JP4972972B2 - Ni-based alloy - Google Patents
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Description
本発明は、Ｎｉ基合金に関するものである。 The present invention relates to a Ni-based alloy.
従来、Ｎｉ基合金としては、ＮＣＦ７５１、ＮＣＦ８０Ａなどが広く知られている。この種のＮｉ基合金は、例えば、高温強度などが要求される自動車エンジンの排気バルブ材料などとして用いられている。 Conventionally, NCF751, NCF80A, etc. are widely known as Ni-based alloys. This type of Ni-based alloy is used, for example, as an exhaust valve material for automobile engines that require high-temperature strength and the like.
他にも、特許文献１には、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．５〜５．０％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．３〜３．０％、Ｔｉ：１．５〜３．５％、Ａｌ：０．５〜２．５％、Ｂ：０．００１〜０．０２％、Ｆｅ：５％以下、残部が実質的にＮｉからなる排気バルブ用Ｎｉ基合金が開示されている。 In addition, Patent Document 1 includes, by weight, C: 0.01 to 0.15%, Si: 2.0% or less, Mn: 2.5% or less, Cr: 15 to 25%, Mo + 1 / 2W: 0.5-5.0%, Nb + Ta: 0.3-3.0%, Ti: 1.5-3.5%, Al: 0.5-2.5%, B: 0.001- An Ni-based alloy for exhaust valves is disclosed which is 0.02%, Fe: 5% or less, and the balance being substantially Ni.
また、特許文献２には、重量％で、Ｃ：０．１６〜０．５４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｏ：２．０〜８．０％、Ｆｅ：１２％以下、Ｃｒ：１７．０〜２３．５％、および、ＭｏとＷの１種または２種を２．０≦Ｍｏ＋１／２Ｗ≦５．５の範囲で含み、さらにＡｌ：１．０〜２．０％、Ｔｉ：２．５〜５．０％（但し、５．０≦１．８Ａｌ＋Ｔｉ−４Ｃ≦６．０）、および、Ｂ：０．００１〜０．０２０％と、Ｚｒ：０．００５〜０．１５％の１種または２種を含み、残部は不純物を除き本質的にＮｉからなる排気バルブ用Ｎｉ基合金が開示されている。 Further, in Patent Document 2, by weight, C: 0.16 to 0.54%, Si: 0.5% or less, Mn: 1.0% or less, Co: 2.0 to 8.0%, Fe: 12% or less, Cr: 17.0 to 23.5%, and one or two of Mo and W in a range of 2.0 ≦ Mo + 1 / 2W ≦ 5.5, and further Al: 1. 0 to 2.0%, Ti: 2.5 to 5.0% (provided that 5.0 ≦ 1.8Al + Ti-4C ≦ 6.0), and B: 0.001 to 0.020%, Zr An exhaust valve Ni-based alloy containing one or two elements of 0.005 to 0.15%, the balance being essentially made of Ni except for impurities is disclosed.
しかしながら、既存のＮｉ基合金は、以下のような問題があった。 However, existing Ni-based alloys have the following problems.
すなわち、従来の自動車用エンジンの排気温度は、８００℃前後が主流であった。 That is, the exhaust temperature of a conventional automobile engine is mainly around 800 ° C.
しかしながら、近年、燃費向上や排ガス浄化などのため、理論空燃比に近い空燃比で燃焼を行うエンジンが開発されてきている。この種のエンジンでは、その排気温度が９００℃に達する場合がある。 However, in recent years, an engine that performs combustion at an air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio has been developed to improve fuel efficiency and exhaust gas purification. In this type of engine, the exhaust temperature may reach 900 ° C.
このような温度では、既存のＮｉ基合金は、引張強さ、疲労強度など、高温における機械的特性が大きく低下してしまう。そのため、既存のＮｉ基合金を用いて排気バルブを形成しても、必要なバルブ特性が得られず、その結果、エンジン性能を十分に高めることができないといった問題があった。 At such a temperature, the existing Ni-based alloy significantly deteriorates in mechanical properties at high temperatures such as tensile strength and fatigue strength. Therefore, even if an exhaust valve is formed using an existing Ni-based alloy, a necessary valve characteristic cannot be obtained, and as a result, there is a problem that the engine performance cannot be sufficiently improved.
