JPH01234540A - 高温耐食性にすぐれたＮｉ基単結晶超合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、すぐれた高温耐食性を有し、かつ高温強度
にもすぐれたＮｉ基単結晶超合金に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えばガスタービンエンジンの構造部材であるタ
ービンブレードの製造には、高温強度と高温耐食性が要
求されることから、重量％で（以下％は重量％を示す）
、 Ｃｒ：９−１２％、　　　Ｍｏ　：　０．１−２．５％
。

Ｗ　：５〜８％、Ｔａ：４〜７％。

Ａρ：４〜７％、　　　Ｔｊ：０．８〜３％。

Ｃｏ：４〜６％。

を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成を有
し、かつ鋳造状態で単結晶組織を有し、さらに高温耐食
性の良好なγ相の素地に、Ｎ　ｉａ　　（ＡＮ　、Ｔ　
Ｉ）で代表される金属間化合物、すなわちγ′相が微細
均一に分散析出した組織を有するＮｌ基単結晶超合金が
用いられており、このＮｌ基単結晶超合金においては、
結晶粒界が存在しないため粒界偏析がなく、したがって
γ′相の素地への完全固溶を可能とする高い溶体化処理
温度に加熱することができることがら、多結晶合金に比
べて微細に析出するγ′相の体積率が一段と多くなり、
これによってすぐれた高温強度を具備するようになるも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、近年のガスタービンエンジンの高速化、省力化
、および軽量化に対する要求は厳しく、これに伴ってタ
ービンブレードなどの構造部材にも一段とすぐれた特性
を具備することが要求されるようになっているが、上記
の従来Ｎｊ基単結晶超合金では、すぐれた高温強度をも
つものの、高温耐食性が不十分なために、これらの要求
に満足に−３＝ 対応することができないのが現状である。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記従
来Ｎｉ基単結晶超合金に着目し、これにすぐれた高温耐
食性を付与すべく研究を行なった結果、上記従来Ｎｌ基
単結晶超合金に、合金成分として微量のＺｎを含有させ
ると、このＺｎは素地に固溶し、この結果これの高温耐
食性が飛躍的に向上するようになり、しかもこの微量の
Ｚｎ含有はγ′相の微細析出に何らの悪影響も及ぼさな
いので、従来Ｎｉ基単結晶超合金のもつ高温強度と同等
、あるいはこれ以上のすぐれた高温強度を有するという
知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、 Ｃｒ　：９〜１２％、　　　　Ｍｏ　：　０．１〜２．
５％。

Ｗ　：５〜８％、Ｔａ：４〜７％。

Ａｌ１：４〜７％、　　　　Ｔｉ：０．８〜３％。

Ｃｏ：４〜６％、　　　　Ｚｎ　：　０．００１〜０．
０５％。

を含有し、さらに必要に応じて、 一　　４　− Ｈｆ、Ｚｒ、およびＳｉのうちの１種または２種以上：
　０．０１〜０，３％と。

Ｒｅ：０．０１−４％、 のいずれか、あるいは両方を含有し、残りがＮｉと不可
避不純物からなる組成、並びに鋳造状態で単結晶組織に
して、かつγ相の素地にγ′相が微細均一に分散析出し
た組織を有する高温耐食性にすぐれ、さらに高温強度に
もすぐれたＮｉ基単結晶超合金に特徴を有するものであ
る。

つぎに、この発明の合金において、成分組成範囲を上記
の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、合金の高温耐食性を向上させる作用があ
るが、その含有量が９％未満では所望の高温耐食性を確
保することができず、一方その含有量が１２％を越える
と、γ′相の析出が抑制されるようになるばかりでなく
、σ相やμ相などの有害相が板状に生成するようになり
、高温強度が低下することから、その含有量を９〜１２
％と定めた。

（ｂ）　　Ｍ。

Ｍ□酸成分は、ＴａおよびＷとの共存において、合金素
地であるγ相の格子定数を適切な値にバランスさせ、こ
れによって安定な微細組織となって高温強度が向上する
ようになる作用があるが、その含有量が０．１％未満で
は所望の高温強度が得られず、一方その含有量が２．５
％を越えても高温強度が低下するようになり、かつ高温
耐食性も低下するようになることから、その含有量を０
．１〜２．５％と定めた。

