JPH02258182A - Ｎｉ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法 - 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） 本発明は、Ｎｉ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法に関す
るものである。さらに訂しくは、この発明は、カスター
ビン翼の組立接合、Ｎｉ基単結晶耐熱合金製の翼の補修
接合等に有用なＮｉ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法に
関するものである。

（従来の技術とその課題） Ｎｉ基耐熱合金の普通鋳造材は、０．５〜５　ｍｍ程度
の多結晶体から構成されており、これらの材料は、おも
にカスタービンの高温タービン用材料として使用されて
いる。これらの普通鋳造材の使用にあたっては、カスタ
ービンの起動、停止に伴う加熱と冷却でクリープおよび
熟成れによる割れか発生しやすいため、設計上の強さも
低く抑えられているのが実状である。これら強さの低下
はいずれも結晶粒界で生じているなめ、材料の性能の向
上を目的として、Ｎｉ基耐熱合金材料中の結晶粒界をな
くする方向での材料開発が進められている。

一方、柱状晶一方向凝固材については、使用する圧力方
向の結晶粒界を除去することにより性能の向上かみられ
たか、この合金を高温で熱処理すると高温強度が向上す
るものの、Ｈｆ、Ｃ，Ｂ。

Ｚｒなとの粒界強化元素か含まれているために、凝固組
織の完全溶体化が不可能で均一な組織か得られず、熱処
理による強化にも限界かあることか明らかになってきた
。このような背景から、粒界強化元素を含まず凝固組織
の完全溶体化が可能な単結晶合金の開発が進められ、Ｎ
ｉ基単結晶耐熱合金か開発されるにいたって、材料の高
温性能は飛躍的に向上することとなった。

しかしながら、このＮｉ基単結晶耐熱合金の実用材料と
しての普及には、その接合が非常に難しいという欠点が
あり、この課題を解決するだめの手段が必要とされてい
た。これまでに知られている拡散接合方法としては、材
料同志を直接接合するものと、接合面間にインサート金
属を挿入して接合するものとがあるか、依然として実用
技術として確立されていない現状にある。たとえば後者
の接合面間のインサート金属を一時的に溶融・液化した
後、拡散を利用して等温凝固させて接合づる液相拡散接
合法においても実用上の欠点を解消できないでいる。単
結晶材料を組立接合してガスタービン用ブレードを製造
する場合等において接合面での強度低下を防ぐため、大
傾角粒界の形成を抑える必要性から、結晶Ｗ４造が等し
く、格子定数の差が３％以内で、接合面でのＸ、Ｙ、Ｚ
軸回りの方位差の和が５度以内で接合する方法が提案さ
れてもいるが、この液相拡散方法では、液相拡散接合部
に析出相が析出し易い欠点か解消されていないのである
。最近の報告では、この接合部にタングステンを主成分
とする析出相が認められ、引張試験ではその析出相に沿
って破断することか認められる報告がある。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、インサート金属のろう材を必要とすることなく、
Ｎｉ基単結晶耐熱合金を直接拡散接合して、接合部か母
材並みの引張り強さを有する拡散接合法を提供すること
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、前記課題を解決するものとして、Ｎｉ基単
結晶耐熱合金を非酸化性雰囲気中で接合界面での原子配
列の整合性を高めて加圧・加熱し、接合面の結晶方位を
制御して単結晶材料を直接拡欣接合することを＃徴とす
るＮｆ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法を提供する。

この発明方法の実施に際しては、接合面の結晶面に垂直
な軸の回りの捻り角および／または傾斜角を与えること
を好ましい態様としてもいる。その際に傾斜角と捻り角
との和を７度以内に制御して接触させ再結晶が発生しな
いように拡散接合ずれは、その接合境界の接合強さは非
常に強いものとなり、その引張強さは母材並にまでなる
。すなわち、第１図に示したように、結晶面に垂直な軸
の回りに接合試料を捻って接合した場合、捻り角（θ）
が７度以内であれは、接合継手の曲げ強さは母材並に達
する。また、第２図に示したように、接合試料の結晶面
か傾斜している場合にも、その捻り角度（θ）と傾斜角
（δ）の和が７度以内であれば、接合継手の曲げ強さは
母材並に達する。