一方、高温特性に優れたＮｉ基合金として、Ｃｏを１２〜１４％程度含有するＷａｓｐａｌｏｙやＵｄｉｍｅｔ５２０などを用いることも考えられる。 On the other hand, it is also conceivable to use Waspaloy or Udimet 520 containing about 12 to 14% Co as a Ni-based alloy having excellent high temperature characteristics.
ところが、これらのＮｉ基合金は、被研削性が悪いため、研削砥石の寿命が低下したり、製品の表面加工精度が低下したりするなどの問題があった。さらに、Ｃｏ含有率が高いので、材料コストも非常に高くなる。 However, since these Ni-based alloys have poor grindability, there are problems such as a decrease in the life of the grinding wheel and a decrease in the surface processing accuracy of the product. Furthermore, since the Co content is high, the material cost is also very high.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高温における機械的特性、被研削性に優れ、比較的安価なＮｉ基合金を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a relatively inexpensive Ni-based alloy that is excellent in mechanical properties and grindability at high temperatures.
上記課題を解決するため、本発明に係るＮｉ基合金は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｏ：０．１０％未満、Ｃｒ：１６〜２２％、Ｍｏ：４〜１０％、Ｗ：５％以下、Ａｌ：１．２〜２．５％、Ｔｉ：２．４〜４％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｚｒ：０．０１〜０．５％、Ｆｅ：１％以下であり、残部がＮｉおよび不可避的不純物よりなることを要旨とする。 In order to solve the above problems, the Ni-based alloy according to the present invention is, in mass% , C: 0.01 to 0.15%, Si: 1% or less, Mn: 1% or less, P: 0.02% or less. , S: 0.01% or less, Co: less than 0.10%, Cr: 16-22%, Mo: 4-10%, W: 5% or less, Al: 1.2-2.5%, Ti: It is 2.4 to 4%, B: 0.001 to 0.05%, Zr: 0.01 to 0.5%, Fe: 1% or less, and the balance is made of Ni and inevitable impurities. To do.
この場合、上記Ｎｉ基合金は、Ｍｏ＋１／２Ｗが４〜１０％の範囲内にある良い。 In this case, the Ni-based alloy may have Mo + 1 / 2W in the range of 4 to 10%.
また、上記Ｎｉ基合金は、Ｎｂ：０．１〜３％、および、Ｔａ：０．１〜３％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。 The Ni-based alloy may further contain one or more selected from Nb: 0.1 to 3% and Ta: 0.1 to 3%.
また、上記Ｎｉ基合金は、Ｃａ：０．００１〜０．０３％、Ｍｇ：０．００１〜０．０３％、および、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％から選択される１種または２種以上をさらに含有していても良い。 The Ni-based alloy is one or two selected from Ca: 0.001 to 0.03%, Mg: 0.001 to 0.03%, and REM: 0.001 to 0.1%. It may further contain seeds or more.
また、上記Ｎｉ基合金は、Ｃｕ：０．０１〜２％をさらに含有していても良い。 The Ni-based alloy may further contain Cu: 0.01 to 2%.
また、上記Ｎｉ基合金は、Ｖ：０．０５〜１％をさらに含有していても良い。 The Ni-based alloy may further contain V: 0.05 to 1%.
本発明に係るＮｉ基合金は、特定成分の含有率を特定範囲内としている。そのため、本発明に係るＮｉ基合金は、９００℃の高温であっても、引張強さ、疲労強度などの機械的特性に優れる。 The Ni-based alloy according to the present invention has a specific component content within a specific range. Therefore, the Ni-based alloy according to the present invention is excellent in mechanical properties such as tensile strength and fatigue strength even at a high temperature of 900 ° C.
また、本発明に係るＮｉ基合金は、とりわけ、Ｃｏ含有率が０．１０未満に制限されている。そのため、ＷａｓｐａｌｏｙやＵｄｉｍｅｔ５２０に比較して、被研削性に優れ、材料コストも安価にすることができる。 In addition, the Ni-based alloy according to the present invention is particularly limited to a Co content of less than 0.10. Therefore, compared with Waspaloy and Udimet 520, it is excellent in grindability and material cost can be reduced.
したがって、本発明に係るＮｉ基合金を、例えば、エンジンバルブ材料として用いた場合には、エンジン性能を向上させやすい。また、製品の研削加工時に用いる砥石寿命が長くなるとともに、製品の表面加工精度も向上させることができる。 Therefore, when the Ni-based alloy according to the present invention is used as an engine valve material, for example, it is easy to improve engine performance. In addition, the life of the grindstone used at the time of product grinding can be prolonged, and the surface processing accuracy of the product can be improved.
