JPH02228444A - 高強度Ｎｉ基単結晶耐熱合金 - Google Patents
高強度Ｎｉ基単結晶耐熱合金Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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、比重を大きくすることなくクリープ破断強
度を向上させた高強度Ｎｉ基単結晶耐熱合金に関するも
のである。
度を向上させた高強度Ｎｉ基単結晶耐熱合金に関するも
のである。
（従来の技術とその課題）
ジェットエンジンや発電設備などに用いられるガスター
ビンの出力および熱効率を上げようとする場合には燃焼
ガス温度を上昇させるのが、最も有効であることが知ら
れている。しかしながら、そのためには、クリープ破断
強度の大きい動翼材を使用することが必要となる。現在
までに実用化されている比較的強度の大きい耐熱合金と
しては、Ａ１１ａｙ ４５４と呼ばれる重量％組成でＣ
Ｏ：５、Ｃｒ：１０、Ｗ：４、Ａ１：５、Ｔ ｉ ：
１．５およびＴａ：１２を含んだＮｉ基合金が知られて
おり、このほか、Ａ１１ａｙ ２０３Ｆと呼ばれる重量
％組成でＣｒ：５、Ｍｏ ：２．０ 、Ｗ： ５、Ａ
ｌ ： ５．５、Ｔｉ ：１．１ 、Ｔａ ：６．５
、Ｖ：０．４およびＲＥ：３．０を含有するＮｉ基合金
とＮＡＳＡｌＲ１００と呼ばれるＣｒ：９、Ｍｏ ：
１．０ 、Ｗ ： １０．５、Ａ １ ： ５．７５、
Ｔｉ ：１．２ 、Ｔａ：３．３を含有するＮｉ基合金
の実用化が検討されている。しかしながら、現状におい
ては、これらの合金はクリープ破断強度が優れないなめ
に、タービンの出力や熱効率を上げるには限度がある。
ビンの出力および熱効率を上げようとする場合には燃焼
ガス温度を上昇させるのが、最も有効であることが知ら
れている。しかしながら、そのためには、クリープ破断
強度の大きい動翼材を使用することが必要となる。現在
までに実用化されている比較的強度の大きい耐熱合金と
しては、Ａ１１ａｙ ４５４と呼ばれる重量％組成でＣ
Ｏ：５、Ｃｒ：１０、Ｗ：４、Ａ１：５、Ｔ ｉ ：
１．５およびＴａ：１２を含んだＮｉ基合金が知られて
おり、このほか、Ａ１１ａｙ ２０３Ｆと呼ばれる重量
％組成でＣｒ：５、Ｍｏ ：２．０ 、Ｗ： ５、Ａ
ｌ ： ５．５、Ｔｉ ：１．１ 、Ｔａ ：６．５
、Ｖ：０．４およびＲＥ：３．０を含有するＮｉ基合金
とＮＡＳＡｌＲ１００と呼ばれるＣｒ：９、Ｍｏ ：
１．０ 、Ｗ ： １０．５、Ａ １ ： ５．７５、
Ｔｉ ：１．２ 、Ｔａ：３．３を含有するＮｉ基合金
の実用化が検討されている。しかしながら、現状におい
ては、これらの合金はクリープ破断強度が優れないなめ
に、タービンの出力や熱効率を上げるには限度がある。
一方、近年開発された７ＭＳ１２−１と呼ばれる重量％
組成でＣｒ ： ６．６５、Ｗ：１３゜５６ 、Ａ １
：４．６２、Ｔ ａ ： ８．０９を含有するＮｉ基
合金や、５Ｃ８３と呼ばれるＣ ｒ ： ６．５５、Ｍ
ｏ：４．３８、Ｗニア、０８、Ａ Ｉ ： ５．２０、
Ｔ ａ ： ７．４９を含有するＮｉ基合金は、前記の
＾ｆｌａｙ ４５４ 、Ａ１１ａｙ ２０３ＥやＮＡＳ
ＡｌＲｌｏｏに比べて６〜８倍のクリープ破断寿命を有
しており、高強度Ｎｉ基耐熱合金として注目されるもの
である。しかしながら、これらの合金には原子量の大き
いＷとＴａが多量に含有されているため、合金の比重が
大きいという欠点がある。このためタービンの動翼とし
て用いる場合には、部材内に大きな遠心力が発生し、タ
ービン動翼そのもののクリープ破断寿命が低下するだけ
でなく、タービン動翼を取付けなディスクへの負荷が大
きくなるなどの欠点があり、この点が実用上の障害とな
る。
組成でＣｒ ： ６．６５、Ｗ：１３゜５６ 、Ａ １
：４．６２、Ｔ ａ ： ８．０９を含有するＮｉ基
合金や、５Ｃ８３と呼ばれるＣ ｒ ： ６．５５、Ｍ
ｏ：４．３８、Ｗニア、０８、Ａ Ｉ ： ５．２０、
Ｔ ａ ： ７．４９を含有するＮｉ基合金は、前記の
＾ｆｌａｙ ４５４ 、Ａ１１ａｙ ２０３ＥやＮＡＳ
ＡｌＲｌｏｏに比べて６〜８倍のクリープ破断寿命を有
しており、高強度Ｎｉ基耐熱合金として注目されるもの
である。しかしながら、これらの合金には原子量の大き
いＷとＴａが多量に含有されているため、合金の比重が
大きいという欠点がある。このためタービンの動翼とし
て用いる場合には、部材内に大きな遠心力が発生し、タ
ービン動翼そのもののクリープ破断寿命が低下するだけ