（ｃ）　　Ｗ Ｗ成分には、上記の作用のほか、一部が素地に固溶して
高温強度を向上させる作用があるが、その含有量が５％
未満では所望の高温強度が得られず、一方その含有量が
８％を越えると高温耐食性が低下するようになることか
ら、その含有量を５〜８％と定めた。

（ｄ）　　Ｔａ Ｔａ成分には、上記のようにＭｏおよびＷとの共存にお
いて高温強度を向上させるほか、素地に固溶して高温耐
食性を向上させる作用があるが、その含有量が４％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量
が７％を越えるとび相やμ相が生成するようになって高
温強度の低下をもたらすことから、その含有量を４〜７
％と定めた。

（ｅ）　　Ａρ ＡＮ成分には、ＮｉおよびＴｉと結合して、素地中に微
細均一に分散析出するγ′相、すなわちＮｔａ（Ａρ、
Ｔｉ）で代表される金属間化合物を、通常体積率で５０
〜６０％の割合で形成し、もって高温強度を向上させる
作用があるが、その含有量が４％未満ではγ′相の析出
割合が少なすぎて所望の高温強度を確保することができ
ず、一方その含有量が７％を越えると、共晶γ′相と呼
ばれる粗大なγ′相が多く形成されるようになって溶体
化処理が不可能となり、高い高温強度を確保することが
できなくなることから、その含有量を４〜７％と定めた
。

（ｆ）　　Ｔｉ Ｔ１成分には、上記の通りＮｉおよびＡ、Ｑと結合して
合金の高温強度を向上させる作用があるが、その含有量
が０，８％未満ではγ′相の形成が不十分で所望の高温
強度が得られず、一方その含有量が３％を越えると溶体
化処理が不可能となり、微細なγ′相の分散析出をはか
ることができなくなることから、その含有量を０．８〜
３％と定めた。

（ｇ）　　Ｃ。

Ｃｏ成分には、溶体化処理温度を低くするほか、高温耐
食性を向上させる作用があるが、その含有量が４％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量
が６％を越えるとγ′相の析出が抑制されるようになり
、所望の高温強度を確保することができなくなることか
ら、その含有量を４〜６％と定めた。

（ｈ）　　Ｚｎ 一般に、通常のＮｉ基多結晶合金にＺｎを微量でも添加
含有させると、Ｚｎは粒界に偏析して、例えばＮｉＺｎ
の低融点化合物の相を形成するの＝　　８　− で、望ましくないが、この発明のＮｉ基単結晶超合金で
は、粒界が存在しないので、Ｚｎの偏析はなく、Ｚｎは
すべて素地に固溶して合金の高温耐食性を飛躍的に向上
させる作用をもつが、その含有量が０．００１％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
０．０５％を越えると、低融点相がデンドライト相の境
界部に形成されるようになり、これが原因で高温強度が
低下するようになることから、その含有量を０．００１
〜０．０５％と定めた。

（ｉ）Ｈｆ、Ｚｒ、およびｓｉ これらの成分には、高温耐食性を一段と向上させる作用
があるので、必要に応じて含有されるが、その含有量が
０．０１％未満では所望の高温耐食性向上効果が得られ
ず、一方その含有量が０．３％を越えると、高温強度が
低下するようになることから、その含有量を０．０１〜
０，３％と定めた。

（ｊ）　　Ｒｅ Ｒｅ成分には、高温強度および高温耐食性をさらに一段
と向上させる作用があるので、必要に応じて含有される
が、その含有量が０，０１％未満では所望の向上効果が
得られず、一方その含有量が４％を越えても前記作用に
より一層の向上効果が得られず、経済性を考慮して、そ
の含有量を０．０１〜４％と定めた。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明の合金を実施例により具体的に説明す
る。

通常の真空溶解炉を用い、それぞれ第１表に示される成
分組成をもった合金溶湯を調製し、ついでこれらの溶湯
を引下げ式単結晶鋳造炉を用いて鋳造して、いずれも単
結晶鋳造組織をもち、かつ幅：１０ｍｍＸ厚ニア＋＋＋
＋ｎＸ長さ：、９５ｍｍの寸法をもった角状鋳片とし、
引続いて、この鋳片に対して、１２４０〜１２７０℃の
範囲内の所定温度に３０〜３００分間保持後、空冷の溶
体化処理を施した後、９５０〜１０５０℃の範囲内の所
定温度に３〜６時間保持後、空冷の安定化処理を施し、
さらに８５０〜９００℃の範囲内の所定温度に１６〜３
２時間保持後、空冷の時効処理を施すことにより、いず
れもγ相の素地に微細な金属間化合物からなるγ′相が
均一に分散析出した組織を有する本発明Ｎｉ基単結晶超
合金（以下本発明Ｎｉ基合金という）１〜３０を製造し
た。

