JPH0339435A - Production and product of fatigue crack- resisting nickel-base superalloy - Google Patents

Production and product of fatigue crack- resisting nickel-base superalloy

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JPH0339435A
JPH0339435A JP17207389A JP17207389A JPH0339435A JP H0339435 A JPH0339435 A JP H0339435A JP 17207389 A JP17207389 A JP 17207389A JP 17207389 A JP17207389 A JP 17207389A JP H0339435 A JPH0339435 A JP H0339435A
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alloys
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crack
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マイケル・フランシス・ヘンリー
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE: To produce a Ni base superalloy excellent in fatigue crack resistance by preparing a Ni base superalloy contg. specified ratios of Co, Cr, Mo, Al, Ti, Ta, Nb, Re, Hf, Zr, V, C, B, W and Y at a specified cooling rate.
CONSTITUTION: A Ni superalloy contg., by weight, 12 to 18% Co, 7 to 13% Cr, 2 to 4% Mo, 3 to 5% Al, 3.5 to 5.5% Ti, 1 to 2% Ta, 3 to 5% Nb, 0.0 to 3.0% Re, 0.0 to 0.75% Hf, 0.00 to 0.10% Zr, 0.0 to 2.0% V, 0.0 to 0.20% C, 0.01 to 0.10% B, 0.0 to 1.0% W, 0.0 to 0.1% Y, and the balance Ni is produced at a cooling rate of about ≤600°F/min. In this way, a Ni base superalloy improved in resistance to the generation of cracks can be obtd.
COPYRIGHT: (C)1991,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 ニッケル基超合金が高性能を必要とする環境で広く使わ
れていることはよく知られている。そのような合金は、
ジェットエンジン、陸上ガスタービンおよび1000°
F以上の高温で高強度その他の望ましい物性を保持しな
ければならないような他の機関に広く使用されて来てい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Background of the Invention It is well known that nickel-based superalloys are widely used in environments requiring high performance. Such an alloy is
Jet engines, land gas turbines and 1000°
It has been widely used in other engines where high strength and other desirable physical properties must be maintained at temperatures above F.F.

これらの合金の多くはいろいろな体積割合(%)のγ′
析出物を含んでいる。このγ′析出物はこのような合金
の高い使用温度での高性能特性を担っている。
Many of these alloys have various volume fractions of γ′
Contains precipitates. This γ' precipitate is responsible for the high performance properties of such alloys at high service temperatures.

γ′析出物の相化学の特性は、ホール(E、L、 Ha
ll)、クー(Y、M、 Kouh)およびチャン(K
、M、 Chang)によって、1983年8月のアメ
リカ電子顕微鏡検査学会箱41回年金会報(Proce
edings or41st Annual Meet
lng of’ Electron Mlcrosco
pySocloty or America)第248
頁の「析出強化型超合金の相化学(Phase Che
mistries ln Proclpitatlon
−8trengthonlng 5uperalloy
) J中にさらに詳しく述べられている。
The characteristics of the phase chemistry of γ′ precipitates are characterized by holes (E, L, Ha
ll), Kouh (Y, M, Kouh) and Chang (K
, M. Chang), American Society of Electron Microscopy Box 41st Pension Bulletin, August 1983.
edings or41st Annual Meet
lng of' Electron Mlcrosco
pySocloty or America) No. 248
“Phase Chemistry of Precipitation Strengthened Superalloys” on page
mistries ln Proclpitatlon
-8trengthonlng 5upperalloy
) is discussed in more detail in J.