でなく、タービン動翼を取付けなディスクへの負荷が大
きくなるなどの欠点があり、この点が実用上の障害とな
る。
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもめで
あり、従来のＮｉ基合金の上記欠点を解消し、合金の比
重を従来の実用合金と同等、あるいはそれ以下に抑え、
しかも７ＭＳ１２−１や５Ｃ８３を上回るクリープ破断
強度を有する新しい合金を提供することを目的としてい
る。
あり、従来のＮｉ基合金の上記欠点を解消し、合金の比
重を従来の実用合金と同等、あるいはそれ以下に抑え、
しかも７ＭＳ１２−１や５Ｃ８３を上回るクリープ破断
強度を有する新しい合金を提供することを目的としてい
る。
（課題を解決するための手段）
この発明は、上記の課題を解決するために、化学組成と
して重量％でＣｒ：５〜９、Ｗ：２．５以下、Ｍｏ：５
．５〜１０、Ａ１：５〜６．５、およびＴａ：１０以下
を含有し、残部は実質的にＮｉよりなり、同時に Ｗ ＋ Ｔ ａ≦１０ の範囲にあることを特徴とする高強度Ｎｉ基単結晶耐熱
合金を提供する。
して重量％でＣｒ：５〜９、Ｗ：２．５以下、Ｍｏ：５
．５〜１０、Ａ１：５〜６．５、およびＴａ：１０以下
を含有し、残部は実質的にＮｉよりなり、同時に Ｗ ＋ Ｔ ａ≦１０ の範囲にあることを特徴とする高強度Ｎｉ基単結晶耐熱
合金を提供する。
この発明は、上記の規定から明らかなように、合金の比
重を大きくしないために、ＷとＴａの含有量の合計量を
特定の範囲内に十分低くすることを特徴とし、しかも強
度的にも優れた耐熱合金となるようにしている０通常は
、これらのＷやＴａの元素の含有量を低下させるとクリ
ープ破断強度が低下するが、この発明においては、５．
５〜１０重量％のＭｏを添加することにより、ＷとＴａ
含有量の低下によるクリープ破断強度の低下を十分に補
っており、むしろＭｏの特定範囲の添加によって強度を
さらに向上させている。また、合金の比重も実用化され
ている従来の合金よりもむしろ小さくなっている。
重を大きくしないために、ＷとＴａの含有量の合計量を
特定の範囲内に十分低くすることを特徴とし、しかも強
度的にも優れた耐熱合金となるようにしている０通常は
、これらのＷやＴａの元素の含有量を低下させるとクリ
ープ破断強度が低下するが、この発明においては、５．
５〜１０重量％のＭｏを添加することにより、ＷとＴａ
含有量の低下によるクリープ破断強度の低下を十分に補
っており、むしろＭｏの特定範囲の添加によって強度を
さらに向上させている。また、合金の比重も実用化され
ている従来の合金よりもむしろ小さくなっている。
このような特徴を有するこの発明の合金については、成
分元素の添加によるその組成の制御を次の観点から行う
のが好ましい。
分元素の添加によるその組成の制御を次の観点から行う
のが好ましい。
Ｃｒ：Ｃｒは合金の１ｉＩｔ硫化腐食性を良好にする作
用がある。Ｃｒが５％より少ないとその作用が十分に得
られない、またその量が９％を超えるとσ相やμ相など
の有害相が板状に生成してクリープ破断強度を低下させ
る。
用がある。Ｃｒが５％より少ないとその作用が十分に得
られない、またその量が９％を超えるとσ相やμ相など
の有害相が板状に生成してクリープ破断強度を低下させ
る。
ＷＯＷはγ相及びγ′相に固溶して、これらの相を強化
する作用をするので少なくとも０．１％程度添加するの
が好ましい。しかしながら、その量が２．５％を超える
とμ相、α−Ｗ相などの有害析出物の生成の原因となり
、クリープ破断寿命を低下させる。
する作用をするので少なくとも０．１％程度添加するの
が好ましい。しかしながら、その量が２．５％を超える
とμ相、α−Ｗ相などの有害析出物の生成の原因となり
、クリープ破断寿命を低下させる。
Ａｔ ：Ａｌはγ′相を生成するために必要な元素であ
り、γ′相を十分に析出するなめには５％以上含有させ
る。しかしながら、６．５％を超えると共晶γ′と呼ば
れる粗大なγ′相の量が過多となり、溶体化処理が不可
能となって、その結果クリープ破断強度を低下させるこ
とになる。
り、γ′相を十分に析出するなめには５％以上含有させ
る。しかしながら、６．５％を超えると共晶γ′と呼ば
れる粗大なγ′相の量が過多となり、溶体化処理が不可
能となって、その結果クリープ破断強度を低下させるこ
とになる。
Ｔａ ： Ｔａはγ′相を固溶強化させるとともにγ′
相の量を増加するために必要な元素である。
相の量を増加するために必要な元素である。
しかしながら、その量が１０％を超えるとσ相やと相を