また、本発明に係るＮｉ基合金は、例えば、タービンディスク、ブレードなどにも有用である。 The Ni-based alloy according to the present invention is also useful for, for example, a turbine disk and a blade.
以下に、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明に係るＮｉ基合金（「本合金」ということがある。）は、特定成分の含有率が下記に規定される範囲内とされており、残部がＮｉおよび不可避的不純物よりなる。特定成分の種類、その含有率を規定した理由は、次の通りである。なお、以下の含有率の単位は、質量％である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. The Ni-based alloy (sometimes referred to as “the present alloy”) according to the present invention has a specific component content within the range specified below, with the balance being Ni and inevitable impurities. The reason why the types of specific components and the contents thereof are specified is as follows. In addition, the unit of the following content rate is the mass% .
（１）Ｃ：０．０１〜０．１５％
Ｃは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａと結合してＭＣ炭化物や、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗと結合してＭ２３Ｃ６、Ｍ６Ｃ炭化物を形成し、結晶粒の粗大化防止や粒界強化などに寄与する有効な元素である。その効果を得るには、Ｃ含有率は、０．０１％以上、好ましくは、０．０３％以上とするのが良い。
(1) C: 0.01 to 0.15%
C is, Ti, Nb, and MC carbide bonded with Ta, Cr, Mo, W combine with to form a M 23 C 6, M 6 C carbides, such as to strengthen the grain coarsening prevention and intergranular It is an effective element that contributes. In order to obtain the effect, the C content is 0.01% or more, preferably 0.03% or more.
一方、Ｃ含有率が高くなると、炭化物の生成量が多くなり、例えば、バルブ形状などに成形し難くなるし、靭延性も低下する傾向が見られる。そのため、Ｃ含有率は、０．１５％以下、好ましくは、０．１０％以下とするのが良い。 On the other hand, when the C content increases, the amount of carbide generated increases, and for example, it tends to be difficult to mold into a valve shape and the toughness tends to decrease. Therefore, the C content is 0.15% or less, preferably 0.10% or less.
（２）Ｓｉ：１％以下
Ｓｉは、主に、溶解精錬時の脱酸剤として作用する元素であり、必要に応じて含有させることができる。また、Ｓｉは、耐酸化性の向上にも寄与する。
(2) Si: 1% or less Si is an element mainly acting as a deoxidizer during melting and refining, and can be contained as necessary. Si also contributes to an improvement in oxidation resistance.
Ｓｉ含有率が高くなると、靭性、加工性などが低下する傾向が見られる。そのため、Ｓｉ含有率は、１％以下とするのが良い。 When Si content rate becomes high, the tendency for toughness, workability, etc. to fall is seen. Therefore, the Si content is preferably 1% or less.
（３）Ｍｎ：１％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、主に脱酸剤として作用する元素であり、必要に応じて含有させることができる。
(3) Mn: 1% or less Mn is an element mainly acting as a deoxidizing agent, similarly to Si, and can be contained as necessary.
Ｍｎ含有率が高くなると、高温における耐酸化性、加工性などが低下する傾向が見られる。そのため、Ｍｎ含有率は、１％以下とするのが良い。 When Mn content rate becomes high, the tendency for the oxidation resistance in high temperature, workability, etc. to fall is seen. Therefore, the Mn content is preferably 1% or less.
（４）Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、熱間加工性を低下させる元素である。本合金は、Ｎｉを低下させているため、熱間加工できる範囲が比較的狭く、できる限り熱間加工性を確保したい。そのため、Ｐ含有率は、０．０２％以下とするのが良い。
(4) P: 0.02% or less P is an element that reduces hot workability. Since this alloy reduces Ni, the range in which hot working can be performed is relatively narrow, and it is desirable to ensure hot workability as much as possible. Therefore, the P content is preferably 0.02% or less.
（５）Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、Ｐと同様に、熱間加工性を低下させる元素である。そのため、Ｓ含有率は、０．０１％以下とするのが良い。
(5) S: 0.01% or less S, like P, is an element that reduces hot workability. Therefore, the S content is preferably 0.01% or less.
