JPH0323612B2

JPH0323612B2 -

Info

Publication number: JPH0323612B2
Application number: JP55050566A
Authority: JP
Inventors: Furanshisu Henrii Maikeru
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1980-04-18
Publication date: 1991-03-29
Also published as: FR2455089B1; GB2118970A; DE3016028C2; IT1141491B; GB2048305A; GB2048305B; DE3016028A1; IT8021613A0; US4284430A; JPS55145136A; FR2455089A1; GB2118970B

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、重量基準で２−９％のRe、0.8％以
下のTi、２−10％のCr、２−10％のAl、３−15
％のTa、0.1−１％のＣ、２−10％のCo、3.5−
10％のＷ、１％以下のＶ、3.01−10％のMo、お
よび３％以下のCbを含むニツケル基超合金マト
リツクスと、主としてTaより構成された炭化物
繊維が整列状態にある共晶補強相とからなる、横
方向延性、周期酸化抵抗性、高温腐食抵抗性およ
び高温度強度特性の優れた、一方向凝固させた異
方性金属質複合体物品に関する。スマセイの1975年９月９日発行U.S.3904402は
レニウムと炭化物補強繊維相を含む改良された高
温強応力ラプチユア性質を示す共晶ニツケル基合
金を記載している。スマセイはマトリツクス強化
のみならず炭化物繊維の補強のために４−７％バ
ナジウムの使用が望ましいことを教えている。ス
マセイはモリブデンの使用は制限的使用すなわち
約３重量％、しかし、モリブデンの使用を省くの
が望ましいことを教えている。スマセイはまたニ
ツケル基超合金中にタングステンを約２−４％に
制限するのが望ましいと教えている。スマセイは
バナジウムの添加使用とモリブデンとタングステ
ンの限定的な使用を概括的に教えている。スマセイの合金の最近の研究は合金は周期的酸
化と高温腐食制限のみならずもろい（延性のな
い）横方向強度性質を示すことを示している。本発明は、横方向延性高温強度性質を示し、約
重量％、基準で２−９％Re、0.8％以下のTi、少
なくとも3.01％のMo、１％以下のＶを含む単一
方向に結晶された異方性金属複合物を具体化す
る。マトリツクス中の埋込物は整列された炭化物
補強繊維相、望ましくは主としてTaC補強繊維
相である。本発明は、炭化物繊維で補強された共晶Re含
有ニツケル基超合金における例えばバナジウム、
モリブデン、タングステンなどの種々の元素の相
互関係を記述するものである。本発明に用いられる合金は、重量基準で、２−
９％のRe、0.8％以下のTi、10％以下のCr、10％
以下のAl、３−15％のTa、0.1−１％のＣ、10％
以下のCo、10％以下のＷ、1.0％以下のＶ、3.01
−10％のMo、３％以下のCbを含むニツケル基超
合金である。 Reの含有量には、臨界的意義はなく、上記の
範囲は、試験した組成から妥当と判断される範囲
である。しかしながら、Re含量が高過ぎると、
Co、Cr、Al、Ti、Ta及びＶの高含量と相まつ
て、高温脆性を示すシグマ相を助長することがあ
ることに注意しなければならない。 Tiの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Tiの適正水準が、Al、Ta、Cb及び
Ｖ含量の関数であることを示している。注意すべ
きことは、Ti含量が高過ぎるとイーター相を助
長することがあり得、また、Co、Cr、Al、Ta、
Cb及びＶの高水準と組合わされると、脆性を示
すシグマ相を助長することがあり得るということ
である。 Crの含有量には、臨界的意義はなく、上記の
範囲は、試験した組成から妥当と判断される範囲
である。注意すべきことは、Cr含量が高過ぎる
と、Co、Al、Ti、Ta、Cb及びＶの高含量と相
まつて、脆性のシグマ相を助長することがあり得
るということであり、また、Cr含量が低過ぎる
と、得られる合金の酸化抵抗性が不十分というこ
