JP3184882B2 - Ｎｉ基単結晶合金とその製造方法 - Google Patents
Ｎｉ基単結晶合金とその製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
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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
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
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- C30—CRYSTAL GROWTH
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- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、Ｎｉ基単
結晶合金とその製造方法に関するものである。さらに詳
しくは、この出願の発明は、ジェットエンジンや産業用
ガスタービン等のタービンブレード、タービンベーン等
の高温、高応力下において使用される部材として有用
な、高温強度、耐高温腐食性等に優れた、新しい高強度
Ｎｉ基単結晶合金に関するものである。
結晶合金とその製造方法に関するものである。さらに詳
しくは、この出願の発明は、ジェットエンジンや産業用
ガスタービン等のタービンブレード、タービンベーン等
の高温、高応力下において使用される部材として有用
な、高温強度、耐高温腐食性等に優れた、新しい高強度
Ｎｉ基単結晶合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、ジェットエンジン
や産業用ガスタービン等の高温機器に用いる耐熱合金と
してＮｉ基合金が知られている。たとえばガスタービン
の効率を高めるためには焼結ガス温度を高めるのがもっ
とも効果的な方法であって、そのためには高温高応力下
で使用される部材の高温強度を改善することが不可欠で
あり、このような観点からも、Ｎｉ基超合金の高温強度
の改善は年を追って向上しており、Ｎｉ基単結晶超合金
も現在では第３世代単結晶超合金といわれる商用合金Ｒ
ｅｎｅＮ６そしてＣＭＳＸ１０が開発され使用されてい
る。
や産業用ガスタービン等の高温機器に用いる耐熱合金と
してＮｉ基合金が知られている。たとえばガスタービン
の効率を高めるためには焼結ガス温度を高めるのがもっ
とも効果的な方法であって、そのためには高温高応力下
で使用される部材の高温強度を改善することが不可欠で
あり、このような観点からも、Ｎｉ基超合金の高温強度
の改善は年を追って向上しており、Ｎｉ基単結晶超合金
も現在では第３世代単結晶超合金といわれる商用合金Ｒ
ｅｎｅＮ６そしてＣＭＳＸ１０が開発され使用されてい
る。
【０００３】しかし、実際には、これら第３世代Ｎｉ基
単結晶超合金には問題点がある。その第１は、溶体化熱
処理が容易でないことである。第３世代Ｎｉ基単結晶合
金は、Ｃｒをできる限り減らし代わりにＲｅを多量に添
加してＣｒ量の減少による耐高温腐食性の低下をＲｅに
より補い、良好な耐高温腐食性を保って、１０００℃ま
での中温域で高強度を得るようにしている。
単結晶超合金には問題点がある。その第１は、溶体化熱
処理が容易でないことである。第３世代Ｎｉ基単結晶合
金は、Ｃｒをできる限り減らし代わりにＲｅを多量に添
加してＣｒ量の減少による耐高温腐食性の低下をＲｅに
より補い、良好な耐高温腐食性を保って、１０００℃ま
での中温域で高強度を得るようにしている。
【０００４】しかし、これら第３世代Ｎｉ基単結晶合金
の熱処理は高温化、かつ複雑しており、たとえばＣＭＳ
Ｘ−１０の場合、最高１３６０℃の１０段前後の合計４
５時間の溶体化処理が必要になっているのである。この
ため、高温耐食性を保って高温強度を向上させることが
でき、しかも溶体化熱処理が容易な新しい技術的手段の