（６）Ｃｏ：０．１０％未満
Ｃｏは、被研削性を低下させる主要元素である。また、材料コストを上昇させる主要元素でもある。そのため、Ｃｏ含有率は、０．１０％未満とするのが良い。
(6) Co: Less than 0.10% Co is a main element that reduces grindability. It is also a major element that increases material costs. Therefore, the Co content is preferably less than 0.10%.
（７）Ｃｒ：１６〜２２％
Ｃｒは、耐熱性を保つのに必要な元素である。その効果を得るには、Ｃｒ含有率は、１６％以上とするのが良い。
(7) Cr: 16-22%
Cr is an element necessary for maintaining heat resistance. In order to obtain the effect, the Cr content is preferably 16% or more.
一方、Ｃｒ含有率が高くなると、σ相が析出して靭性が低下するとともに高温強度が低下する傾向が見られる。そのため、Ｃｒ含有率は、２２％以下とするのが良い。 On the other hand, when Cr content rate becomes high, the tendency for a high temperature intensity | strength to fall while the (sigma) phase precipitates and toughness falls is seen. Therefore, the Cr content is preferably 22% or less.
（８）Ｍｏ：４〜１０％
Ｍｏは、主にマトリックスの固溶強化により高温強度を向上させる元素である。９００℃における強度を向上させるためには、Ｍｏ含有率は、４％以上とするのが良い。
(8) Mo: 4 to 10%
Mo is an element that improves the high-temperature strength mainly by solid solution strengthening of the matrix. In order to improve the strength at 900 ° C., the Mo content is preferably 4% or more.
一方、Ｍｏ含有率が高くなると、材料コストが上昇するし、また、熱間加工性および耐酸化性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｍｏ含有率は、１０％以下、好ましくは、７％以下とするのが良い。 On the other hand, when the Mo content increases, the material cost increases, and the hot workability and oxidation resistance tend to decrease. Therefore, the Mo content is 10% or less, preferably 7% or less.
（９）Ｗ：５％以下
Ｗは、Ｍｏと同様に、主にマトリックスの固溶強化により高温強度を向上させる元素であり、必要に応じて含有させることができる。
(9) W: 5% or less W, like Mo, is an element that improves high-temperature strength mainly by solid solution strengthening of the matrix, and can be contained as necessary.
Ｗ含有率が高くなると、材料コストが上昇するし、また、熱間加工性および耐酸化性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｗ含有率は、５％以下、好ましくは、３％以下とするのが良い。 When W content rate becomes high, the material cost will rise, and the tendency for hot workability and oxidation resistance to fall will be seen. Therefore, the W content is 5% or less, preferably 3% or less.
本合金において、上記Ｍｏ含有率とＷ含有率は、Ｍｏ＋１／２Ｗが４〜１０％の範囲内、好ましくは、４〜７％の範囲内になるように選択すると良い。高温強度、熱間加工性とのバランスなどに優れるからである。 In the present alloy, the Mo content and the W content are selected so that Mo + 1 / 2W is in the range of 4 to 10%, preferably in the range of 4 to 7%. This is because it is excellent in balance between high temperature strength and hot workability.
（１０）Ａｌ：１．２〜２．５％
Ａｌは、Ｎｉと結合して高温強度を向上させるのに有効なγ’相を形成する重要な元素である。Ａｌ含有率が低くなると、γ’相の析出が不十分となり、高温強度を確保し難くなる傾向が見られる。そのため、Ａｌ含有率は、１．２％以上とするのが良い。
(10) Al: 1.2 to 2.5%
Al is an important element that forms a γ 'phase effective to combine with Ni and improve high temperature strength. When the Al content is low, the precipitation of the γ ′ phase becomes insufficient, and it tends to be difficult to ensure high temperature strength. Therefore, the Al content is preferably 1.2% or more.
一方、Ａｌ含有率が高くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ａｌ含有率は、２．５％以下、好ましくは、２．０％以下とするのが良い。 On the other hand, when Al content rate becomes high, the tendency for hot workability to fall is seen. Therefore, the Al content should be 2.5% or less, preferably 2.0% or less.
（１１）Ｔｉ：２．４〜４％
Ｔｉは、Ａｌと同様に、Ｎｉと結合してγ’相を形成する元素である。Ｔｉ含有率が低くなると、γ’相の固溶温度が低下し、十分な高温強度が得られなくなる傾向が見られる。そのため、Ｔｉ含有率は、２．４％以上とするのが良い。
(11) Ti: 2.4 to 4%
Ti, like Al, is an element that combines with Ni to form a γ ′ phase. When the Ti content is lowered, the solid solution temperature of the γ ′ phase is lowered, and there is a tendency that sufficient high-temperature strength cannot be obtained. Therefore, the Ti content is preferably 2.4% or more.