また、比較の目的で、合金溶湯の成分組成を、それぞれ
第１表に示される成分組成、すなわち構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（第１表に茶印を付したもの）が
この発明の範囲から外れた成分組成とする以外は、同一
の条件で比較Ｎｉ基単結晶超合金（以下比較Ｎｉ基合金
という）１〜１６をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた各種のＮｉ基合金について、
高温強度を評価する目的で、大気中、温度：９００℃、
荷重：　４０）ｃｇ／−の条件で高温クリープラブチャ
ー試験を行ない、破断寿命、破断伸び、おび絞りを測定
し、また高温耐食性を評価する目的で、７５％Ｎａ　　
Ｓｏ　　＋２５％Ｎ　ａ　２　ＣＯａの組成を有する温
度：９００℃に加熱の溶融塩：５０ｇ中に直径：１０ｍ
ｍｘ高さ＋６ｍｍの試験片を１５分間浸漬の条件で溶融
塩浸漬試験を行ない、脱スケール後の重量減量を測定し
た。これらの測定結果を第１表に示した。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明Ｎｌ基合金１〜３０
は、いずれもすぐれた高温強度と高温耐食性を示すのに
対して、比較Ｎｉ基合金１〜１６に見られるように構成
成分のうちのいずれかの成分含有量でもこの発明の範囲
から外れると高温強度および高温耐食性のうちの少なく
ともいずれかの性質が劣ったものになることが明らかで
あり、また従来Ｎｉ基単結晶超合金に相当する組成を有
する比較Ｎｉ基合金１５との比較から、本発明Ｎｉ基合
金１〜３０はいずれもすぐれた高温耐食性を有し、かつ
これと同等あるいはこれ以上の高温強度をもつことがわ
かる。

上述のように、この発明のＮｉ基単結晶超合金は、特に
高温耐食性にすぐれ、かつ高温強度にもすぐれているの
で、苛酷な条件下での実用を予価なくされつつある例え
ばガスタービンエンジンのタービンブレードなどとして
用いた場合にすぐれた性能を発揮するのである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ：９〜１２％、Ｍｏ：０．１〜２．５％、Ｗ
   ：５〜８％、Ｔａ：４〜７％、 Ａｌ：４〜７％、Ｔｉ：０．８〜３％、 Ｃｏ：４〜６％、Ｚｎ：０．００１〜０．０５％、を含
   有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成（以上重
   量％）を有することを特徴とする高温耐食性にすぐれた
   Ｎｉ基単結晶超合金。
2. （２）Ｃｒ：９〜１２％、Ｍｏ：０．１〜２．５％、Ｗ
   ：５〜８％、Ｔａ：４〜７％、 Ａｌ：４〜７％、Ｔｉ：０．８〜３％、 Ｃｏ：４〜６％、Ｚｎ：０．００１〜０．０５％、を含
   有し、さらに、 Ｒｅ：０．０１〜４％、 を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする高温耐食性にすぐ
   れたＮｉ基単結晶超合金。
3. （３）Ｃｒ：９〜１２％、Ｍｏ：０．１〜２．５％、Ｗ
   ：５〜８％、Ｔａ：４〜７％、 Ａｌ：４〜７％、Ｔｉ：０．８〜３％、 Ｃｏ：４〜６％、Ｚｎ：０．００１〜０．０５％。 を含有し、さらに、 Ｈｆ、Ｚｒ、およびＳｉのうちの１種または２種以上：
   ０．０１〜０．３％、 を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする高温耐食性にすぐ
   れたＮｉ基単結晶超合金。
4. （４）Ｃｒ：９〜１２％、Ｍｏ：０．１〜２．５％、Ｗ
   ：５〜８％、Ｔａ：４〜７％、 Ａｌ：４〜７％、Ｔｉ：０．８〜３％。 Ｃｏ：４〜６％、Ｚｎ：０．００１〜０．０５％、を含
   有し、さらに、 Ｈｆ、Ｚｒ、およびＳｉのうちの１種または２種以上：
   ０．０１〜０．３％と、 Ｒｅ：０．０１〜４％、 を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有することを特徴とする高温耐食性にすぐ
   れたＮｉ基単結晶超合金。