米国特許第2,570.193号、第2,621.12
2号、第3.046.108号、第3゜061.426
号、第3,151,981号、第3.166.412号
、第3.322.534号、第3,343,950号、
第3,575.734号、第3.576.861号、第
4. 207. 098号および第4,336,312
号にはさまざまタニッケル基合金組成物が開示されてい
る。これらの特許は今日までに報告されたたくさんの合
金化の開発の代表的なものであり、元素間の異なる機能
的関連をつかむために、さまざまな物理的・機械的特性
をもった合金系を生じさせる相が形成されるように、同
じ元素をさまざまに組合せている。しかしながら、ニッ
ケル基合金に関して利用可能なデータは豊富にあるにも
かかわらず、公知の元素をある濃度で組合せて使用して
合金を形成する場合、そのような組合せが業界で一般化
されている広い教示範囲内に入るものであるにしても、
特に、その合金を従来使用されていた熱処理とは異なる
熱処理を用いて加工したときに、形成されたそのような
合金が示すはずの物理的・機械的性質をある程度の正確
さをもって予想することは当業者にとってもいまだに不
可能である。
U.S. Patent Nos. 2,570.193 and 2,621.12
No. 2, No. 3.046.108, No. 3゜061.426
No. 3,151,981, No. 3.166.412, No. 3.322.534, No. 3,343,950,
No. 3,575.734, No. 3.576.861, No. 4. 207. No. 098 and No. 4,336,312
No. 6, No. 1, Vol. These patents are representative of the many alloying developments reported to date, in which alloy systems with different physical and mechanical properties are developed to capture different functional relationships between elements. The same elements are combined in different ways to form the resulting phases. However, despite the abundance of data available on nickel-based alloys, when known elements are used in combination at certain concentrations to form alloys, such combinations are widely accepted in the industry. Even if it falls within the scope of the teaching,
In particular, it is difficult to predict with any degree of accuracy the physical and mechanical properties that such alloys will exhibit when they are processed using heat treatments different from those previously used. This is still not possible even for those skilled in the art.

多くのそのようなニッケル基超合金でますます重視され
認識されて来ている問題は、製造時または使用中に亀裂
(割れ)が形成されたりあるいは発生しかけたりしやす
く、しかもこの亀裂はガスタービンやジェットエンジン
などのような構造体中でその合金を使用している間に応
力下で実際に伝播または戊長し得るということである。
An increasingly important and recognized problem with many such nickel-based superalloys is that they are prone to cracking (or cracking) during manufacturing or use, and that these cracks are often used in gas turbines. This means that they can actually propagate or elongate under stress during the use of the alloy in structures such as jet engines and the like.

亀裂の伝播や拡大により部品の破壊その他の故障が起こ
り得る。亀裂の発生および伝播に起因する可動機械部品
の故障の結果はよく分かっている。ジェットエンジンの
場合は特に重大な危険を招き得る。
Propagation and expansion of cracks can result in component destruction or other failure. The consequences of failure of moving mechanical parts due to crack initiation and propagation are well understood. Jet engines can pose a particularly serious danger.

しかし、最近の研究がなされるまであまり良く理解され
ていなかったことは、超合金で形成されている構造体に
おける亀裂の発生と伝播が、すべての亀裂が同じ機構、
同じ速度で、同じ基準に従って発生し、かつ伝播するよ
うな単純な現象ではないということである。対照的に、
亀裂の発生と伝播および亀裂現象は複雑であることが一
般に認められて来ており、近年はそのような伝播と応力
のかかり方との間の相互の関連に関する新しい重要な情
報が集積されている。亀裂を(拡大または伝播するまで
に部材に応力がかけられる時間、かかる応力の強さ、そ
の部材に応力をかけたり除いたりする際の速度、および
この応力をかける予定・計画がもたらす影響が合金によ
っているいろに変化することは、米国家航空宇宙局(N
ational Aer。
However, until recent research, it was not very well understood that crack initiation and propagation in structures made of superalloys is caused by the same mechanism,
They are not simple phenomena that occur and propagate at the same speed and according to the same criteria. in contrast,
It is generally accepted that crack initiation and propagation and cracking phenomena are complex, and important new information has been accumulated in recent years regarding the interrelationship between such propagation and stress application. . How long a stress is applied to a member before it propagates or propagates, the intensity of the stress, the rate at which the stress is applied or removed from the member, and the effect of the plan to apply this stress are The US National Aeronautics and Space Administration (N
ational Air.

naut[cs and 5pace Adsinls
tratlon)との契約に基づいである研究がなされ
るまで産業界では良く理解されていなかった。この研究
はNASA  CR−165123という技術レポート
に報告されている。このレポートは、1980年8月に
米国家航空宇宙局から発行されたカウルズ(B、A、 
Cowles) 、ウォーレン(J、R,Warren
)およびホーン(P、に、 Hauke)による「航空
機タービンディスク合金の循環挙動の評価(Evalu
ation of’ the Cycllc Beha
vior of Aircraft Turblne 
Disk Al1oys) J第■部、最終報告とされ
てオリ、米国家航空宇宙局(Natlonal  Ae
ronautics  and  5pace  Ad
llniStration)のNASAルイス研究セン
ター(NASA Levls Re5earch Ce
nter)、契約NAS3−21379のために作成さ
れたものである。
naut[cs and 5pace Adsinls
It was not well understood in the industry until some research was done under contract with tratlon. This work is reported in technical report NASA CR-165123. This report was published by the National Aeronautics and Space Administration in August 1980.
Cowles), Warren (J.R. Warren)
) and Hauke, P., “Evaluation of the cyclical behavior of aircraft turbine disk alloys (Evalu
ation of the Cycle Beha
vior of Aircraft Turblne
Disk Al1oys) J Part ■, considered the final report, was submitted to the US National Aeronautics and Space Administration (National Aeronautics and Space Administration).
ronautics and 5pace Ad
NASA Lewis Research Center
nter), created for contract NAS3-21379.

このNASAの後援による研究の主要な知見は、疲れ現
象に基づく伝播速度、すなわち疲れ亀裂伝播(F CP
)の速度が、かけられた応力やそのかかり方に対して必
ずしも一様ではないということである。また、それより
重要なことに、疲れ亀裂伝播が現実に、応力が部材に対
して亀裂を拡大するようなやり方でかけられる場合のそ
の応力をかける頻度によって変化するということが発見
された。さらに驚くべきことに、NASAの後援による
研究の重大な発見は、それまでの研究で使用されていた
高い頻度より低い頻度で応力をかける方が亀裂伝播速度
を実際に増大させるということである。いいかえると、
このNASAの研究によって、疲れ亀裂伝播に時間依存
性があることが確かめられたということである。さらに
、この疲れ亀1裂伝播の時間依存性は、頻度のみに依存
するのではなく、その部材が応力下に保持されている時
間、すなわちいわゆる保持時間にも依存することが判明
した。
A key finding of this NASA-sponsored study is the fatigue phenomenon-based propagation velocity, or fatigue crack propagation (F CP
) is not necessarily uniform depending on the applied stress and how it is applied. Also, more importantly, it has been discovered that fatigue crack propagation actually varies with the frequency with which stress is applied to the member in a manner that propagates the crack. Even more surprising, a significant finding of the NASA-sponsored study is that applying stress at a lower frequency than the high frequency used in previous studies actually increases crack propagation rates. In other words,
This NASA study confirmed that fatigue crack propagation is time dependent. Furthermore, it has been found that the time dependence of this fatigue crack propagation depends not only on the frequency, but also on the length of time that the member is held under stress, that is, the so-called holding time.

この低めの応力頻度で異常な程増大した疲れ亀裂伝播が
実証された後、産業界では、この新たに発見された現象
がニッケル基超合金をタービンおよび航空機エンジンの
応力がかかる部品に使用できる可能性の究極的な限界を
示しており、この問題を迂回して設計するためにあらゆ
る設計努力をしなければならないものと信じられていた
After demonstrating abnormally increased fatigue crack propagation at this lower stress frequency, industry believes this newly discovered phenomenon could lead to the use of nickel-based superalloys in stressed components of turbines and aircraft engines. It was believed that it represented the ultimate limit of sexuality, and that every design effort must be made to circumvent this problem.

しかし、大幅に低下した亀裂伝播速度と良好な高温強度
を、もち、タービンおよび航空機エンジン内で高い応力
で使用するニッケル基超合金製部品を構築できることが
発見された。
However, it has been discovered that it is possible to construct nickel-based superalloy components with significantly reduced crack propagation rates and good high temperature strength for use at high stresses in turbines and aircraft engines.

超合金に一番要求される性質がジェットエンジンの構築
に関して必要とされるものであることは知られている。
It is known that the most desired properties of superalloys are those required for jet engine construction.

必要とされる性質のうち、エンジンのいろいろな要素に
よって必要とされる性質の組合せはさまざまであるが、
普通、エンジンの可動部分に対して必要とされるものの
方が固定部分に対して必要とされるものより多くて厳し
い。
Among the required properties, the combination of properties required varies depending on the various elements of the engine, but
Typically, the requirements for the moving parts of an engine are greater and more demanding than those for the fixed parts.