とがあり得る。 Alの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Alの適正水準が、Ti、Ta、Cb及び
Ｖ含量の関数であることを示している。然しなが
ら、注意すべきことは、Al含量が高過ぎると、
Co、Cr、Ti、Ta、Cb及びＶの高含量と相まつ
て、脆性のシグマ相を助長することがあり得る。 Taの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Taの適正水準がAl、Ti、Cb及びＶ
含量の関数であることを示している。注意すべき
ことは、Ta含量が高過ぎると、デルタ相を助長
することがあり得、Co、Cr、Al、Ti、Cb及びＶ
の高含量と組合わされると、脆性のシグマ相を助
長することがあり得るということである。 Co及びＣの含有量には、臨界的意義はなく、
上記の範囲は、試験した組成から妥当と判断され
る範囲である。Ｗの含有量には、恐らく臨界性が存在すると思
われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥当
と判断される範囲である。Ｖの含有量には、恐らく臨界性が存在すると思
われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥当
と判断される範囲である。注意すべきことは、Ｖ
含量が高過ぎると、Co、Cr、Al、Ti、Ta及び
Cbの高含量と相まつて、脆性のシグマ相を助長
することがあり得るということである。更に、Ｖ
は低融点の酸化物を形成するため、Ｖ含量が高過
ぎると、酸化抵抗性不十分という結果にもなり得
る。 Moの含有量には、臨界的意義はなく、上記の
範囲は、試験した組成から妥当と判断される範囲
である。 Cbの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Cbの適正水準が、Al、Ti、Ta及び
Ｖ含量の関数であることを示している。然しなが
ら、注意すべきことは、Cb含量が高過ぎると、
デルタ相を助長することがあり得、またCo、Cr、
Al、Ti、Ta及びＶの高含量と組合わされると、
脆性のシグマ相を助長することがあり得るという
ことである。図面について説明する。第１図は、重量％で69.46％Ni、6.3％Re、1.9
％Cr、6.5％Al、8.0％Ta、0.24％Ｃ、3.7％Co、
3.9％Ｖを含有した成分の超合金を補強した炭化
物繊維を含む一方向に凝固した共晶ニツケル基含
Re超合金組成物の横方向引張り強さの図示表示
であり、この合金は“Ａ”である。合金は示され
た温度範囲間で少しあるいは横方向伸びはないこ
とは明らかである。第２図は、重量パーセントで64.92％Ni、6.06
％Re、3.4％Cr、5.52％Al、7.7％Ta、0.26％Ｃ、
3.85％Co、3.01％Ｗ、2.92％Ｖ、2.35％Moを含有
した成分の超合金を補強した指向凝固された共晶
ニツケル基含Re超合金組成物の横方向引張り性
質の図示表示であり、この合金は“Ｂ”である。
合金“Ｂ”、それはスマセイのU.S.3904402号の成
分範囲内にあるが、昇温時において低い延性を示
す基本的に延性のないものであり、換言すれば、
高温横方向引張り伸び価が1650〓から1900〓にお
いて0.2％と同じかそれ以下である。第３図は本発明の超合金を補強した炭化物繊維
を含有する一方向に凝固された共晶ニツケル基含
Re超合金組成物の横方向延性（伸び）を含む横
方向引張り性質の図式表示である。図示されたご
とく、この合金は約1450〓以下で１％以上の横方
向引張り伸びの改良された延性と、1450〓以上の
試験された全温度において0.2〜１％の範囲内の
横方向引張り伸びを示す。第１〜３図に現わされたデータは、図に記され
た、Al₂O₃あるいはMgOるつぼ中の不活性アルゴ
ン雰囲気中で溶解され、銅バー鋳型ヘチル鋳込み
された成分の合金のシリーズの数値に基づいたも
のである。試験材鋳物は後の試験に用いられる単
一方向物体試験材を提供するために凝固前面が平
面状となるようにして凝固された。長手方向に対
する機械的試験材は生長方向と平行にインゴツト
から機械削りされる。横方向性質を得るために、
試験材ブランクは生長方向に直角に放電機械加工
され、機械的性質試験用試料の形状になるように
研磨される。この後の第表に記されるものは、第１〜３図
に現わされたデータの基準を形成した横方向応力
試験データの摘要である。

