強度に対するＡｌ置換の効果を示した相関図であ
り、ＮｉＴｉ合金の1000℃における強度が、Ａｌ置換に
ともなって飛躍的に向上することが確認される。
合金の強度に対するＡｌ置換の効果を示した相関図であ
り、ＮｉＴｉ合金の1000℃における強度が、Ａｌ置換に
ともなって飛躍的に向上することが確認される。
【００２０】 以上詳しく説明した通り、この発明によっ
て、これまでに形状記憶合金として知られていたＮｉＴ
ｉ系合金のＡｌによるＴｉの一部置換により、優れた高
比強度耐熱合金が提供される。
て、これまでに形状記憶合金として知られていたＮｉＴ
ｉ系合金のＡｌによるＴｉの一部置換により、優れた高
比強度耐熱合金が提供される。
【図１】この発明の合金の強度に対するＡｌ置換の効果
を示した相関図である。
を示した相関図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 影山 秀一 審判官 三浦 均 審判官 小柳 健悟
Claims (1)
- 【請求項１】 成分比率がＮｉa Ｔｉb Ａｌc （ａ，
ｂ，ｃは、各々、原子％を示し、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００、
ａ＝４５〜６０、ｃ＝５〜１５）で示され、実質的に、
ＮｉＴｉ型化合物相とＮｉ 2 ＡｌＴｉ型化合物相の２相
組織からなることを特徴とする高比強度耐熱合金。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066435A JP2847177B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | ＮｉＴｉ系高比強度耐熱合金 |
| GB9504882A GB2287955B (en) | 1994-03-11 | 1995-03-10 | High specific strength, heat resistant NiTi-base alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066435A JP2847177B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | ＮｉＴｉ系高比強度耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07252563A JPH07252563A (ja) | 1995-10-03 |
| JP2847177B2 true JP2847177B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=13315706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066435A Expired - Lifetime JP2847177B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | ＮｉＴｉ系高比強度耐熱合金 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847177B2 (ja) |
| GB (1) | GB2287955B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107747020A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-02 | 裴寿益 | 一种钛镍铝钼合金材料及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005111255A2 (en) * | 2003-03-25 | 2005-11-24 | Questek Innovations Llc | Coherent nanodispersion-strengthened shape-memory alloys |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58157934A (ja) * | 1982-03-13 | 1983-09-20 | Hitachi Metals Ltd | 形状記憶合金 |
| JPH06322413A (ja) * | 1993-04-02 | 1994-11-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ＮｉＴｉ系形状記憶合金部材の接合方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB560957A (en) * | 1941-10-28 | 1944-04-28 | Mond Nickel Co Ltd | Improvements relating to welding rods |
| DE2106687C3 (de) * | 1970-02-12 | 1980-11-06 | The Furukawa Electric Co. Ltd., Tokio | Verwendung von Nickel-Titan-Legierungen |
| JPS4941012B1 (ja) * | 1970-06-11 | 1974-11-06 | ||
| BE788517A (fr) * | 1971-09-07 | 1973-03-07 | Raychem Corp | Procede de dilatation sur mandrin a tres basse temperature |
| CH606456A5 (ja) * | 1976-08-26 | 1978-10-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| CA1269915A (en) * | 1984-11-06 | 1990-06-05 | John A. Simpson | Method of processing a nickel/titanium-based shape memory alloy and article produced therefrom |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP6066435A patent/JP2847177B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-10 GB GB9504882A patent/GB2287955B/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58157934A (ja) * | 1982-03-13 | 1983-09-20 | Hitachi Metals Ltd | 形状記憶合金 |
| JPH06322413A (ja) * | 1993-04-02 | 1994-11-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ＮｉＴｉ系形状記憶合金部材の接合方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107747020A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-02 | 裴寿益 | 一种钛镍铝钼合金材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2287955A (en) | 1995-10-04 |
| GB2287955B (en) | 1998-02-11 |
| JPH07252563A (ja) | 1995-10-03 |
| GB9504882D0 (en) | 1995-04-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |