JPH02182865A - Iron base alloy containing ruthenium for high temperature structure - Google Patents
Iron base alloy containing ruthenium for high temperature structureInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、一般に高温での構造的用途のために成形され
た合金に関する。更に詳しくは、本発明は新規なルテニ
ウム含量を有し、そして高温での使用に適合された構造
用鉄基合金に関する。ジェットエンジンが、低温でより
も高温でより効率的に作動することが知られている。エ
ンジンの作動温度の上昇が、エンジン自体に高性能な特
性を与える。ジェットエンジン及びそのほかのタービン
において高い作動温度を得る際の大きな困難の１つは、
その様な高温に耐え得るエンジン製造用材料が欠乏して
いることである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates generally to alloys formed for high temperature structural applications. More particularly, the present invention relates to structural iron-based alloys having novel ruthenium contents and adapted for use at high temperatures. It is known that jet engines operate more efficiently at high temperatures than at low temperatures. The increased operating temperature of the engine gives the engine itself high performance characteristics. One of the major difficulties in obtaining high operating temperatures in jet engines and other turbines is that
There is a lack of engine manufacturing materials that can withstand such high temperatures.
エンジンは、現在ニッケル基合金、更に詳しく言うと、
高ｌＨで高い強度を発揮するニッケル基超合金によって
製造されている。しかし、更に高度なエンジン用には、
材料自体の温度が従来からのニッケル基超合金が溶融す
る温度より上になってしまう。Engines are currently made of nickel-based alloys, more specifically,
Manufactured from a nickel-based superalloy that exhibits high strength at high lH. However, for more advanced engines,
The temperature of the material itself would be above the melting temperature of conventional nickel-based superalloys.
さらにまた、エンジンの作動温度を高める上での１つの
基本的な問題は、高温で使用するのに適した性質の組を
有する材料を見つけ出すことである。エンジンの最も高
温の部分の構造部材の温度は、約１２５０℃（２３００
″Ｆ）から、化学量論比のガスと空気が燃焼するときに
達する温度までの範囲であると想像される。前述した様
に、上記温度は現在使用されているニッケル基超合金の
融点よりも上である。その様な高温作動の明確な優位性
のため、この様な高温で使用する構造部材を成形し得る
合金を見つけ出すことに努力が払われている。もしその
様なエンジンを製造できれば、現在の設計に対する改良
として可能な、より大きな推力対重量比という報酬が得
られる。Furthermore, one fundamental problem in increasing engine operating temperatures is finding materials with a suitable set of properties for use at high temperatures. The temperature of the structural members in the hottest part of the engine is approximately 1250°C (2300°C).
``F) to the temperature reached when the stoichiometric ratio of gas and air burns.As mentioned above, the above temperature is lower than the melting point of the nickel-based superalloys currently in use. Because of the distinct advantages of such high temperature operation, efforts are being made to find alloys that can be formed into structural components for use at such high temperatures. Preferably, the reward is a greater thrust-to-weight ratio, which is a possible improvement over current designs.
高温ジェットエンジンの部材が構造部材として使用可能
な最高温度を把握するために、数多くの金属系が調べら
れた。エンジンの最高温部材として使用するために、セ
ラミック系の開発にまで努力が及んだことが知られてい
る。セラミック系は低密度であり、従って推力対重量比
を高めるという育利性があるが、しかし延性に欠けるか
、あるいは延性の度合が低いことに災いされる。前記用
途について研究された金属系は、金属マトリックス複合
体、並びに低密度中間相及び金属間化合物である。しか
し、これらの組成物の何れも、極高温エンジンにおける
構造用途に必要とされる性質の組を与えない。A number of metal systems have been investigated to determine the maximum temperature at which high-temperature jet engine components can be used as structural members. It is known that efforts have been made to develop ceramic systems for use as the hottest components in engines. Ceramic systems have low density and therefore the advantage of increasing thrust-to-weight ratios, but suffer from a lack of ductility or a low degree of ductility. Metal systems investigated for said applications are metal matrix composites and low density mesophases and intermetallic compounds. However, none of these compositions provide the set of properties required for structural applications in extremely high temperature engines.
発明の概要
本発明の１つの目的は、高温環境中で構造要素として使
用するのに望ましい性質群を有する組成物を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide a composition having a desirable set of properties for use as a structural element in a high temperature environment.
本発明のもう１つの目的は、１２５０℃すなわち２３０
０”Ｆあるいはそれ以上で作動可能な金属部材を提供す
ることである。Another object of the invention is to
The object of the present invention is to provide a metal member that can operate at 0"F or higher.