【表】この後の第表に記されるものは第１−３図の
成分の合金と関連した長手方向応力試験データの
摘要である。

【表】第４図は、下記成分の超合金を補強した炭化物
繊維を含む単一方向凝固共晶ニツケル基含Re超
合金組成物のシリーズの周期的酸化の図式表現で
ある。合金“AA”は重量パーセントで 63.42Ni、6.20Re、4.40Cr、5.40Al、8.10Ta、
0.48C、3.30Co、3.10W、5.60Vを含有する。スマセイのU.S.3904402の組成の合金“AA”
は周期的酸化の有害な影響にたいし高い感受性を
示す。合金“BB”は重量パーセントで 64.96Ni、6.63Re、3.87Cr、5.37Al、5.85Ta、
0.39C、3.81Co、4.46W、4.66Moを含む。合金“Ｃ”は重量パーセントで 61.43Ni、6.44Re、3.84Cr、5.84Al、11.37Ta、
0.43C、3.80Co、4.33W、3.01Moを含む。本発明の組成を有する両合金“BB”および
“Ｃ”は、周期酸化の有害な影響に対し低い感受
性を示す。さらに本発明の合金の周期酸化抵抗の例示は、
この後商品のニツケル基超合金Rene77とRene80
を比較した第表に要約されたデータにより提供
される。スマセイのU.S.3904402の合金“AA”
と本発明の合金“BB”との周期的参加テスト
も、類似の条件のもとでおこなわれた。例示され
るごとく、合金“BB”の周期酸化抵抗はRene75
と80および合金“AA”をこえた重要なまた実質
的な改良である。

【表】 (1) 同一試験材連続試験
第表中に述べた条件の合金のシリーズは、い
おう１重量％と海水塩460ppmを含んだヂーゼル
燃料を使用して温度871℃（1600〓）において109
時間実施された高温腐食試験を受けた。109時間
試験の間の合金の高温腐食浸透深さは第表に概
括される。

【表】

【表】第表高温腐食合金腐食深さ（mils） Rene80 1.0 Rene100 23 スマセイ合金13 ８合金“Ａ” 18 合金“Ｃ” 2.5 第５図は合金“AA”，“BB”，“Ｃ”のラーセ
ン−ミラーパラメーターと“Ksi”による適用応
力の比較の図式表現であり、ラーセン−ミラーパ
ラメーターは次式で与えられる。Ｐ＝Ｔ（Ｃ＋logt_f）×10³、〔°Ｒ、hr〕、ここで
“Ｔ”はランキン度の温度であり、“Ｃ”は20に等
しく、“ｔ”は時間のラプチユアー時間、さらに
詳細にはアメリカンソサイエテイオブエン
ジエアーズトランスアクシヨンズ〔1952〕ボリ
ウム74、頁765−771に記載される。補強相をタンタル炭化物とした場合のこの発明
の範囲内の合金成分は重量パーセントで次のもの
である。