鋳造合金材料ではある種の性質が得られないので、粉末
冶金技術によって部品を製造しなければならないことが
ある。しかし、ジェットエンジン用の可動部品の製造の
際に粉末冶金技術を使用することに伴う制限のひとつは
、粉末の純度の問題である。もし粉末が小粒のセラミッ
クまたは酸化物などのような不純物を含有していると、
可動部品中でその小粒がある所は亀裂の発生が始まる潜
在的に弱い点になる。そのような弱い点は本質的に潜在
的な亀裂である。そのような潜在的亀裂が存在する可能
性があるため、亀裂伝播速度を低下・抑制するという問
題がいっそう重要になる。本発明者は、合金組成の調整
とそのような金属合金の製造方法とを両方とも適用する
ことによって亀裂伝播を抑えることが可能なことを発見
した。
Because certain properties are not available in cast alloy materials, parts may have to be manufactured by powder metallurgy techniques. However, one of the limitations associated with using powder metallurgy techniques in the manufacture of moving parts for jet engines is the issue of powder purity. If the powder contains impurities such as small ceramic particles or oxides,
Where the particles are located in the moving part is a potential weak point for crack initiation. Such weak points are essentially potential cracks. The possible existence of such latent cracks makes the problem of reducing and inhibiting the rate of crack propagation all the more important. The inventors have discovered that it is possible to suppress crack propagation by applying both alloy composition adjustment and the manufacturing method of such metal alloys.

本発明によって、粉末冶金技術で製造することができる
超合金が提供される。また、この超合金を加工処理して
、最先端のエンジンディスク用に使用するのに優れた性
質を組合せて有する材料を製造する方法も提供される。
The present invention provides a superalloy that can be produced using powder metallurgy techniques. Also provided is a method of processing this superalloy to produce a material that has an excellent combination of properties for use in advanced engine discs.

ディスク材用に使用される材料に対して従来から必要と
されている性質には高い引張強さと高い応力破壊強度が
包含される。さらに、本発明の合金は時間依存性の亀裂
成長伝播に抵抗するという望ましい性質を示す。
Properties traditionally required for materials used for disk materials include high tensile strength and high stress fracture strength. Additionally, the alloys of the present invention exhibit the desirable property of resisting time-dependent crack growth propagation.

このような亀裂の成長に対する抵抗性は部品の低サイク
ル疲れ(LCF)寿命にとって本質的なものである。
Resistance to such crack growth is essential to the low cycle fatigue (LCF) life of the component.

タービンやジェットエンジンに使用する合金製品が開発
されるにつれて、エンジンやタービンの各種部分に使用
される部品に対してさまざまな性質が必曹とされること
が明らかになって来た。ジエツトエンジンの場合、航空
機のエンジンの性能要求が増大するにつれて、より進ん
だ航空機エンジンの材料に要求される要件はさらに厳し
くなり続けて°いる。このいろいろな要件は、たとえば
、多くのブレード材用合金が鋳造状態で非常に良好な高
温特性を示すという事実によって立証されている。しか
し、ブレード材合金は中間の温度で不十分な強度を示す
ので、鋳造ブレード合金からディスク材合金への直接変
換は極めてありそうもないことである。さらに、ブレー
ド合金は鍛造するのが極めて困難であることが判明して
おり、しかもディスク合金からディスクを製造するのに
は鍛造が望ましいことが分かっている。また、ディスク
合金の耐亀裂成長性は評価されていない。したがって、
エンジン効率を上げると共に性能をさらによくするため
に、航空機エンジンに使用される特別な合金の一部とし
てのディスク合金の強度と温度性能を改良することが常
に望まれている。
As alloy products for use in turbines and jet engines have been developed, it has become clear that various properties are required for the parts used in various parts of engines and turbines. In the case of jet engines, the requirements placed on more advanced aircraft engine materials continue to become more stringent as aircraft engine performance requirements increase. This requirement is substantiated, for example, by the fact that many blade alloys exhibit very good high temperature properties in the cast state. However, direct conversion of cast blade alloys to disk material alloys is highly unlikely, as blade material alloys exhibit insufficient strength at intermediate temperatures. Additionally, blade alloys have proven to be extremely difficult to forge, and forging has proven desirable for producing disks from disk alloys. Furthermore, the crack growth resistance of the disk alloy has not been evaluated. therefore,
It is always desirable to improve the strength and temperature performance of disk alloys as part of special alloys used in aircraft engines in order to increase engine efficiency and further improve performance.

したがって、本発明に至った研究を遂行する上で求めら
れていたことは、疲れ亀裂伝播の時間依存性が小さいか
または中程度であり、さらに疲れ亀裂発生に対する抵抗
性が高いディスク合金の開発であった。加えて、・特性
のバランス、特に引張、クリープおよび疲れの特性のバ
ランスをとることが求められていた。さらに求められて
いたことは、亀裂成長現象の阻止に関して確立されてい
た合金系の強化であった。
Therefore, what was needed in carrying out the research that led to the present invention was the development of a disk alloy with low or moderate time dependence of fatigue crack propagation and with high resistance to fatigue crack initiation. there were. In addition, there was a need for a balance of properties, especially tensile, creep and fatigue properties. What was further needed was the strengthening of established alloy systems with respect to inhibiting crack growth phenomena.

本発明の超合金組成物およびその加工処理方法の開発で
は、疲れ特性に着目し、特に亀裂成長の時間依存性を扱
っている。
In the development of the superalloy composition and processing method thereof of the present invention, attention is paid to fatigue properties, and in particular, the time dependence of crack growth is addressed.

高強度合金物体における亀裂成長、すなわち亀裂伝播の
速度は、かかっている応力(σ)と亀裂の長さ(a)に
依存することが知られている。これらのふたつの因子は
破壊力学によって組合せられて、単一の亀裂成長駆動力
すなわち応力度因子(stress 1ntens1t
y factor ) Kになる。この因子にはσJi
に比例する。疲れ条件下で疲れサイクル中のこの応力度
はふたつの成分、すなわち反復成分と静的成分のふたつ
から成るとすることができる。前者は、反復応力度の最
大の変化(ΔK)、すなわちK11axとに、nとの差
を表わす。適度の温度の場合、静的破壊靭性KICが達
成されるまでは、亀裂成長は主として反復応力度(ΔK
)によって決定される。亀裂成長速度は数学的にda/
dN(X(ΔK) と表わされる。Nはサイクルの数を
示し、nは材料に依存する。反復頻度と波形形状は亀裂
成長速度を決定する重要ムパラメーターである。所定の
反復応力度では、小さめの反復頻度の方が速めの亀裂成
長速度を与えることになり得る。疲れ亀裂伝播のこの望
ましくない時間位7/、性の挙動は現存するほとんどの
高強度超合金で見ることができる。この時間依存性の現
象の複雑さに加えて、温度をある点より高く上げると、
亀裂は、反復成分がまったくかからない(すなわちΔに
一部)ある強度にの静的応力下で成長し得る。設計の目
標は、できるだけ小さくてできるだけ時間依存性の少な
いd a / d Nの値を見出すことである。応力度
の成分は、亀裂成長が反復および静的の両方の応力度、
すなわちΔにとKの関数となるように、ある温度範囲で
はお互いに相互作用することができる。
It is known that the rate of crack growth, or crack propagation, in high strength alloy bodies is dependent on the applied stress (σ) and the crack length (a). These two factors are combined by fracture mechanics into a single crack growth driving force, the stress factor.
y factor ) becomes K. This factor has σJi
is proportional to. Under fatigue conditions, this stress intensity during a fatigue cycle can be assumed to consist of two components: a repetitive component and a static component. The former represents the difference between n and the maximum change in cyclic stress (ΔK), ie, K11ax. At moderate temperatures, crack growth is primarily dependent on the cyclic stress (ΔK) until static fracture toughness KIC is achieved.
) is determined by The crack growth rate is mathematically da/
It is expressed as dN ( A smaller repetition frequency may result in a faster crack growth rate.This undesirable time for fatigue crack propagation, this behavior can be seen in most existing high-strength superalloys. Adding to the complexity of time-dependent phenomena, increasing the temperature above a certain point
A crack can grow under static stress of some intensity with no repetitive component (i.e., part of Δ). The design goal is to find a value of d a /d N that is as small as possible and as time-independent as possible. The components of the stress intensity are the stress intensity of crack growth, both repetitive and static;
That is, they can interact with each other in a certain temperature range as a function of Δ and K.

