JPH02221346A - 高強度・高延性Ｃｏ３Ｔｉ基耐熱材料 - Google Patents
高強度・高延性Ｃｏ３Ｔｉ基耐熱材料Info
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- JPH02221346A JPH02221346A JP4256689A JP4256689A JPH02221346A JP H02221346 A JPH02221346 A JP H02221346A JP 4256689 A JP4256689 A JP 4256689A JP 4256689 A JP4256689 A JP 4256689A JP H02221346 A JPH02221346 A JP H02221346A
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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。
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、金属間化合物Ｃｏ、Ｔｉを基とする高温強
度並びに延性の優れた耐熱材料に関するものである。
度並びに延性の優れた耐熱材料に関するものである。
〈背景技術）
従来、航空機用エンジンや工業用ガスタービンエンジン
等の如き高温高荷重負荷部には主としてＮｉ基超超耐熱
合金適用されてきたが、このＮｉ基超超耐熱合金面心立
方格子が規則配列したγ′相たるＨｉｓ（Ａｊ、Ｔｉ）
の析出を利用した強析出硬化型合金として知られるもの
である。
等の如き高温高荷重負荷部には主としてＮｉ基超超耐熱
合金適用されてきたが、このＮｉ基超超耐熱合金面心立
方格子が規則配列したγ′相たるＨｉｓ（Ａｊ、Ｔｉ）
の析出を利用した強析出硬化型合金として知られるもの
である。
一方、開発の初期にはＮｉ基超超耐熱合金上回る高温強
度を有する材料として注目されたＣｏ基超超耐熱合金、
その後高温強度の面でＮｉｌ鋳造合金に席を譲ったもの
の、耐熱疲れ性や製造容易性（必ずしも真空溶解を必要
としない）の面での長所が生かされてタービンエンジン
のタービン翼材料やノズル材料として使用されてきた。
度を有する材料として注目されたＣｏ基超超耐熱合金、
その後高温強度の面でＮｉｌ鋳造合金に席を譲ったもの
の、耐熱疲れ性や製造容易性（必ずしも真空溶解を必要
としない）の面での長所が生かされてタービンエンジン
のタービン翼材料やノズル材料として使用されてきた。
ただ、近年では、例えばジェットタービン用耐熱構造材
料として応力のかかる動翼にはＮｌｌ超超耐熱合金用い
られ、応力の余りかからない静翼にはＣｏ基超耐熱合金
が用いられると言ったように、ＣＯ基超超耐熱合金用途
は次第に限られるようになってきた。
料として応力のかかる動翼にはＮｌｌ超超耐熱合金用い
られ、応力の余りかからない静翼にはＣｏ基超耐熱合金
が用いられると言ったように、ＣＯ基超超耐熱合金用途
は次第に限られるようになってきた。
この根本原因は、Ｃｏ基超超耐熱合金高温強度はＮｌｌ
超超耐熱合金場合と同様に金属間化合物（Ｃ。
超超耐熱合金場合と同様に金属間化合物（Ｃ。
超超耐熱合金の場合は“Ｃｏ５Ｔｉ”）の析出を利用し
て確保されるものであるが、Ｃｏ５Ｔｉの耐力がＮ１２
ＡＪ！に比較して低いと言う点にある。
て確保されるものであるが、Ｃｏ５Ｔｉの耐力がＮ１２
ＡＪ！に比較して低いと言う点にある。
即ち、第１図はＬ１ｇ型金型金化合物たるＣｏ、ＴＩと
Ｎｉｌ＾ｆ（Ｂ添加材）とについて温度と耐力との関係
をグラフ化して示したものであるが、この第１図からも
Ｃｏ２ＴｉはＮｉ３Ａｌに比較して耐力が低いことを確
認できよう。
Ｎｉｌ＾ｆ（Ｂ添加材）とについて温度と耐力との関係
をグラフ化して示したものであるが、この第１図からも
Ｃｏ２ＴｉはＮｉ３Ａｌに比較して耐力が低いことを確
認できよう。
しかしながら、金属間化合物Ｃｏ、ＴｉとＮｉ３Ａｊの
