JP7470937B2 - 耐熱性Ｉｒ合金 - Google Patents
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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、Ｒｈを５～３０ｍａｓｓ％含有するＩｒＲｈ合金に、Ｔａを０．３～５ｍａｓｓ％添加するとともに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉの少なくとも一種の元素を０～５ｍａｓｓ％付加的に添加するＩｒ合金が開示されている。ＩｒＲｈ合金にＴａを添加することで、高温における耐酸化消耗性を確保しつつ、高温強度に優れたＩｒ合金を提供できることが記載されている。
耐熱材料として用いられるＩｒ合金は、一般的に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、ビッカース硬さを更に向上させるＩｒ合金を提供することである。
本発明者らは、ＩｒＲｈＴａ合金において微量の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、
Ｒｈ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。
Ｒｈ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Ｉｒ合金を提供することができる。
本発明は、Ｒｈを５～３０ｍａｓｓ％、Ｔａを０．５～５ｍａｓｓ％、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種を合計で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。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。不可避不純物の含有の有無によって、前述の効果に影響することはない。
Ｒｈ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。Ｒｈ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、Ｒｈ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、融点が低下する。 Ｒｈの含有量は７～２５ｍａｓｓ％が好ましい。
Ｔａを０．５～５ｍａｓｓ％含有するＩｒＲｈ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ＩｒＲｈＴａ合金は、固溶強化及び結晶粒微細化により硬さが向上する。すなわち、ＩｒＲｈＴａ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。ＩｒＲｈＴａ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ＩｒＲｈＴａ合金の凝固組織を微細化する。
Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種の含有量は（二種以上の場合は合計で）０．００５ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｓｃ、Ｈｆ、Ｗの少なくとも一種の含有量は（二種以上の場合は合計で）０．０１ｍａｓｓ％以上がより好ましい。添加量が０．１５ｍａｓｓ％を超えると硬さは良い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、Ｒｈ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１５００℃以上で熱間鍛造し、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。φ０．５の線材を得られたものを〇、φ０．５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１～１４は、ＩｒＲｈＴａにＳｃ、Ｈｆ、Ｗの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３～７と比較して硬さが増加している。一方で、ＳｃやＨｆを０．２ｍａａｓ％添加した比較例１～２については、硬さが増加しているが、加工性が著しく悪化してしまった。また、実施例１５はＩｒＲｈＴａにＳｃ、Ｈｆ、Ｗを各０．０５ｍａａｓ％添加したもので、比較例４と比較して、硬さが増加している。
実施例の合金は、硬さが６１０～７２４ＨＶ、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)
- Ｒｈ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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