生成し、クリープ破断強度を低下させる。
生成し、クリープ破断強度を低下させる。
Ｍｏ：Ｍｏは主としてγ相に固溶し、これを著しく強化
するととも、γ相の格子定数をγ′相の格子定数よりも
大きくしてγ′析出物のまわりに応力場を生じさせる。
するととも、γ相の格子定数をγ′相の格子定数よりも
大きくしてγ′析出物のまわりに応力場を生じさせる。
これによって、クリープ破断強度向上に有効な非等方性
粗大化組織が得られやすくなると同時に、得られな組繊
中のγ相とγ′相の界面により間隔の小さい転移網を形
成して合金中の転移の動きを阻げ、クリープ破断強度を
向上させる。このためＭｏ量は５．５％以上必要である
。しかしながら、その含有量が１０％を超えるとμ相な
どの有害相を生成し、クリープ破断強度を低下させる。
粗大化組織が得られやすくなると同時に、得られな組繊
中のγ相とγ′相の界面により間隔の小さい転移網を形
成して合金中の転移の動きを阻げ、クリープ破断強度を
向上させる。このためＭｏ量は５．５％以上必要である
。しかしながら、その含有量が１０％を超えるとμ相な
どの有害相を生成し、クリープ破断強度を低下させる。
次に、ＷとＴａはともに原子量が１８０を超えるる重元
素であり、このために、その合計量が大きくなると合金
の比重が大きくなる。これを防ぐために、Ｗ ＋ Ｔ
ａは１０％以下でなければならない。
素であり、このために、その合計量が大きくなると合金
の比重が大きくなる。これを防ぐために、Ｗ ＋ Ｔ
ａは１０％以下でなければならない。
なお、この発明の合金は、Ｃ，Ｂ、Ｚｒなどの粒界強化
元素を含有させないので、粒界のない状態で使用する。
元素を含有させないので、粒界のない状態で使用する。
このため単結晶合金となる。
すなわち、一方向凝固によって単結晶とし、次いで、溶
体化＋均質化処理後に冷却してγ′層を析出させる。さ
らに必要に応じ、１段または２段階の時効熱処理によっ
′ζγ′相の形状を調整してもよい、なお、溶体化＋均
質化処理は１２９０〜１３６０°Ｃ程度の温度において
行うことができる。
体化＋均質化処理後に冷却してγ′層を析出させる。さ
らに必要に応じ、１段または２段階の時効熱処理によっ
′ζγ′相の形状を調整してもよい、なお、溶体化＋均
質化処理は１２９０〜１３６０°Ｃ程度の温度において
行うことができる。
（実施例１〜３）
表１に示した組成からなる３種類の合金を一方向凝固さ
せて単結晶試験片を製造した。すなわち高周波真空溶解
炉により合金を溶解し、水冷銅板上で別途加熱された鋳
型に鋳込んだ０次に鋳型を２００ ｒｍ／ ｈｒにて辷
−ター下方に移動させることにより、水冷銅板の上方に
向って一方向凝固させた。
せて単結晶試験片を製造した。すなわち高周波真空溶解
炉により合金を溶解し、水冷銅板上で別途加熱された鋳
型に鋳込んだ０次に鋳型を２００ ｒｍ／ ｈｒにて辷
−ター下方に移動させることにより、水冷銅板の上方に
向って一方向凝固させた。
得られた単結晶を１３０６℃×５３ｈの溶体化＋均質化
処理した後、空冷してγ′相を析出させた。
処理した後、空冷してγ′相を析出させた。
この試験片について１０８０℃、１４ ｋｇ ｆ ／
ｃｍ ”の条件でクリープ破断試験を行い、破断寿命を
測定した。その結果を従来の合金とともに表１に示した
。なお、この場合、従来品は１０４０℃で測定されたも
のが多いので、ラーソンミラーバラメーターを用いて上
記の１０８０℃の結果を換算して示した。
ｃｍ ”の条件でクリープ破断試験を行い、破断寿命を
測定した。その結果を従来の合金とともに表１に示した
。なお、この場合、従来品は１０４０℃で測定されたも
のが多いので、ラーソンミラーバラメーターを用いて上
記の１０８０℃の結果を換算して示した。
この表１の結果より明らかなように、この発明のＮｉ基
単結晶耐熱合金は従来合金に比べ１．６〜１２倍の破断
寿命を有し、また比重も従来合金のいずれと比較しても
より小さな値であり、特に合金ＴＭＳ１２−１および５
Ｃ８３に比べると４〜８％も小さくなっていた。
単結晶耐熱合金は従来合金に比べ１．６〜１２倍の破断
寿命を有し、また比重も従来合金のいずれと比較しても
より小さな値であり、特に合金ＴＭＳ１２−１および５
Ｃ８３に比べると４〜８％も小さくなっていた。
（発明の効果）
以上詳しく説明したように、この発明により、比重の増
大をともなうことなく、クリープ破断強度を向上させた
Ｎｉ基単結晶耐熱合金が実現される。この合金を動翼に
用いる場合、遠心力が小さく、動翼の破断寿命がより長
くなるのみならず、ディスクへの負担も小さくなる。ま