その他の特性を比較すると、Ｃｏ、ＴｉはＮｉ３Ａｊ！
に比べて延性に優れており、加工性が良好であることか
ら、この視点に立つと金属間化合物Ｃｏ３Ｔｉ自体が有
望な実用耐熱材料になり得ると考えることもできた。
その他の特性を比較すると、Ｃｏ、ＴｉはＮｉ３Ａｊ！
に比べて延性に優れており、加工性が良好であることか
ら、この視点に立つと金属間化合物Ｃｏ３Ｔｉ自体が有
望な実用耐熱材料になり得ると考えることもできた。
第２図は、Ｃｏ３ＴｉとＮ１５Ａｌｌ（Ｂ添加材）とに
ついて温度と伸びとの関係をグラフ化して示したもので
あるが、この第２図からもＣｏ、ＴｉはＮｉ３Ａｊに比
較して良好な伸びを示す上、Ｎ１Ｊｌでは応力のピーク
温度以上で延性が殆んど無くなってしまうのに対してＣ
ｏ３Ｔｉは該ピーク温度を超えても延性を保つことが確
認できる。
ついて温度と伸びとの関係をグラフ化して示したもので
あるが、この第２図からもＣｏ、ＴｉはＮｉ３Ａｊに比
較して良好な伸びを示す上、Ｎ１Ｊｌでは応力のピーク
温度以上で延性が殆んど無くなってしまうのに対してＣ
ｏ３Ｔｉは該ピーク温度を超えても延性を保つことが確
認できる。
ただ、実用耐熱構造材料用として金属間化合物Ｃｏ３Ｔ
ｉを考えた場合には耐力やクリープ強度の改善が必須の
条件であり、Ｎｉｓ＾ｌと同等以上の高温強度特性付与
策を開発することがどうしても必要となる。
ｉを考えた場合には耐力やクリープ強度の改善が必須の
条件であり、Ｎｉｓ＾ｌと同等以上の高温強度特性付与
策を開発することがどうしても必要となる。
そこで、本発明の目的は、延性を有していて比較的加工
性の良好な金属間化合物Ｃｏ＝Ｔｉの高強度化手段を見
出し、より実用性に富んだ耐熱材料を提供することに置
かれた。
性の良好な金属間化合物Ｃｏ＝Ｔｉの高強度化手段を見
出し、より実用性に富んだ耐熱材料を提供することに置
かれた。
（課題を解決するための手段〉
本発明者等は、上記目的を達成すべく数多くの実験を繰
り返しながら様々な角度からの研究を重ねた結果、次の
（ａ）及び（ｂ１項に示すような知見を得ることができ
た。即ち、 （ａ） これまでにも「金属間化合物Ｃｏ３Ｔｉに“
置換型元素であるＷ″や“侵入型元素であるＢ”を添加
すると高温強度の上昇傾向が見られる」との報告は一部
なされていた。例えば、第３図は各種温度でのＣｏ３Ｔ
ｉとＷ添加Ｃｏ、Ｔｉとの耐力を比較して示したグラフ
であり、また第４図はＣｏ３ＴｉとＢ添加Ｃｏ＝Ｔｉと
の耐力を比較して示したグラフであるが、これらのグラ
フからもＷやＢの単独添加によってＣｏ＝Ｔｉの高温強
度が成る程度上昇する傾向が認められる。
り返しながら様々な角度からの研究を重ねた結果、次の
（ａ）及び（ｂ１項に示すような知見を得ることができ
た。即ち、 （ａ） これまでにも「金属間化合物Ｃｏ３Ｔｉに“
置換型元素であるＷ″や“侵入型元素であるＢ”を添加
すると高温強度の上昇傾向が見られる」との報告は一部
なされていた。例えば、第３図は各種温度でのＣｏ３Ｔ
ｉとＷ添加Ｃｏ、Ｔｉとの耐力を比較して示したグラフ
であり、また第４図はＣｏ３ＴｉとＢ添加Ｃｏ＝Ｔｉと
の耐力を比較して示したグラフであるが、これらのグラ
フからもＷやＢの単独添加によってＣｏ＝Ｔｉの高温強
度が成る程度上昇する傾向が認められる。
しかし、この対策によっても前述したＮｉ３Ａ ｌを凌
駕する耐熱性能を確保することが出来なかったが、Ｃｏ
３Ｔｉに特定量の置換型元素Ｗと侵入型元素Ｂとの複合
添加を行うと、その高温域における耐力が大幅に向上し
、Ｎ１２Ａβのそれをも凌駕するようになる。
駕する耐熱性能を確保することが出来なかったが、Ｃｏ
３Ｔｉに特定量の置換型元素Ｗと侵入型元素Ｂとの複合
添加を行うと、その高温域における耐力が大幅に向上し
、Ｎ１２Ａβのそれをも凌駕するようになる。
（ｂ） ところで、Ｃｏ３Ｔｉには大気中での延性が
真空中における場合と比較して低下すると言う環境雰囲
気依存性があり、この点からも実用耐熱材料として不利