本発明の更にもう１つの目的は、極高温作動用の、ジェ
ットエンジン内部の構造要素を得ることのできる金属を
提供することにある。Yet another object of the invention is to provide a metal from which structural elements inside jet engines can be obtained for extremely high temperature operation.
本発明の更にもう１つの目的は、極高温で作動可能なジ
ェットエンジンの部材を提供することにある。Yet another object of the present invention is to provide a jet engine component that can operate at extremely high temperatures.
本発明の更にもう１つの目的は、一般に使用されている
ニッケル基超合金の融点あるいはそれ以上での作動環境
中で構造的に支持可能な組成物を提供することにある。Yet another object of the present invention is to provide a composition that is structurally supportable in an operating environment at or above the melting point of commonly used nickel-base superalloys.
他の目的は、一部は明白であり、そして一部は以下の説
明で指摘される。Other objectives are some obvious and some pointed out in the description below.
本発明の床几な観点の１つにおいて、本発明の目的は、
概略重量パーセントで下記の成分を含有する合金を提供
することにより達成される。In one of the essential aspects of the invention, the object of the invention is to:
This is achieved by providing an alloy containing the following components in approximate weight percentages:
［記］
鉄 残
クロム 約１６
ルテニウム 約４
アルミニウム 約１６
部
約２４
約２０
約３０
本発明の他の観点の１つの好適な組成物は、下記の範囲
の成分を含む。[Note] Iron Residual chromium: about 16 Ruthenium: about 4 Aluminum: about 16 parts About 24 About 20 About 30 One preferred composition of another aspect of the present invention includes the following range of ingredients.
［記］
鉄 残部
クロム 約１５ 約２０ルテニウム
約ｌＯ約１６
アルミニウム 約２０ 約３０イツトリウム
約Ｏ約０．２
本明細書中で使用する「残部の鉄」という用語は、組成
物の他の成分が主として鉄であることを示している。し
かし、金属の加工において通常遭遇する不純物を含めて
、前記合金の有利な性質に悪影響を与えない他の成分も
同様に存在し得ることが理解されるべきである。[Note] Iron, balance chromium approx. 15 approx. 20 ruthenium
Approximately 16 Aluminum Approximately 20 Approximately 30 Yttrium
About O about 0.2 As used herein, the term "balance iron" indicates that the other components of the composition are primarily iron. However, it should be understood that other components may be present as well, including impurities commonly encountered in the processing of metals, which do not adversely affect the beneficial properties of the alloy.
本発明の最適な組成物が、下記の組成範囲内にあると確
信する。It is believed that optimal compositions of the present invention lie within the composition ranges set forth below.
［記］
鉄 残部
クロム 約１５ 約２０ルテニウム
約１３ 約１５アルミニウム 約２４
約３０イツトリウム 約Ｏ約０．２
発明の説明
本発明は、約２８５０”Ｆの凝固温度を有し、そして２
３００”Ｆ以上の使用温度を有する構造用合金に関する
。本発明の１つの観点は、公知の高温材料Ｆａ Ｃｒ
Ｍ Ｙの性質が、成分としてＲｕＡｊを添加することに
より著しく改良され得るという知見に基づいている。[Note] Iron, balance chromium approx. 15 approx. 20 ruthenium
Approx. 13 Approx. 15 Aluminum Approx. 24
About 30 Yttrium About O about 0.2 Description of the Invention The present invention has a freezing temperature of about 2850"F and about 2
It relates to structural alloys having service temperatures of 300"F and above. One aspect of the present invention is to use the known high temperature material Fa Cr
It is based on the finding that the properties of M Y can be significantly improved by adding RuAj as a component.
実施例１乃至４
下記表１に示した成分及び原子パーセントでの濃度を有
する様に、４種類の合金組成物を調製した。Examples 1-4 Four alloy compositions were prepared having the components and atomic percent concentrations shown in Table 1 below.
実施例１．２．３及び４の合金を、４種類の別々の溶融
体を誘導溶融することによって調製し、その後インゴッ
トへと鋳造した。The alloys of Examples 1.2.3 and 4 were prepared by induction melting four separate melts and then cast into ingots.