一方、Ｔｉ含有率が高くなると、η相（Ｎｉ３Ｔｉ）が析出しやすくなって高温強度、靭性が劣化したり、熱間加工性が低下したりする傾向が見られる。そのため、Ｔｉ含有率は、４％以下、好ましくは、３．５％以下とするのが良い。 On the other hand, when the Ti content is increased, the η phase (Ni 3 Ti) is likely to precipitate, and the high temperature strength and toughness tend to deteriorate, and the hot workability tends to decrease. Therefore, the Ti content is 4% or less, preferably 3.5% or less.
（１２）Ｂ：０．００１〜０．０５％
Ｂは、熱間加工性の改善に寄与する元素である。また、粒界に編析し、粒界強度を高めて強度特性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るには、Ｂ含有率は、０．００１％以上とするのが良い。
(12) B: 0.001 to 0.05%
B is an element contributing to improvement of hot workability. In addition, it is an element effective for knitting at grain boundaries to increase grain boundary strength and improve strength characteristics. In order to obtain the effect, the B content is preferably 0.001% or more.
一方、Ｂ含有率が高くなると、母材の融点が下がり、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｂ含有率は、０．０５％以下とするのが良い。 On the other hand, when the B content is increased, the melting point of the base material is lowered, and the hot workability tends to be lowered. Therefore, the B content is preferably 0.05% or less.
（１３）Ｚｒ：０．０１〜０．５％
Ｚｒは、熱間加工性の改善に寄与する元素である。また、粒界に偏析して粒界自体の強度を高めるとともに、高温加熱時に粒界付近のγ’欠乏相の生成を抑えて強度を高めるのに有効な元素である。その効果を得るには、Ｚｒ含有率は、０．０１％以上とするのが良い。
(13) Zr: 0.01 to 0.5%
Zr is an element contributing to improvement of hot workability. In addition, it segregates at the grain boundary to increase the strength of the grain boundary itself, and is an element effective for increasing the strength by suppressing the formation of a γ′-deficient phase near the grain boundary during high-temperature heating. In order to obtain the effect, the Zr content is preferably 0.01% or more.
一方、Ｚｒ含有率が高くなると、靱性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｚｒ含有率は、０．５％以下とするのが良い。 On the other hand, as the Zr content increases, the toughness tends to decrease. Therefore, the Zr content is preferably 0.5% or less.
（１４）Ｆｅ：１％以下、
Ｆｅは、高温強度を低下させる元素であり、できる限り低減することが望ましい。そのため、Ｆｅ含有率は、１％以下とするのが良い。
(14) Fe: 1% or less,
Fe is an element that lowers the high-temperature strength, and it is desirable to reduce it as much as possible. Therefore, the Fe content is preferably 1% or less.
本合金は、上述した構成元素に加えて、さらに、以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含んでいても良い。これら元素の含有率を特定した理由は、以下の通りである。 In addition to the constituent elements described above, the present alloy may optionally contain one or more elements selected from the following elements. The reason for specifying the content of these elements is as follows.
＜１＞Ｎｂ：０．１〜３％、および、Ｔａ：０．１〜３％から選択される１種または２種以上の元素
Ｎｂは、ＡｌとともにＮｉと結合してγ’相を強化する元素である。その効果を得るには、Ｎｂ含有率は、０．１％以上とするのが良い。
<1> One or more elements selected from Nb: 0.1 to 3% and Ta: 0.1 to 3% Nb combines with Al together with Ni to strengthen the γ 'phase It is an element. In order to obtain the effect, the Nb content is preferably 0.1% or more.
一方、Ｎｂ含有率が高くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｎｂ含有率は、３％以下、好ましくは、２％以下とするのが良い。 On the other hand, when Nb content rate becomes high, the tendency for hot workability to fall is seen. Therefore, the Nb content is 3% or less, preferably 2% or less.
Ｔａも、Ｎｂと同様に、ＡｌとともにＮｉと結合してγ’相を強化する元素である。その効果を得るには、Ｔａ含有率は、０．１％以上とするのが良い。 Ta, like Nb, is an element that strengthens the γ ′ phase by binding to Ni together with Al. In order to obtain the effect, the Ta content is preferably 0.1% or more.