な材料であった°、これは“水素の影響”に起因したも
のと考えられているが、現在のところ明確な原因が解明
されていない。そして、上記“延性の環境雰囲気依存性
”はＷ及びＢが複合添加されたＣｏ３↑ｌにも厳として
認められた。
真空中における場合と比較して低下すると言う環境雰囲
気依存性があり、この点からも実用耐熱材料として不利
な材料であった°、これは“水素の影響”に起因したも
のと考えられているが、現在のところ明確な原因が解明
されていない。そして、上記“延性の環境雰囲気依存性
”はＷ及びＢが複合添加されたＣｏ３↑ｌにも厳として
認められた。
ところが、このＣｏ＝Ｔｉ −Ｗ −Ｂ材料に更にＦｅ
の複合添加を実施すると、上記“延性の環境雰囲気依存
性現象”が抑えられるばかりか、むしろ大気中の延性の
方が真空中でのそれよりも向上するとの好ましい効果が
得られる（第５図参照）。
の複合添加を実施すると、上記“延性の環境雰囲気依存
性現象”が抑えられるばかりか、むしろ大気中の延性の
方が真空中でのそれよりも向上するとの好ましい効果が
得られる（第５図参照）。
本発明は、上記知見等に基づいてなされたものであり、
［化学成分組成が、
Ｗ：０．１〜１．５原子％。
Ｂ：０．１〜０．４重量％。
Ｔｉ ： １９〜２５原子％
を含有するか、或いは更に
Ｆａ：３原子％以下
をも含むと共に、残部が実質的にＣｏから成る如くに金
属間化合物Ｃｏ３Ｔｉ基材料を構成することにより、実
用耐熱材料として十分に満足できる高温特性を確保した
点」 に特徴を有するものである。
属間化合物Ｃｏ３Ｔｉ基材料を構成することにより、実
用耐熱材料として十分に満足できる高温特性を確保した
点」 に特徴を有するものである。
ここで、本発明に係るＣｏ３Ｔｉ基材料においてＷ。
Ｂ及びＴｉ含有量の下限をそれぞれ０．１原子％、０．
１重量％及び１９原子％と定めたのは、それぞれの含有
量が上記下限値を下回ると所望の高温強度を確保するこ
とができないからである。また、２５原子％を超えてＴ
ｉを含有させても同様に優れた高温強度を実現すること
ができないので、Ｔｉ含有量の上限は２５原子％と定め
た。
１重量％及び１９原子％と定めたのは、それぞれの含有
量が上記下限値を下回ると所望の高温強度を確保するこ
とができないからである。また、２５原子％を超えてＴ
ｉを含有させても同様に優れた高温強度を実現すること
ができないので、Ｔｉ含有量の上限は２５原子％と定め
た。
以下、実施例に基づいて本発明の作用・効果をより具体
的に説明する。
的に説明する。
〈実施例）
まず、アルゴン雰囲気中でのアー・り溶解によって種々
組成のＣｏ５Ｔｉ −Ｗ −Ｂ及びＣｏ、Ｔｉ −Ｗ
−Ｂ −Ｆｅ材料塊を得、次いでこれらに１３２３”Ｋ
で２４時間の均質化焼鈍を施した後、８７３″にで熱間
圧延することによって試験材を製造した。その後試験片
を切り出してエメリー研磨後、１２７３″にで２４時間
の再結晶化熱処理を施して引張試験に供した。
組成のＣｏ５Ｔｉ −Ｗ −Ｂ及びＣｏ、Ｔｉ −Ｗ
−Ｂ −Ｆｅ材料塊を得、次いでこれらに１３２３”Ｋ
で２４時間の均質化焼鈍を施した後、８７３″にで熱間
圧延することによって試験材を製造した。その後試験片
を切り出してエメリー研磨後、１２７３″にで２４時間
の再結晶化熱処理を施して引張試験に供した。
第６図は、上記試験結果の１つであるｒＣｏ、Ｔｉの耐
力に及ぼすＷ、 Ｂ複合添加の影響」を示したグラフで
あるが、この第６図からもＣｏ３ＴｉにＷ及びＢを複合
添加して行くと高温耐力が顕著に向上し、先に述べたＮ
ｉ３Ａｊ！−Ｂ材よりも高い耐力を示すようになること
が分かる。
力に及ぼすＷ、 Ｂ複合添加の影響」を示したグラフで
あるが、この第６図からもＣｏ３ＴｉにＷ及びＢを複合
添加して行くと高温耐力が顕著に向上し、先に述べたＮ
ｉ３Ａｊ！−Ｂ材よりも高い耐力を示すようになること
が分かる。
また、第７図はＣｏ３Ｔｉ系材料の各種温度での引張強
さを整理してグラフ化したものであるが、この第７図は