表１
衷旌男 旦ヱ 旦工 旦 ΔＩＹ
１ ５９．９２４−１６ ０．１
２ ５３．９２１．６５１９．４０．１３ ４７．９１
９．２１０２２．８０．１４ ４１．９１［ｉ、８１５
２Ｂ、２０．１成形された鋳物を観察すると、粗粒化さ
れており、そして放射柱状となっていることが判明した
。Table 1 Yoshio Dane Danko Dan ΔIY 1 59.924-16 0.1 2 53.921.6519.40.13 47.91
9.21022.80.14 41.91 [i, 815
2B, 20.1 When the molded castings were observed, it was found that the grains were coarsened and had a radial columnar shape.
実施例１のＦａ Ｃｒ Ｎ Ｙ合金は通常は延性の組成
物であることが知られていたが、これら鋳物の放射柱状
組織及び粗粒組織が低い延性をもたらした。Although the Fa Cr N Y alloys of Example 1 were known to be normally ductile compositions, the radial columnar and coarse grain structures of these castings resulted in low ductility.
実施例２の合金を、試料の試験片を調製するために切削
したが、切削が困難であるため、５原子パーセントのル
テニウムを含有する試料を試験から除き、合金１．３及
び４を得た。残りの３種類の合金は切削可能であり、そ
して引張試験片を得るだめに切削した。実施例３及び４
の合金を、８６Ｇ乃至１１６０℃（１５８０乃至２１２
０下）の温度で引張試験した。これらの試験により得た
結果を、第１図にプロットした。この図において、３種
類の異なる合金試料をグラフの横軸に示した温度で試験
した。実施例１のＦｅ Ｃｒ ／Ｖ Ｙ試料を試験柱
し、第１図に示した温度で最も低い降夙強さ（ｋｓｉ
）を有することが分った。１０原子パーセントのルテニ
ウムを含有する試料は、引張強さにおいて極めて明瞭な
改良を示し、そして図から分る様、この引張特性におい
て、ルテニウムを含有しないＦｅ Ｃｒ Ｍ Ｙ合金の
２倍以上の強さを有していた。The alloy of Example 2 was cut to prepare sample specimens, but due to cutting difficulties, samples containing 5 atomic percent ruthenium were excluded from the test, yielding alloys 1.3 and 4. . The remaining three alloys were machinable and were milled to obtain tensile specimens. Examples 3 and 4
alloy at 86G to 1160°C (1580 to 212
A tensile test was carried out at a temperature of 0 (below). The results obtained from these tests are plotted in FIG. In this figure, three different alloy samples were tested at the temperatures indicated on the horizontal axis of the graph. The FeCr/VY sample of Example 1 was tested and the lowest precipitation strength (ksi) was obtained at the temperature shown in FIG.
). The sample containing 10 atomic percent ruthenium shows a very clear improvement in tensile strength and, as can be seen, is more than twice as strong in this tensile property as the FeCr M Y alloy without ruthenium. It had
１５原子パーセントのルテニウムを含有する試料は、グ
ラフから、２１５０″Ｆまでの全温度範囲で最高の引張
特性を有することが分る。これらのデータから、１０パ
ーセント及び１５パーセントのルテニウムを含有する試
料が、降伏強さにおいて、ルテニウムを含有しない試料
にくらべて極めて明瞭に改善されることが明らかである
。比較のために、第１図に合金ＭＡ９５６の例を含めた
。It can be seen from the graph that the sample containing 15 atomic percent ruthenium has the best tensile properties over the entire temperature range up to 2150"F. From these data, the samples containing 10 percent and 15 percent ruthenium However, it is clear that the yield strength is very clearly improved compared to the sample without ruthenium.For comparison, an example of alloy MA956 is included in FIG.
合金ＭＡ９５６は、粉末冶金法によって機械的に合金化
され、そしてインターナショナル・ニッケル・カンパニ
イ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｎ１ｃｋｅｌ Ｃｏ
ａ＋ｐａｎｙ）から商業的に供給されている。Alloy MA956 was mechanically alloyed by powder metallurgy and manufactured by International Nickel Co.
a+pany).
第１図から分る様に、Ｆａ Ｃｒ ＡＮ Ｙ基鋳造イン
ゴットへのＲｕＮの添加が、可成りの強化をもたらす。As can be seen in FIG. 1, the addition of RuN to the Fa Cr AN Y-based cast ingot results in significant strengthening.
降伏強さは、１０ＲｕｌＯ／Ｖの添加によって約３倍に
なり、そして１５Ｒｕ１５Ｍの添加によって５倍に増加
した。前記の新規なルテニウム含有合金の引張試験の結
果は、慣用試験法によって得た結果である。結果を表２
に示した。The yield strength increased approximately three times with the addition of 10RulO/V and five times with the addition of 15Ru15M. The tensile test results for the new ruthenium-containing alloys described above were obtained by conventional testing methods. Table 2 shows the results.