さらに、接合試料の結晶面が傾斜しているのみの場合に
も、その傾斜角（δ）が７度以内であれば、接合継手の
曲げ強さは母材並に達する。また、捻諷 り角か９０°の接合には結晶方位か一致することにもな
る。なお、拡散接合を実施するにあたっては、接合面の
表面処理や接合条件を接合試料に再結晶か発生しない態
様と範囲を適宜に選択する。

また、この発明の方法においてはＮｉ基単結晶耐熱合金
の組成として種々のものが含まれることはいうまでもな
い。ＮｉＯ他に、Ｃｒ、Ｃｏ。

Ｍｏ、Ｔａ、ＡＩ、その他元素を適宜に含みうる。

以下、実施例を示してさらにこの発明の方法について詳
しく説明する。

（実施例１） 次の組成からなるＮｉ基単結晶耐熱合金（’Ｉ″ＭＳ−
２６）をＸ線ラウェ法によって測定した結晶方位に基づ
いてその方位を一致させ、インサート金属を用いること
なく直接拡散接合した。

Ｃｒ　　　　　　５．５９（ｖｔｔ％）、Ｃｏ　　　　
　　８．２０、 Ｗ　　　　　　１０．９５、 Ｍｏ　　　　　　１．９０、 ’Ｉ”ａ　　　　　　７．７０、 Ａ　Ｉ　　　　　　５．１３、 Ｃ０，００３， ００，０００８、 Ｎ　　　　　　　　　　　Ｏ，０００９、残部　　　　
　　Ｎｉ、 この接合結果と、インサート金属としてＮｉ−１５Ｃｒ
−４Ｂを用いて液相拡散接合したときの結果とを対比し
て示したものか第１表である。

インサート金属を用いて接合する比較例１の接合継手の
場合には、接合温度１２５０℃では母材かインサート金
属と反応して溶解するので、最高の接合温度を１２００
°Ｃとした。この接合継手は、接合部の析出相のため、
曲げ試験では接合界面で破断した。

（実施例２〜３） 第１図に示したように接合面での結晶方位を回転軸とし
て回転させて接合面を接触させてＮｉ基単結晶耐熱合金
を拡散接合した。その場合の、捻り角と接合結果との関
係を示したものが第２表である。いずれの試料も接合す
る面を機械加工した後、エメリー研摩して表面加工層を
取り除いて拡散接合を行っており、いずれの試料にも接
合部には再結晶は見られなかった。この第２表から明ら
かなように、捻り角か７度および９０度（実施例２３）
の場合は接合継手の強さは母材並みであるが、７度以上
の３０度（比較例２）の場合は接合界面で破断した。

（実施例４） 接合面か５度傾斜している試料を用いて接合面の傾斜角
と捻り角の影響を検討した。その結果、第３表に示した
ように、接合面での捻り角と傾ｆ１角の和が７度以内〈
実施例４）の場合、その接合継手の曲げ試験では母材で
破断しな。しかし、捻り角と傾斜角の和が１５度以上（
比較例３）では接合強さは低く、接合界面で破断した。

（参考例） 接合する面を機械加工し、表面をエメリー処理して表面
加工層を取り除いた後に拡散接合を行った場合（実施例
１）と、機械加工後に表面加工１付を取り除いていない
場合（参考例）との接合試料の接合結果を対比して示し
たものか、第４表である。参考例の場合には曲げ試験に
おいて接合界面で破断し、接合強さは低かった。接合部
には再結晶が発生し７、接合強さは著しく低下している
。これはＮｉ基ｍ結晶の粒界の強さか非常に弱いことに
よるものである。

（発明の効果） 以上訂しく説明したように、この発明により、Ｎｉ基単
結晶材料の接合界面は強度の低い大傾角結晶粒界とはな
らず、強度の大きい接合が実現される。接合によって大
きな単結晶体となる。結晶粒界にともなう脆化の問題は
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、接合面での捻り角を示した斜視図である。 第２図は、接合面での傾斜角と捻り角とを示した斜視図
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ基単結晶耐熱合金を非酸化性雰囲気中で接合
   界面での原子配列の整合性を高めて加圧・加熱し、単結
   晶材料を直接拡散接合することを特徴とするＮｉ基単結
   晶耐熱合金の拡散接合方法。
2. （２）接合に際し、接合面の結晶面に垂直な回りの捻り
   角および／または傾斜角を与える請求項（１）記載のＮ
   ｉ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法。
3. （３）傾斜角と捻り角との和を７度以内とする請求項（
   ２）記載のＮｉ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法。