Ｃｏ、ＴｉにＷ及びＢを複合添加することによって高温
での材料強度が確保できるようになることを示している
。
さを整理してグラフ化したものであるが、この第７図は
Ｃｏ、ＴｉにＷ及びＢを複合添加することによって高温
での材料強度が確保できるようになることを示している
。
更に、第８図はＣｏ、Ｔｉ系材料の各種温度での伸び値
を整理してグラフ化したものであるが、前述したように
Ｎｉ３Ａｊ−０，１Ｂは高温での延性が殆んど無かった
のに対して、Ｃｏ、ＩＴｉ系材料ではＷ及びＢを複合添
加しても高温まで十分な延性を示すことが確認できる。
を整理してグラフ化したものであるが、前述したように
Ｎｉ３Ａｊ−０，１Ｂは高温での延性が殆んど無かった
のに対して、Ｃｏ、ＩＴｉ系材料ではＷ及びＢを複合添
加しても高温まで十分な延性を示すことが確認できる。
一方、Ｗ及びＢを複合添加したＣｏ３Ｔｉに更に特定量
のＦｅを含有させると“延性の環境雰囲気依存性現象“
が抑えられることは先に説明した通りであるが（第５図
参照）、このＣｏ、Ｔｉ −Ｗ −Ｂ −Ｆｅ材の各温
度での耐力と伸びとの調査結果はそれぞれ第９図及び第
１０図に示す通りであった。この第９図並びに第１θ図
からは、Ｗ、Ｂ及びＦｅを複合添加したＣｏ５Ｔｉ材も
優れた高温耐力並びに高温伸びを示すことが明らかであ
る。
のＦｅを含有させると“延性の環境雰囲気依存性現象“
が抑えられることは先に説明した通りであるが（第５図
参照）、このＣｏ、Ｔｉ −Ｗ −Ｂ −Ｆｅ材の各温
度での耐力と伸びとの調査結果はそれぞれ第９図及び第
１０図に示す通りであった。この第９図並びに第１θ図
からは、Ｗ、Ｂ及びＦｅを複合添加したＣｏ５Ｔｉ材も
優れた高温耐力並びに高温伸びを示すことが明らかであ
る。
く効果の総括〉
以上に説明した如（、この発明によれば、極めて優れた
高温強度と延性とを示す実用的な耐熱材料を提供するこ
とが可能となり、耐熱機器部材の性能向上に大きな貢献
が期待できるなど、産業上極めて有用な効果がもたらさ
れる。
高温強度と延性とを示す実用的な耐熱材料を提供するこ
とが可能となり、耐熱機器部材の性能向上に大きな貢献
が期待できるなど、産業上極めて有用な効果がもたらさ
れる。
第１図は、Ｃｏ、Ｔｉ及びＮ１５ｕ（Ｂ添加材）の温度
と耐力との関係を示したグラフである。 第２図は、Ｃｏ５Ｔｉ及びＮｉ３Ａｆｆｉ（Ｂ添加材）
の温度と伸びとの関係を示したグラフである。 第３図は、各種温度でのＣｏ５ＴｉとＷ添加Ｃｏ＝Ｔｉ
との耐力を比較して示したグラフである。 第４図は、Ｃｏ、ＴｉとＢ添加Ｃｏ３Ｔｉとの耐力を比
較して示したグラフである。 第５図は、Ｃｏ＝Ｔｉ −Ｗ −Ｂにおける“延性の環
境雰囲気依存性現象”と、Ｆｅ添加による該現象の抑止
効果を説明したグラフである。 第６図は、Ｃｏ＝Ｔｉの耐力に及ぼすＷ、Ｂ複合添加の
影響を示したグラフである。 第７図は、Ｃｏ１Ｔｉ系材料の温度と引張強さとの関係
を示したグラフである。 第８図は、Ｃｏ３Ｔｉ系材料の温度と伸びとの関係を示
したグラフである。 第９図は、Ｃｏ３Ｔｉ −Ｗ −Ｂ −Ｐｅ材の温度と
耐力との関係を示したグラフである。 第１０図は、Ｃｏ５Ｔｉ−Ｗ Ｂ−Ｆｅ材の温度と伸
びとの関係を示したグラフである。 出願人 日本ステンレス株式会社
と耐力との関係を示したグラフである。 第２図は、Ｃｏ５Ｔｉ及びＮｉ３Ａｆｆｉ（Ｂ添加材）
の温度と伸びとの関係を示したグラフである。 第３図は、各種温度でのＣｏ５ＴｉとＷ添加Ｃｏ＝Ｔｉ
との耐力を比較して示したグラフである。 第４図は、Ｃｏ、ＴｉとＢ添加Ｃｏ３Ｔｉとの耐力を比
較して示したグラフである。 第５図は、Ｃｏ＝Ｔｉ −Ｗ −Ｂにおける“延性の環
境雰囲気依存性現象”と、Ｆｅ添加による該現象の抑止
効果を説明したグラフである。 第６図は、Ｃｏ＝Ｔｉの耐力に及ぼすＷ、Ｂ複合添加の
影響を示したグラフである。 第７図は、Ｃｏ１Ｔｉ系材料の温度と引張強さとの関係