実現が必要とされていた。
の熱処理は高温化、かつ複雑しており、たとえばＣＭＳ
Ｘ−１０の場合、最高１３６０℃の１０段前後の合計４
５時間の溶体化処理が必要になっているのである。この
ため、高温耐食性を保って高温強度を向上させることが
でき、しかも溶体化熱処理が容易な新しい技術的手段の
実現が必要とされていた。
【０００５】また、以上の問題点に加えて、実際上の高
温材料としては、第２に１０００℃以上の高温で使用中
に短時間で有害相が析出することが問題である。そし
て、第３に、この有害相のため高温長時間側で第２世代
の合金と同レベルあるいは、それ以下にまで強度が低下
してしまうといった問題点がある。そこで、この出願の
発明は、以上のような第３世代Ｎｉ基単結晶合金の問題
点を解消し、溶体化熱処理が容易で、高温強度、耐高温
腐食性に優れた、新しいＮｉ基単結晶合金とその製造方
法を提供することを課題としている。
温材料としては、第２に１０００℃以上の高温で使用中
に短時間で有害相が析出することが問題である。そし
て、第３に、この有害相のため高温長時間側で第２世代
の合金と同レベルあるいは、それ以下にまで強度が低下
してしまうといった問題点がある。そこで、この出願の
発明は、以上のような第３世代Ｎｉ基単結晶合金の問題
点を解消し、溶体化熱処理が容易で、高温強度、耐高温
腐食性に優れた、新しいＮｉ基単結晶合金とその製造方
法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この出願は、前記のとお
りの課題を解決するために、第１の発明として、組成
が、重量％で、Ｃｏ：７〜１５、Ｃｒ：０．１〜４、Ｍ
ｏ：１〜４、Ｗ：４〜７、Ａｌ：５．５〜６．５、Ｔ
ａ：５〜７、Ｒｅ：４〜５．５、並びに残部が実質的に
Ｎｉからなり、不可避的不純物を含んでもよいことを特
徴とするＮｉ基単結晶合金を提供する。また、この出願
の発明は、第２には、上記合金において、重量％で、 Ｈ
ｆおよびＶの１種または２種：０．５以下を含有するＮ
ｉ基単結晶合金を、第３には、重量％で、 ＴｉおよびＮ
ｂの１種または２種：２以下を含有するＮｉ基単結晶合
金を提供する。
りの課題を解決するために、第１の発明として、組成
が、重量％で、Ｃｏ：７〜１５、Ｃｒ：０．１〜４、Ｍ
ｏ：１〜４、Ｗ：４〜７、Ａｌ：５．５〜６．５、Ｔ
ａ：５〜７、Ｒｅ：４〜５．５、並びに残部が実質的に
Ｎｉからなり、不可避的不純物を含んでもよいことを特
徴とするＮｉ基単結晶合金を提供する。また、この出願
の発明は、第２には、上記合金において、重量％で、 Ｈ
ｆおよびＶの１種または２種：０．５以下を含有するＮ
ｉ基単結晶合金を、第３には、重量％で、 ＴｉおよびＮ
ｂの１種または２種：２以下を含有するＮｉ基単結晶合
金を提供する。
【０００７】そして、この出願の発明は、第４には、前
記第２の発明の合金において、重量％で、Ｃｏ：１０〜
１４、Ｃｒ：２〜３、Ｍｏ：１．５〜２．５、Ｗ：５〜
６．５、Ａｌ：５．７〜６．３、Ｔａ：５．５〜６．
５、Ｒｅ：４．５〜５Ｈｆ：０．０１〜０．３を含有す
るＮｉ基単結晶合金を提供する。
記第２の発明の合金において、重量％で、Ｃｏ：１０〜
１４、Ｃｒ：２〜３、Ｍｏ：１．５〜２．５、Ｗ：５〜
６．５、Ａｌ：５．７〜６．３、Ｔａ：５．５〜６．
５、Ｒｅ：４．５〜５Ｈｆ：０．０１〜０．３を含有す
るＮｉ基単結晶合金を提供する。
【０００８】さらに、この出願は、前記の発明のＮｉ基
単結晶合金の製造方法であって、１３１０〜１３５０℃
の温度範囲において溶体化熱処理し、８５０〜１２００
℃の温度範囲において時効熱処理することを特徴とする
Ｎｉ基単結晶合金の製造方法を提供する。そして、この
出願は、前記の製造方法について、溶体化熱処理を１０
時間以内で、時効熱処理を３０時間以内で行うＮｉ基単
結晶合金の製造方法、溶体化熱処理および時効熱処理
は、各々、一段あるいは二〜四段の温度変化により行う
Ｎｉ基単結晶合金の製造方法、容体化熱処理の前に、１
２９０℃〜１３１０℃未満において、２時間以内で予備