It was shown to.
表に示したデータから、１０原子パーセント及び１５原
子パーセントのルテニウムを含有する組成物が極めて強
く、従って極めて価値のある合金であることが明らかで
ある。From the data presented in the table it is clear that compositions containing 10 and 15 atomic percent ruthenium are very strong and therefore very valuable alloys.
１０原子パーセント及び１５原子パーセントのルテニウ
ムを含有する合金のミクロ組織を、従来からの方法によ
り得た。このミクロ組織の光学顕微鏡写真を、第３図に
示した。上段の図、第３ａ図は、２６０倍の倍率を有し
、そして１０原子パーセントのルテニウムを含有する組
成物を示している。図の下段、第３ｂ図は、同一の倍率
であり、そして１５原子パーセントのルテニウムを含有
する試料のミクロ組織を示している。Microstructures of alloys containing 10 and 15 atomic percent ruthenium were obtained by conventional methods. An optical micrograph of this microstructure is shown in FIG. The top panel, Figure 3a, has a magnification of 260x and shows a composition containing 10 atomic percent ruthenium. The lower part of the figure, Figure 3b, is at the same magnification and shows the microstructure of a sample containing 15 atomic percent ruthenium.
図から大きな第２相が明らかであり、そしてそれは分析
により通常βとして同定されるＢ−２（体心）構造（Ｒ
ｕ、 Ｆｅ） Ｍであると確認された。A large second phase is evident from the figure, and it is a B-2 (body-centered) structure (R
u, Fe) Confirmed to be M.
第２相の大きさ及び形態が、第２相の粒度をさらに改め
ることにより、−層大きな強度と延性を得ることが可能
であることを示唆している。The size and morphology of the second phase suggest that greater strength and ductility can be obtained by further modifying the grain size of the second phase.
Ｆｅ Ｃｒ ＃ ＹＲｕ材料は、方向性のある凝固が可
能であり、あるいは潜在的にＯＤＳ−ＭＡ９５６と同様
の方法により酸化物分散強化（ＯＤＳ処理）可能である
。The FeCr#YRu material can be directionally solidified or potentially oxide dispersion strengthened (ODS treated) by methods similar to ODS-MA956.
これらの材料の凝固温度は、典型的なニッケル基超合金
についての１３５０℃（２４６０”Ｆ）未満と対照的に
、約１５７０℃（２８６０”Ｆ）である。The solidification temperature of these materials is about 1570°C (2860"F), as opposed to less than 1350°C (2460"F) for typical nickel-based superalloys.
本発明の新規なＦｅ Ｃｒ ＲｕＭ Ｙ合金の強さを、
第２図に鋳造及び急速凝固析出により調製した材料との
比較で示した。この図から、Ｆｅ Ｃｒ Ｍ Ｙ合金へ
のルテニウムアルミニウムの導入が、合金の引張強さに
おいて極めて多大な増加をもたらすことが明らかである
。一般に、鋳造合金は粗粒化する傾向があり、そして急
速凝固プラズマ析出（ＲＳ Ｐ Ｄ）合金は微粒化する
傾向がある。この粒子組織における差異は、ＺＦｉ類の
異なる方法により調製した材料の性質における差異の少
ない部分を説明するに過ぎない。The strength of the novel Fe Cr RuM Y alloy of the present invention is
Figure 2 shows a comparison with materials prepared by casting and rapid solidification precipitation. It is clear from this figure that the introduction of ruthenium aluminum into the FeCrMY alloy results in a very large increase in the tensile strength of the alloy. Generally, cast alloys tend to be coarse-grained and rapidly solidified plasma deposited (RSPD) alloys tend to be fine-grained. This difference in grain structure explains only a small portion of the difference in the properties of materials prepared by different methods of the ZFi family.
極高温で使用する合金が、酸化を被る可能性のあること
は理解されよう。合金中への追加のアルミニウムの混合
が、酸化的劣化から保護され得る合金を得るための可成
りの助けとなることが分った。It will be appreciated that alloys used at extremely high temperatures may suffer from oxidation. It has been found that the incorporation of additional aluminum into the alloy significantly aids in obtaining an alloy that can be protected from oxidative degradation.