を示したグラフである。 第８図は、Ｃｏ３Ｔｉ系材料の温度と伸びとの関係を示
したグラフである。 第９図は、Ｃｏ３Ｔｉ −Ｗ −Ｂ −Ｐｅ材の温度と
耐力との関係を示したグラフである。 第１０図は、Ｃｏ５Ｔｉ−Ｗ Ｂ−Ｆｅ材の温度と伸
びとの関係を示したグラフである。 出願人 日本ステンレス株式会社
Claims (2)
- （１）Ｗ：０．１〜１．５原子％、 Ｂ：０．１〜０．４重量％、 Ｔｉ：１９〜２５原子％ を含むと共に、残部が実質的にＣｏから成ることを特徴
とする高強度・高延性Ｃｏ＿３Ｔｉ基耐熱材料。 - （２）Ｗ：０．１〜１．５原子％、 Ｂ：０．１〜０．４重量％、 Ｆｅ：３原子％以下、 Ｔｉ：１９〜２５原子％ を含むと共に、残部が実質的にＣｏから成ることを特徴
とする高強度・高延性Ｃｏ＿３Ｔｉ基耐熱材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256689A JPH02221346A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 高強度・高延性Ｃｏ３Ｔｉ基耐熱材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256689A JPH02221346A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 高強度・高延性Ｃｏ３Ｔｉ基耐熱材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221346A true JPH02221346A (ja) | 1990-09-04 |
Family
ID=12639609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4256689A Pending JPH02221346A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 高強度・高延性Ｃｏ３Ｔｉ基耐熱材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02221346A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010065319A (ja) * | 2008-09-08 | 2010-03-25 | Alstom Technology Ltd | 耐熱コバルト基超合金 |
| JP2022001665A (ja) * | 2020-06-22 | 2022-01-06 | ソウル ナショナル ユニバーシティ アールアンドディービー ファウンデーション | 自己修復特性を有するコバルト系合金及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-02-22 JP JP4256689A patent/JPH02221346A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010065319A (ja) * | 2008-09-08 | 2010-03-25 | Alstom Technology Ltd | 耐熱コバルト基超合金 |
| US8764919B2 (en) | 2008-09-08 | 2014-07-01 | Alstom Technology Ltd | High-temperature-resistant cobalt-base superalloy |
| JP2022001665A (ja) * | 2020-06-22 | 2022-01-06 | ソウル ナショナル ユニバーシティ アールアンドディービー ファウンデーション | 自己修復特性を有するコバルト系合金及びその製造方法 |
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