熱処理するＮｉ基単結晶合金の製造方法の発明をも提供
する。
単結晶合金の製造方法であって、１３１０〜１３５０℃
の温度範囲において溶体化熱処理し、８５０〜１２００
℃の温度範囲において時効熱処理することを特徴とする
Ｎｉ基単結晶合金の製造方法を提供する。そして、この
出願は、前記の製造方法について、溶体化熱処理を１０
時間以内で、時効熱処理を３０時間以内で行うＮｉ基単
結晶合金の製造方法、溶体化熱処理および時効熱処理
は、各々、一段あるいは二〜四段の温度変化により行う
Ｎｉ基単結晶合金の製造方法、容体化熱処理の前に、１
２９０℃〜１３１０℃未満において、２時間以内で予備
熱処理するＮｉ基単結晶合金の製造方法の発明をも提供
する。
【０００９】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、前記のとおり
の特有の組成を持つＮｉ基単結晶合金として特徴をもつ
ものであって、 ・溶体化処理が従来に比べてはるかに簡便で熱処理に要
する時間も短縮され、 ・高温で長時間使用しても有害相が析出しにくく、 ・組織が安定で高温強度が高く、 ・耐高温腐食性も良好である という注目すべき作用を実現している。
の特有の組成を持つＮｉ基単結晶合金として特徴をもつ
ものであって、 ・溶体化処理が従来に比べてはるかに簡便で熱処理に要
する時間も短縮され、 ・高温で長時間使用しても有害相が析出しにくく、 ・組織が安定で高温強度が高く、 ・耐高温腐食性も良好である という注目すべき作用を実現している。
【００１０】このような特徴のあるこの発明のＮｉ基単
結晶合金は、所定組成の原材料を溶解して従来法のよう
に一方向に凝固等の手段によって単結晶化した後に、溶
体化熱処理および時効熱処理することにより製造するこ
とができる。この際の処理は従来に比べてはるかに簡便
な条件であってよい。溶体化処理は、適当な態様として
は前記のとおり、１３１０〜１３５０℃の温度範囲で、
時効処理は、８５０〜１２００℃の温度範囲で行うこと
ができる。これらの熱処理は、設定温度の変化としては
一段、あるいは２〜４の数段で充分である。溶体化熱処
理は、たとえば１０時間以内、さらには６時間以内程度
でよく、時効処理は、３０時間以内、さらには２６時間
以内程度でよい。この場合の「程度」は、前後２時間の
増減を見込んでいればよい。
結晶合金は、所定組成の原材料を溶解して従来法のよう
に一方向に凝固等の手段によって単結晶化した後に、溶
体化熱処理および時効熱処理することにより製造するこ
とができる。この際の処理は従来に比べてはるかに簡便
な条件であってよい。溶体化処理は、適当な態様として
は前記のとおり、１３１０〜１３５０℃の温度範囲で、
時効処理は、８５０〜１２００℃の温度範囲で行うこと
ができる。これらの熱処理は、設定温度の変化としては
一段、あるいは２〜４の数段で充分である。溶体化熱処
理は、たとえば１０時間以内、さらには６時間以内程度
でよく、時効処理は、３０時間以内、さらには２６時間
以内程度でよい。この場合の「程度」は、前後２時間の
増減を見込んでいればよい。
【００１１】なお、溶体化熱処理に先立って、１２９０
℃〜１３１０℃未満において、２時間以内で予備熱処理
することによりスムーズに溶体化熱処理に移行すること
もできる。以上のような、従来に比べてはるかに簡単な
熱処理でこの発明のＮｉ基単結晶合金が実現される。こ
の熱処理により、少量の共晶γ’を含むすべてのγ’
が、固溶化した後に立方体状に微細整合析出し、有害相
は析出しないことになる。
℃〜１３１０℃未満において、２時間以内で予備熱処理
することによりスムーズに溶体化熱処理に移行すること
もできる。以上のような、従来に比べてはるかに簡単な
熱処理でこの発明のＮｉ基単結晶合金が実現される。こ
の熱処理により、少量の共晶γ’を含むすべてのγ’
が、固溶化した後に立方体状に微細整合析出し、有害相
は析出しないことになる。
【００１２】溶体化熱処理は、単結晶中に存在するγ’
および共晶γ’相を母相であるγ相中に固溶させるため
のものである。そして、時効熱処理によって微細γ’粒