一方、Ｔａ含有率が高くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｔａ含有率は、３％以下、好ましくは、２％以下とするのが良い。 On the other hand, when Ta content rate becomes high, the tendency for hot workability to fall is seen. Therefore, the Ta content is 3% or less, preferably 2% or less.
＜２＞Ｃａ：０．００１〜０．０３％、Ｍｇ：０．００１〜０．０３％、および、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％から選択される１種または２種以上の元素
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、熱間加工性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るには、Ｃａ含有率、Ｍｇ含有率およびＲＥＭ含有率は、何れも０．００１％以上とするのが良い。
<2> One or more elements selected from Ca: 0.001 to 0.03%, Mg: 0.001 to 0.03%, and REM: 0.001 to 0.1% Ca Mg and REM are effective elements for improving hot workability. In order to obtain the effect, the Ca content, the Mg content, and the REM content are all preferably 0.001% or more.
一方、Ｃａ含有率、Ｍｇ含有率およびＲＥＭ含有率が高くなると、靱性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｃａ含有率は、０．０３％以下とするのが良い。Ｍｇ含有率は、０．０３％以下とするのが良い。ＲＥＭ含有率は、０．１％以下とするのが良い。 On the other hand, when Ca content rate, Mg content rate, and REM content rate become high, the tendency for toughness to fall is seen. Therefore, the Ca content is preferably 0.03% or less. The Mg content is preferably 0.03% or less. The REM content is preferably 0.1% or less.
＜３＞Ｃｕ：０．０１〜２％
Ｃｕは、耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るには、Ｃｕ含有率は、０．０１％以上とするのが良い。
<3> Cu: 0.01-2%
Cu is an element effective for improving oxidation resistance. In order to obtain the effect, the Cu content is preferably 0.01% or more.
一方、Ｃｕ含有率が高くなると、熱間加工性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｃｕ含有率は、２％以下とするのが良い。 On the other hand, when Cu content rate becomes high, the tendency for hot workability to fall is seen. Therefore, the Cu content is preferably 2% or less.
＜４＞Ｖ：０．０５〜１％
Ｖは、ＭｏやＷと同様に、マトリックスの固溶強化に寄与する元素である。また、ＭＣ炭化物を形成し、炭化物を安定化させる効果もある。その効果を得るには、Ｖ含有率は、０．０５％以上とするのが良い。
<4> V: 0.05 to 1%
V, like Mo and W, is an element that contributes to solid solution strengthening of the matrix. In addition, there is an effect of forming MC carbide and stabilizing the carbide. In order to obtain the effect, the V content is preferably 0.05% or more.
一方、Ｖ含有率が高くなると、靱性が低下する傾向が見られる。そのため、Ｖ含有率は、１％以下とするのが良い。 On the other hand, when V content rate becomes high, the tendency for toughness to fall is seen. Therefore, the V content is preferably 1% or less.
次に、本合金の製造方法の一例について説明する。
本合金を得るには、上述した化学組成となるように各原料を秤量し、例えば、高周波誘導炉などの溶解炉を用いて、合金インゴットを溶製する。その後、得られた合金インゴットを、必要に応じて、熱間鍛造、熱間圧延するなどすれば、所望の形状にすることができる。
Next, an example of the manufacturing method of this alloy is demonstrated.
In order to obtain this alloy, each raw material is weighed so as to have the above-described chemical composition, and an alloy ingot is melted using, for example, a melting furnace such as a high-frequency induction furnace. Thereafter, the obtained alloy ingot can be formed into a desired shape by hot forging, hot rolling or the like, if necessary.
また、得られた合金インゴットに対して、必要に応じて、固溶化処理、時効処理などを行っても良い。 Moreover, you may perform a solution treatment, an aging treatment, etc. with respect to the obtained alloy ingot as needed.
上記固溶化処理としては、具体的には、例えば、９５０〜１１５０℃の温度に加熱した後、急冷する方法などを例示することができる。 Specific examples of the solution treatment include a method of rapidly cooling after heating to a temperature of 950 to 1150 ° C.
また、上記時効処理の温度としては、具体的には、例えば、５００〜１０００℃、好ましくは、６００〜９００℃の温度を例示することができる。 Moreover, specifically as temperature of the said aging treatment, the temperature of 500-1000 degreeC, for example, Preferably, 600-900 degreeC can be illustrated.