従って、以上の説明から、本発明に従って新規で優れた
高温構造用合金が提供されることが明らかである。また
、この新規な合金が強さ及び延性を含む極めて望ましい
性質群を有することが明らかである。Therefore, from the foregoing description, it is apparent that a new and superior high temperature structural alloy is provided in accordance with the present invention. It is also clear that this new alloy has a highly desirable set of properties including strength and ductility.
第１図は、様々な濃度のルテニウムを含有する多数の組
成物の温度に対する降伏強さをプロットしたグラフであ
る。
第２図は、異なる方法で調製された多数の組成物につい
て温度に対する降伏強さをプロットし、ルテニウムを含
む合金とルテニウムを含まない合金との対比を示すグラ
フである。
第３ａ図と第３ｂ図は、本発明に従って提供される合金
試料を高い倍率で示している光学顕微鏡写真である。
２歩ｉｔ勾
ＦＩＧ、２
手続補正書（ハ）
平成１年特許願第１５６００１、
発明の名称
高；Ｈ構造用ルテニウム含有鉄基合金
７、補正の内容
明細書第１６頁下から２行目及び１行目の記載を「れる
合金試料の金属組織を高い倍率で拡大した光学顕微鏡写
真である。」に改める。
称
４、代理
住所
ゼネラル・エレクトリック・カンバニイ人
〒１０７東京都港区赤坂１丁目１４番１４号第３５興和
ビル ４階
日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
電話（５８８）５２００−５２０７
平成１年９月１１日（全送日：平成１年９月２６日）６
、補正の対象
明細書の図面の簡単な説明の欄
戦＝補云４年朝曇FIG. 1 is a graph plotting yield strength versus temperature for a number of compositions containing varying concentrations of ruthenium. FIG. 2 is a graph plotting yield strength versus temperature for a number of compositions prepared by different methods and showing alloys containing ruthenium versus alloys without ruthenium. Figures 3a and 3b are optical micrographs showing at high magnification an alloy sample provided in accordance with the present invention. 2 Steps FIG, 2 Procedural Amendment (C) 1999 Patent Application No. 156001, Title of the invention: Ruthenium-containing iron-based alloy 7 for H structure, 2nd line from the bottom of page 16 of the description of the amendment and The description in the first line has been changed to ``This is an optical micrograph showing the metal structure of an alloy sample magnified at a high magnification.'' Name 4, Proxy address: General Electric Company Address: 4th floor, 35 Kowa Building, 1-14-14 Akasaka, Minato-ku, Tokyo 107 Japan General Electric Co., Ltd., Far East Patent Department Telephone: (588) 5200-5207 1999 September 11th (all date: September 26th, 1999) 6
, column for a brief explanation of the drawings in the specification subject to amendment = Supplementary Year 4 Asagumi
Claims (5)
の合金。 ［記］ ￥原子％での濃度範囲￥ ▲数式、化学式、表等があります▼(1) An alloy as a composition containing components in the following concentration range. [Note] ￥Concentration range in atomic %￥ ▲Mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. are included▼
れる構造要素。 ［記］ ￥原子％での濃度範囲￥ ▲数式、化学式、表等があります▼(4) A structural element molded from a composition having the following component concentration range. [Note] ￥Concentration range in atomic %￥ ▲Mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. are included▼
れる構造要素。 ［記］ ￥原子％での濃度範囲￥ ▲数式、化学式、表等があります▼(5) A structural element molded from a composition having the following component concentration range. [Note] ￥Concentration range in atomic %￥ ▲Mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. are included▼
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US20890588A | 1988-06-20 | 1988-06-20 | |
| US208,905 | 1988-06-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02182865A true JPH02182865A (en) | 1990-07-17 |
Family
ID=22776534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15600189A Pending JPH02182865A (en) | 1988-06-20 | 1989-06-20 | Iron base alloy containing ruthenium for high temperature structure |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0347614B1 (en) |
| JP (1) | JPH02182865A (en) |
| DE (1) | DE68902957T2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7794652B2 (en) * | 2004-12-27 | 2010-09-14 | The Argen Corporation | Noble dental alloy |
| US11427894B2 (en) | 2019-08-02 | 2022-08-30 | The Argen Corporation | Cobalt based platinum-containing noble dental alloys |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4018569A (en) * | 1975-02-13 | 1977-04-19 | General Electric Company | Metal of improved environmental resistance |
| EP0091989A1 (en) * | 1982-04-15 | 1983-10-26 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | High permeability alloy |
-
1989
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- 1989-05-30 DE DE1989602957 patent/DE68902957T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-06-20 JP JP15600189A patent/JPH02182865A/en active Pending
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| DE68902957T2 (en) | 1993-04-15 |
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