子の均一に析出分散した組織を得ることになる。γ’粒
子の粗大化は有害相をもたらすことになる。合金の組成
（重量％）についての限定は以下の理由によるものであ
る。
および共晶γ’相を母相であるγ相中に固溶させるため
のものである。そして、時効熱処理によって微細γ’粒
子の均一に析出分散した組織を得ることになる。γ’粒
子の粗大化は有害相をもたらすことになる。合金の組成
（重量％）についての限定は以下の理由によるものであ
る。
【００１３】Ｃｏは７〜１５％とするが、１５％より多
いとγ’量を少なくし、強度を低下させる。また７％よ
り少ないと溶体化温度幅を狭くするのでＣｏ量は７〜１
５％であることが必要であるが、好ましくは１０％以上
１４％以下である。Ｃｒは４％より多いと有害相である
ＴＣＰ相を生成し、また０．１％より少ないと耐高温腐
食性を低下させるのでＣｒ量は０．１〜４％であること
が必要であるが、好ましくは２％以上３％以下である。
いとγ’量を少なくし、強度を低下させる。また７％よ
り少ないと溶体化温度幅を狭くするのでＣｏ量は７〜１
５％であることが必要であるが、好ましくは１０％以上
１４％以下である。Ｃｒは４％より多いと有害相である
ＴＣＰ相を生成し、また０．１％より少ないと耐高温腐
食性を低下させるのでＣｒ量は０．１〜４％であること
が必要であるが、好ましくは２％以上３％以下である。
【００１４】Ｍｏは４％より多いとＴＣＰ相を生成し、
また１％より少ないとγとγ’のミスフィットを負にす
ることによって得られるラフト効果が足りないためＭｏ
量は１〜４％であることが必要であるが、好ましくは
１．５％以上２．５％以下である。Ｗは７％より多いと
ＴＣＰ相を生成し、また４％より少ないと固溶強化が不
完全でクリープ強度を低下させるためＷ量は４〜７％で
あることが必要であるが、好ましくは５％以上６．５％
以下である。
また１％より少ないとγとγ’のミスフィットを負にす
ることによって得られるラフト効果が足りないためＭｏ
量は１〜４％であることが必要であるが、好ましくは
１．５％以上２．５％以下である。Ｗは７％より多いと
ＴＣＰ相を生成し、また４％より少ないと固溶強化が不
完全でクリープ強度を低下させるためＷ量は４〜７％で
あることが必要であるが、好ましくは５％以上６．５％
以下である。
【００１５】Ａｌは６．５％より多いと共晶γ′が多量
になり溶体化熱処理が困難になる。また５．５％より少
ないと析出γ′量が少なく強度を低下させるためＡｌ量
は５．５〜６．５％であることが必要であるが、好まし
くは５．７％以上６．３％以下である。Ｔａは７％より
多いと共晶γ′が多量になり溶体化熱処理が困難にな
る。また５％より少ないとγ′の固溶強化が不足し強度
を低下させるためＴａ量は５〜７％であることが必要で
あるが、好ましくは５．５％以上６．５％以下である。
になり溶体化熱処理が困難になる。また５．５％より少
ないと析出γ′量が少なく強度を低下させるためＡｌ量
は５．５〜６．５％であることが必要であるが、好まし
くは５．７％以上６．３％以下である。Ｔａは７％より
多いと共晶γ′が多量になり溶体化熱処理が困難にな
る。また５％より少ないとγ′の固溶強化が不足し強度
を低下させるためＴａ量は５〜７％であることが必要で
あるが、好ましくは５．５％以上６．５％以下である。
【００１６】Ｒｅは５．５％より多いとＴＣＰ相を生成
し、さらに溶体化温度幅を狭くする。また４％より少な
いとγ相の固溶強化が不足し強度が低下するためＲｅ量
は４〜５％であることが必要であるが、好ましくは４．
５％以上５％以下である。その他微量添加元素のＨｆ，
Ｖ，ＴｉおよびＮｂは強度向上のため単独にあるいは複
合添加することができる。
し、さらに溶体化温度幅を狭くする。また４％より少な
いとγ相の固溶強化が不足し強度が低下するためＲｅ量
は４〜５％であることが必要であるが、好ましくは４．
５％以上５％以下である。その他微量添加元素のＨｆ，
Ｖ，ＴｉおよびＮｂは強度向上のため単独にあるいは複
合添加することができる。