たＡ１１ｏｙ ２０３Ｅのような高価なＲｅの使用を必
要とせず、安価に製造できるという優れた利点がある。
大をともなうことなく、クリープ破断強度を向上させた
Ｎｉ基単結晶耐熱合金が実現される。この合金を動翼に
用いる場合、遠心力が小さく、動翼の破断寿命がより長
くなるのみならず、ディスクへの負担も小さくなる。ま
たＡ１１ｏｙ ２０３Ｅのような高価なＲｅの使用を必
要とせず、安価に製造できるという優れた利点がある。
臂許出願人 科学技術産金ＪＡｔｌ科ａ術研究所長
中用ｔＪｒ１−
中用ｔＪｒ１−
Claims (1)
- （１）化学組成として重量％で Ｃｒ：５〜９ Ｗ：２．５以下 Ｍｏ：５．５〜１０ Ａｌ：５〜６．５ Ｔａ：１０以下 を含有し、残部は実質的にＮｉよりなり、同時に Ｗ＋Ｔａ≦１０ の範囲にあることを特徴とする高強度Ｎｉ基単結晶耐熱
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4646889A JPH02228444A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 高強度Ｎｉ基単結晶耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4646889A JPH02228444A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 高強度Ｎｉ基単結晶耐熱合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228444A true JPH02228444A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12748004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4646889A Pending JPH02228444A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 高強度Ｎｉ基単結晶耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02228444A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2462704A (en) * | 2008-08-22 | 2010-02-24 | Rolls Royce Plc | A nickel-based single crystal component with regions having different precipitate microstructures |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5934776A (ja) * | 1982-08-20 | 1984-02-25 | Olympus Optical Co Ltd | 画像信号処理装置 |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP4646889A patent/JPH02228444A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5934776A (ja) * | 1982-08-20 | 1984-02-25 | Olympus Optical Co Ltd | 画像信号処理装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2462704A (en) * | 2008-08-22 | 2010-02-24 | Rolls Royce Plc | A nickel-based single crystal component with regions having different precipitate microstructures |
| GB2462704B (en) * | 2008-08-22 | 2010-07-21 | Rolls Royce Plc | A single crystal component and a method of heat treating a single crystal component |
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