以上説明した本合金の用途は、特に限定されるものではない。本合金の用途としては、具体的には、例えば、エンジンバルブ、タービンディスク、ブレード、耐熱ばね、エンジンシャフト、船用バルブ、ボルトなどを例示することができる。 The use of the present alloy described above is not particularly limited. Specific examples of the use of this alloy include engine valves, turbine disks, blades, heat resistant springs, engine shafts, marine valves, bolts, and the like.
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
初めに、後述する表１に示す化学組成となるように、秤量した各原料を、高周波誘導炉で溶製した後、５０ｋｇにそれぞれ鋳造した。その後、得られた各合金インゴットを１１８０℃にて熱間鍛造、熱間圧延することにより、直径１６ｍｍの丸棒をそれぞれ製造した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
First, each raw material weighed so as to have a chemical composition shown in Table 1 to be described later was melted in a high-frequency induction furnace and then cast into 50 kg. Thereafter, each of the obtained alloy ingots was hot-forged and hot-rolled at 1180 ° C. to produce round bars each having a diameter of 16 mm.
次いで、得られた各丸棒につき、１０５０℃で１時間保持した後、水冷して固溶化処理を行うとともに、７５０℃で４時間保持した後、空冷して時効処理を行い、各試験材とした。 Next, each of the obtained round bars was held at 1050 ° C. for 1 hour, then water-cooled for solution treatment, held at 750 ° C. for 4 hours, then air-cooled and subjected to aging treatment, and each test material and did.
次いで、これら各試験材を用いて、室温と９００℃における引張試験、回転曲げ疲労試験を行った。 Next, using each of these test materials, a tensile test and a rotational bending fatigue test at room temperature and 900 ° C. were performed.
なお、室温での引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、９００℃での引張試験は、ＪＩＳ Ｇ ０５６７に準拠して行った。 In addition, the tensile test at room temperature was performed according to JIS Z 2241 and the tensile test at 900 ° C. was performed according to JIS G 0567.
また、回転曲げ疲労試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２７４に準拠し、室温と９００℃において、それぞれ３５００ｒｐｍの回転数で試験を行い、１０７回での疲労強度を算出した。 In addition, the rotating bending fatigue test was conducted in accordance with JIS Z 2274, and the test was performed at room temperature and 900 ° C. at a rotational speed of 3500 rpm, and the fatigue strength at 10 7 times was calculated.
次いで、時効処理後の各試験材について、研削加工試験を行った。この研削加工試験は、外径２５ｍｍ、研削部分長さ３００ｍｍの試験片を用い、外径６００ｍｍの砥石で砥石周速７００ｍ／分、長手方向の送り速度３０ｍｍ／秒、１パス当たり０．２ｍｍの切り込み量にて、５パス加工する方法で行った。 Next, a grinding test was performed on each test material after the aging treatment. In this grinding process test, a test piece having an outer diameter of 25 mm and a grinding part length of 300 mm was used. A grinding wheel having an outer diameter of 600 mm and a peripheral speed of 700 m / min, a feed rate of 30 mm / second in the longitudinal direction, and 0.2 mm per pass were used. It was performed by the method of processing 5 passes with the cutting amount.
そして、加工後の砥石磨耗量により被研削性を評価した。すなわち、比較例１に係る試験片による砥石磨耗量を１００とし、各試験片による砥石磨耗量を割合で表し、被研削性を示す指数とした。 And grindability was evaluated by the amount of grinding wheel wear after processing. That is, the grindstone wear amount by the test piece according to Comparative Example 1 was set to 100, the grindstone wear amount by each test piece was expressed as a ratio, and an index indicating the grindability.
表１に実施例、比較例に係るＮｉ基合金の化学組成を、表２に実施例、比較例に係るＮｉ基合金の試験結果を示す。 Table 1 shows the chemical compositions of the Ni-based alloys according to the examples and comparative examples, and Table 2 shows the test results of the Ni-based alloys according to the examples and comparative examples.
表１および表２によれば、以下のことが分かる。すなわち、比較例１、２に係るＮｉ基合金は、とりわけ、Ｃｏ含有率が極めて高い。そのため、被研削性に劣ることが分かる。また、高価なＣｏを多量に含有していることから、その材料コストも比較的高くなる。 According to Tables 1 and 2, the following can be understood. That is, the Ni-based alloys according to Comparative Examples 1 and 2 have a particularly high Co content. Therefore, it turns out that it is inferior to grindability. Further, since a large amount of expensive Co is contained, the material cost is relatively high.