【００１７】ＨｆおよびＶについては、そのうちの１種
または２種を０．５以下、ＴｉおよびＮｂについては、
そのうちの１種または２種を２以下とするが、これら各
元素は、必ずしも必須ではないが、少くともその１種が
所定範囲内において添加されるのが好ましい。より好ま
しくは、少くともＨｆについて０．０１〜０．３重量％
添加されることが適当である。さらに、Ｃ、Ｂを添加し
てＮｉ基一方向凝固合金あるいは普通鋳造合金としても
使用できる。その場合、結晶粒界の強化のために、Ｃ
（炭素）：０．０１〜０．２重量％とＢ（ほう素）：
０．００１〜０．０５重量％を添加することが好適には
考慮される。
または２種を０．５以下、ＴｉおよびＮｂについては、
そのうちの１種または２種を２以下とするが、これら各
元素は、必ずしも必須ではないが、少くともその１種が
所定範囲内において添加されるのが好ましい。より好ま
しくは、少くともＨｆについて０．０１〜０．３重量％
添加されることが適当である。さらに、Ｃ、Ｂを添加し
てＮｉ基一方向凝固合金あるいは普通鋳造合金としても
使用できる。その場合、結晶粒界の強化のために、Ｃ
（炭素）：０．０１〜０．２重量％とＢ（ほう素）：
０．００１〜０．０５重量％を添加することが好適には
考慮される。
【００１８】なお、残部は実質的にＮｉであって、不可
避的不純物を含有してもよい。以下、実施例を示し、さ
らに詳しくこの出願の発明の実施の形態について説明す
る。
避的不純物を含有してもよい。以下、実施例を示し、さ
らに詳しくこの出願の発明の実施の形態について説明す
る。
【００１９】
【実施例】組成について、重量％で、 Ｃｏ：１２．０ Ｃｒ： ３．０ Ｍｏ： ２．０ Ｗ： ６．０ Ａｌ： ６．０ Ｔａ： ６．０ Ｒｅ： ５．０ Ｈｆ： ０．１ 残部が実質的にＮｉからなるように調整して高周波真空
溶解炉で予備溶解してメルティングストックを作製し、
これを水冷銅板上で別途グラファイトヒーターにより加
熱された単結晶鋳型に注湯し、次いで鋳型を２００ｍｍ
／ｈｒの速度でヒーター下方に引き抜くことにより鋳型
内にある溶けた金属を水冷銅板から上方に向けて一方向
凝固させて単結晶化して合金試料（ＴＭＳ７５）とし
た。
溶解炉で予備溶解してメルティングストックを作製し、
これを水冷銅板上で別途グラファイトヒーターにより加
熱された単結晶鋳型に注湯し、次いで鋳型を２００ｍｍ
／ｈｒの速度でヒーター下方に引き抜くことにより鋳型
内にある溶けた金属を水冷銅板から上方に向けて一方向
凝固させて単結晶化して合金試料（ＴＭＳ７５）とし
た。
【００２０】また、組成として、重量％で、 Ｃｏ：３．０ Ｃｒ：２．０ Ｍｏ：０．４ Ｗ：５．０ Ａｌ：５．７ Ｔａ：８．０ Ｒｅ：６．０ Ｈｆ：０．０３ Ｎｂ：０．１ Ｔｉ：０．２ 残部Ｎｉの合金試料（ＣＭＳＸ１０）を従来合金として
比較試料とした。
比較試料とした。
【００２１】以上の試料について、以下の４項目の評価
を行った。溶体化熱処理の可能な温度幅を求めた。
クリープ試験、２５％ＮａＣｌ＋７５％Ｎａ2 ＳＯ4
溶液塩を用いて９００℃で２０時間試料を全浸漬させて
耐高温腐食性を評価した。１１００℃で１０００時間
の長時間加熱後の組織評価を行った。その結果、ＴＭＳ
７５は１３１０〜１３５０℃まで約４０℃の溶体化熱処
理幅を持つことを確認した。このことにより、図１のよ
うにＴＭＳ７５合金の溶体化処理は念のため１３００℃
で１時間の加熱後１３２０℃で５時間保持後空冷を行っ
た。その後２段の時効処理を行った。１段目の時効は１
１５０℃で４時間保持後空冷した後、２段目の時効８７
０℃で２時間保持後空冷の処理を行った。また、ＣＭＳ
Ｘ１０については、従来法に従って図２のように溶体化
処理と時効処理を行った。
を行った。溶体化熱処理の可能な温度幅を求めた。
クリープ試験、２５％ＮａＣｌ＋７５％Ｎａ2 ＳＯ4
溶液塩を用いて９００℃で２０時間試料を全浸漬させて
耐高温腐食性を評価した。１１００℃で１０００時間
の長時間加熱後の組織評価を行った。その結果、ＴＭＳ
７５は１３１０〜１３５０℃まで約４０℃の溶体化熱処