【表】

【表】本文中および特許請求の範囲に用いられる本発
明による物品の語は、必ずしもそれに限定される
ものではないが、ガンマ・ガンマプライム・マト
リツクスを有するニツケル基超合金を一方向凝固
させた異方向金属質複合体を包含する。該マトリ
ツクスは固溶体ガンマ相と等軸折出物強化された
ガンマプライム相とをもち、更に該ガンマ・ガン
マプライム・マトリツクスには主としてタンタル
炭化物よりなる整列状態の共晶補強炭化物繊維相
が包埋されている。ここに記述した図、表および合金組成に基づい
て、横方向延生、周期酸化抵抗、高温腐食抵抗、
高温強度特性に優れ、含Re繊維補強共晶ニツケ
ル基超合金の概念から逸脱することなく合金組成
を変動しうることは、当業者にとつて自明のこと
であろう。本発明の実施態様を次に示す。１特許請求の範囲第１項の記載においてマトリ
ツクスは配列された等軸析出物で強化された相
を含む。２前項においてマトリツクス中で超合金は重量
パーセントで、２−９％Re、0.8％以下のTi、
０−10％Cr、０−10％Al、３−15％Ta、0.1−
１％Ｃ、０−10％Co、０−10％Ｗ、０−1.0％
Ｖ、3.01〜10％Mo、０−３％Cb、残余Niと付
随不純物を含有する。３前項において超合金は重量パーセントで、２
−９％Re、0.8％以下のTi、２−10％Cr、２−
９％Al、３−15％Ta、0.2−0.8％Ｃ、０−10
％Co、０−10％Ｗ、０−0.5％Ｖ、3.01〜８％
Mo、０−２％Cb残余Niと付随不純物を含有す
る。４前項において超合金は重量パーセントで５−
８％Re、0.8％以下のTi、３−８％Cr、４−７
％Al、５−13％Ta、0.3−0.7％Ｃ、２−６％
Co、3.5−6.0％Ｗ、＜0.2％Ｖ、3.01〜5.5％Mo、
０−１％Cb、残余Niと付随不純物を含有する。５特許請求の範囲第２項の合金において、超合
金が重量パーセントで２−９％Re、0.8％以下
のTi、２−10％Cr、２−９％Al、３−15％
Ta、0.2〜0.8％Ｃ、０−10％Co、０−10％Ｗ、
０−0.5％Ｖ、3.01〜８％Mo、０−２％Cb、残
余Niと付随不純物を含む。６前項の合金において、超合金は重量パーセン
トで５−８％Re、0.8％以下のTi、３−８％
Cr、４−７％Al、５−13％Ta、0.3−0.7％Ｃ、
２−６％Co、3.5−6.0％Ｗ、＜0.2％Ｖ、3.01〜
5.5％Mo、０−１％Cb、残余Niと付随不純物
を含む。７前項の合金において、超合金は重量パーセン
トで6.44％Re、3.84％Cr、5.34％Al、11.37％
Ta、0.43％Ｃ、3.8％Co、4.33％Ｗ、3.01％
Mo、61.43％Niと付随不純物を含む。８第６項の合金において、超合金は重量パーセ
ントで6.63％Re、3.87％Cr、5.37％Al、5.85％
Ta、0.39％Ｃ、3.81％Co、4.46％Ｗ、4.66％
Mo、64.96％Niと付随不純物を含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、重量パーセントで69.46％Ni、6.3％
Re、1.9％Cr、6.5％Al、8.0％Ta、0.24％Ｃ、3.7
％Co、3.9％Ｖを含有した成分の超合金を補強し
た炭化物繊維を含む一方向に凝固した共晶ニツケ
ル基含Re超合金組成物の横方向引張り強さの図
式表示であり、この合金は“Ａ”である。第２図
は、重量パーセントで64.92％Ni、6.06％Re、3.4
％Cr、5.52％Al、7.7％Ta、0.26％Ｃ、3.85％Co、
3.01％Ｗ、2.92％Ｖ、2.35％Mo、を含有した成分
の超合金を補強した指向凝固された共晶ニツケル
基含Re超合金組成物の横方向引張り性質の図式
表示であり、この合金は“Ｂ”である。第３図は
本発明の超合金を補強した炭化物繊維を含有する
一方向に凝固された共晶ニツケル基含Re超合金
組成物の横方向延性（伸び）を含む横方向引張り
性質の図式表示である。第４図は、下記成分の超
合金を補強した炭化物繊維を含む単一方向結晶化
共晶ニツケル基含Re超合金組成物のシリーズの
周期的酸化の図式表現である。第５図は合金
“AA”，“BB”，“Ｃ”のラーセン−ミラーパラメ
ーターと“Ksi”による適用応力の比較の図式表
現である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量基準で２−９％のRe、0.8％以下のTi、
２−10％のCr、２−10％のAl、３−15％のTa、
0.1−１％のＣ、２−10％のCo、3.5−10％のＷ、
１％以下のＶ、3.01−10％のMo、および３％以
下のCbを含むニツケル基超合金マトリツクスと、
主としてTaより構成された炭化物繊維が整列状
態にある共晶補強相とからなる、横方向延性、周
期酸化抵抗性、高温腐食抵抗性および高温度強度
特性の優れた、一方向凝固させた異方性金属質複
合体物品。