一方、比較例３〜５に係るＮｉ基合金は、Ｃｏ含有率を低減させているが、Ａｌ、Ｔｉといったγ’相形成元素の含有率が低い。さらに、比較例４、５に係るＮｉ基合金は、Ｍｏ、Ｗといった固溶強化元素の含有率が極めて低く、高温強度を低下させるＦｅ含有率が極めて高い。これらの理由により、比較例３〜５に係るＮｉ基合金は、高温における機械的特性に劣ることが分かる。 On the other hand, the Ni-based alloys according to Comparative Examples 3 to 5 reduce the Co content, but have a low content of γ ′ phase forming elements such as Al and Ti. Furthermore, the Ni-based alloys according to Comparative Examples 4 and 5 have an extremely low content of solid solution strengthening elements such as Mo and W, and an extremely high Fe content that reduces high-temperature strength. For these reasons, it can be seen that the Ni-based alloys according to Comparative Examples 3 to 5 are inferior in mechanical properties at high temperatures.
これらに対し、実施例１〜１５に係るＮｉ基合金は、特定成分の含有率を特定範囲内としている。そのため、実施例１〜１５に係るＮｉ基合金は、９００℃の高温であっても、引張強さ、疲労強度などの機械的特性に優れる。 On the other hand, the Ni-based alloys according to Examples 1 to 15 have the specific component content within a specific range. Therefore, the Ni-based alloys according to Examples 1 to 15 are excellent in mechanical properties such as tensile strength and fatigue strength even at a high temperature of 900 ° C.
また、実施例１〜１５に係るＮｉ基合金は、とりわけ、Ｃｏ含有率が０．１０未満に制限されている。そのため、被研削性に優れるとともに、材料コストも安価にすることができる。 In addition, in the Ni-based alloys according to Examples 1 to 15, the Co content is particularly limited to less than 0.10. Therefore, it is excellent in grindability and material cost can be reduced.
したがって、これらＮｉ基合金を、例えば、エンジンバルブ材料として用いた場合には、エンジン性能を向上させやすいと言える。また、製品の研削加工時に用いる砥石寿命が長くなるとともに、製品の表面加工精度も向上させることが可能となる。 Therefore, it can be said that when these Ni-based alloys are used, for example, as engine valve materials, it is easy to improve engine performance. In addition, the life of the grindstone used at the time of grinding of the product becomes longer, and the surface processing accuracy of the product can be improved.
以上、本発明に係るＮｉ基合金について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能なものである。 Although the Ni-based alloy according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Claims (6)
Ｃ ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：１％以下、
Ｍｎ：１％以下、
Ｐ ：０．０２％以下、
Ｓ ：０．０１％以下、
Ｃｏ：０．１０％未満、
Ｃｒ：１６〜２２％、
Ｍｏ：４〜１０％、
Ｗ ：５％以下、
Ａｌ：１．２〜２．５％、
Ｔｉ：２．４〜４％、
Ｂ ：０．００１〜０．０５％、
Ｚｒ：０．０１〜０．５％、
Ｆｅ：１％以下であり、
残部がＮｉおよび不可避的不純物よりなることを特徴とするＮｉ基合金。 % By mass
C: 0.01 to 0.15%,
Si: 1% or less,
Mn: 1% or less,
P: 0.02% or less,
S: 0.01% or less,
Co: less than 0.10%,
Cr: 16-22%,
Mo: 4 to 10%
W: 5% or less,
Al: 1.2-2.5%,
Ti: 2.4-4%,
B: 0.001 to 0.05%,
Zr: 0.01 to 0.5%,
Fe: 1% or less,
A Ni-based alloy characterized in that the balance is made of Ni and inevitable impurities.
Ｔａ：０．１〜３％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉ基合金。 Nb: 0.1-3%, and
Ta: 0.1 to 3%,
The Ni-based alloy according to claim 1 or 2, further comprising one or more selected from the group consisting of:
Ｍｇ：０．００１〜０．０３％、および、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１％、
から選択される１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のＮｉ基合金。 Ca: 0.001 to 0.03%,
Mg: 0.001 to 0.03%, and
REM: 0.001 to 0.1%,
The Ni-based alloy according to any one of claims 1 to 3, further comprising one or more selected from the group consisting of:
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