理幅を持つことを確認した。このことにより、図１のよ
うにＴＭＳ７５合金の溶体化処理は念のため１３００℃
で１時間の加熱後１３２０℃で５時間保持後空冷を行っ
た。その後２段の時効処理を行った。１段目の時効は１
１５０℃で４時間保持後空冷した後、２段目の時効８７
０℃で２時間保持後空冷の処理を行った。また、ＣＭＳ
Ｘ１０については、従来法に従って図２のように溶体化
処理と時効処理を行った。
【００２２】熱処理後のクリープ試験の結果はラーソン
ミラーパラメータで整理した図３（横軸の右側へ行くほ
ど高温側であり、縦軸は強度を示している。）のとお
り、低温高応力側で比較合金ＣＭＳＸ１０と同レベルで
あり、高温低応力側では開発合金はＣＭＳＸ１０より優
れたクリープ特性であった。耐高温腐食性は２５％Ｎａ
Ｃｌ＋７５％Ｎａ2 ＳＯ4 溶融塩を用いて９００℃で２
０時間試料を全浸漬させて評価した。また、試料サイズ
は直径６ｍｍ長さ４．５ｍｍとした。その結果、一般に
Ｃｒ添加量が少ないと耐高温腐食性が良くないといわれ
ていたが、一緒に試験したＭａｒＭ２４７鋳造合金（Ｃ
ｒ８．３％）と比較したところＭａｒＭ２４７鋳造合金
は２０時間前にすでに試料全量（腐食の進展長さに換算
して３ｍｍ以上）が腐食されていた。ＴＭＳ７５合金は
（０．０１ｍｍ）優れた耐高温腐食性であった。
ミラーパラメータで整理した図３（横軸の右側へ行くほ
ど高温側であり、縦軸は強度を示している。）のとお
り、低温高応力側で比較合金ＣＭＳＸ１０と同レベルで
あり、高温低応力側では開発合金はＣＭＳＸ１０より優
れたクリープ特性であった。耐高温腐食性は２５％Ｎａ
Ｃｌ＋７５％Ｎａ2 ＳＯ4 溶融塩を用いて９００℃で２
０時間試料を全浸漬させて評価した。また、試料サイズ
は直径６ｍｍ長さ４．５ｍｍとした。その結果、一般に
Ｃｒ添加量が少ないと耐高温腐食性が良くないといわれ
ていたが、一緒に試験したＭａｒＭ２４７鋳造合金（Ｃ
ｒ８．３％）と比較したところＭａｒＭ２４７鋳造合金
は２０時間前にすでに試料全量（腐食の進展長さに換算
して３ｍｍ以上）が腐食されていた。ＴＭＳ７５合金は
（０．０１ｍｍ）優れた耐高温腐食性であった。
【００２３】１１００℃で１０００時間の長時間加熱後
の組織評価はＴＭＳ７５合金においても第３世代単結晶
超合金のＣＭＳＸ１０で析出したものと同一と思われる
有害相が析出したが、ＣＭＳＸ１０では１１００℃で１
０００時間の時点ではこの有害相の影響部を含めた面積
率は２０％以上であるが、ＴＭＳ７５合金は４％であり
有害相の析出しにくい安定した組織であった。
の組織評価はＴＭＳ７５合金においても第３世代単結晶
超合金のＣＭＳＸ１０で析出したものと同一と思われる
有害相が析出したが、ＣＭＳＸ１０では１１００℃で１
０００時間の時点ではこの有害相の影響部を含めた面積
率は２０％以上であるが、ＴＭＳ７５合金は４％であり
有害相の析出しにくい安定した組織であった。
【００２４】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、高強度で、溶体化熱処理が容易であっ
て、有害相がでにくい、耐高温腐食性のＮｉ基単結晶合
金が提供される。特にこの発明の合金は溶体化処理が非
常に単純なため熱処理に要する時間が短縮できる。また
高温で長時間使用しても有害相が析出しにくく、組織が
安定で高温強度が高い。
発明によって、高強度で、溶体化熱処理が容易であっ
て、有害相がでにくい、耐高温腐食性のＮｉ基単結晶合
金が提供される。特にこの発明の合金は溶体化処理が非
常に単純なため熱処理に要する時間が短縮できる。また
高温で長時間使用しても有害相が析出しにくく、組織が
安定で高温強度が高い。
【００２５】これらの点を兼ね備えたこの発明のＮｉ基
単結晶合金をタービンブレードやタービンベーンの部材
として利用することによって、発電用ガスタービンやジ
ェットエンジンの高温機器の出力や熱効率を向上させる
ことが可能となる。
単結晶合金をタービンブレードやタービンベーンの部材
として利用することによって、発電用ガスタービンやジ
ェットエンジンの高温機器の出力や熱効率を向上させる
ことが可能となる。
【図１】この発明の実施例としてのＴＭＳ−７５合金の
熱処理を示した図である。
熱処理を示した図である。
【図２】比較のためのＣＭＳＸ−１０合金の熱処理を示
した図である。
した図である。
【図３】クリープ試験の結果をラーソンミラーパラメー
タで整理した結果を示した図である。
タで整理した結果を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｂ ６９１Ｃ (72)発明者 山縣 敏博 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁金属材料技術研究所内 審査官 小柳 健悟 (56)参考文献 特開 昭63−24029（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−41058（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5143（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−145703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−284545（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−138638（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−170402（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−104937（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/05 C22F 1/10 C22F 1/00 607 C22F 1/00 650 C22F 1/00 651 C22F 1/00 691
Claims (8)
- 【請求項１】 組成が、重量％で、 Ｃｏ：７〜１５、 Ｃｒ：０．１〜４、 Ｍｏ：１〜４、 Ｗ：４〜７、 Ａｌ：５．５〜６．５、 Ｔａ：５〜７、 Ｒｅ：４〜５．５、 並 びに残部が実質的にＮｉからなり、不可避的不純物を
含んでもよいことを特徴とするＮｉ基単結晶合金。 - 【請求項２】 請求項１の合金において、重量％で、ＨｆおよびＶの１種または２種：０．５以下 を含有するＮｉ基単結晶合金。
- 【請求項３】 請求項１または２の合金において、重量
％で、 ＴｉおよびＮｂの１種または２種：２以下 を含有するＮｉ基単結晶合金。 - 【請求項４】 請求項２の合金において、重量％で、 Ｃｏ：１０〜１４、 Ｃｒ：２〜３、 Ｍｏ：１．５〜２．５、 Ｗ：５〜６．５、 Ａｌ：５．７〜６．３、 Ｔａ：５．５〜６．５、 Ｒｅ：４．５〜５ Ｈｆ：０．０１〜０．３ を含有するＮｉ基単結晶合金。
- 【請求項５】 請求項１ないし４いずれかのＮｉ基単結
晶合金の製造方法であって、１３１０〜１３５０℃の温
度範囲において溶体化熱処理し、８５０〜１ ２００℃の
温度範囲において時効熱処理することを特徴とするＮｉ
基単結晶合金の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５の製造方法において、溶体化熱
処理を１０時間以内で、時効熱処理を３０時間以内で行
うＮｉ基単結晶合金の製造方法。 - 【請求項７】 請求項５または６の製造方法において、
溶体化熱処理および時効熱処理は、各々、一段あるいは
二〜四段の温度変化により行うＮｉ基単結晶合金の製造
方法。 - 【請求項８】 請求項５ないし７のいずれかの製造方法
において、溶体化熱処理の前に、１２９０℃〜１３１０
℃未満において、２時間以内で予備熱処理するＮｉ基単
結晶合金の製造方法。
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