発明の簡IJtな説明 したがって、本発明のひとつの目的は、亀裂発生に対す
る抵抗性がより高くなったニッケル基超合金製品を提供
することである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION Accordingly, one object of the present invention is to provide a nickel-based superalloy product that is more resistant to cracking.

もうひとつ別の目的は、確立されている公知のニッケル
基超合金が亀裂を発生させ易いという傾向を低下せじめ
る方法を提供することである。
Another object is to provide a method for reducing the tendency of established known nickel-based superalloys to crack.

また、別の目的は、反復する高応力下で使用される疲れ
亀裂伝播に対する抵抗がより高くなった物品を提供する
ことである。
Another object is to provide an article that is more resistant to fatigue crack propagation when used under repeated high stresses.

さらに、別の目的は、ある範囲の頻度に亘って反復して
加えられる応力下の亀裂に対する抵抗性をニッケル基超
合金に付与できるようにする組成物と方法を提供するこ
とである。
Yet another object is to provide compositions and methods that enable nickel-based superalloys to be rendered resistant to cracking under repeated stresses over a range of frequencies.

その他の目的の一部は以下の説明から明らかであろうし
、一部は以下で指摘する。
Some of the other objectives will be apparent from the description below, and some will be pointed out below.

その−船釣な側面のひとつにおいて、本発明の目的は、
次の概略組成を有する組成物を提供することによって達
成することができる。
In one of its boat fishing aspects, the object of the present invention is to
This can be achieved by providing a composition having the following general composition.

成  分   組成物中の濃度(重量%)(下限量)〜
(上限Q) Ni     残部 Co    12〜18 Cr     7〜13 Mo     2〜4 AI     3〜5 Ti    3.5〜5.5 Ta     1〜2 Nb     3〜5 Zr    0.0〜0.10 V    0.O〜2.0 CO00〜0.20 Bo、0〜0.10 WO10〜1.0 本発明の目的は、また、その別な側面のひとつにおいて
、次の概略組成を有する組成物を提供することによって
達成することができる。
Component Concentration in composition (wt%) (lower limit amount) ~
(Upper limit Q) Ni Balance Co 12-18 Cr 7-13 Mo 2-4 AI 3-5 Ti 3.5-5.5 Ta 1-2 Nb 3-5 Zr 0.0-0.10 V 0. O~2.0 CO00~0.20 Bo, 0~0.10 WO10~1.0 Another object of the present invention is to provide a composition having the following general composition. This can be achieved by

成  分   組成物中の濃度(重量%)(下限量)〜
(上限量) NL     残部 Co    12〜18 Cr     7〜13 Mo     2〜4 AI     3〜5 Ti 3.5〜5.5 Ta     1〜2 Nb     3〜5 Re    0.0〜3.0 Hf    0.0〜0.75 2r    0.0〜0.10 vO90〜2.0 CO10〜0.20 Bo、0〜0.10 WO90〜1,0 YO0θ〜0.10゜ 以下の詳細説明は、添付の図面を参照するとより分かり
易くなるであろう。
Component Concentration in composition (wt%) (lower limit amount) ~
(Upper limit amount) NL remaining Co 12-18 Cr 7-13 Mo 2-4 AI 3-5 Ti 3.5-5.5 Ta 1-2 Nb 3-5 Re 0.0-3.0 Hf 0.0 ~0.75 2r 0.0~0.10 vO90~2.0 CO10~0.20 Bo, 0~0.10 WO90~1,0 YO0θ~0.10° For detailed explanation below, please refer to the attached drawings. It will be easier to understand if you refer to it.

発明の詳細な説明 本発明者は、高温で高強度を必要とする構造体に使用さ
れている現在市販の合金を研究することによって従来の
合金があるパターンをもっていることを発見した。この
パターンは、前記の最終レポートNASA  CR−1
65123にあるデータを本発明者が考案した方法で行
なったプロットに基づくものである。本発明者は、19
80年のこのNASAレポートのデータを、第1図に示
したパラメーターを用いてプロットした。第1図を見る
と明らかなように、これらのデータはほぼ対角線に沿っ
て並んでいる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION By studying currently commercially available alloys used in structures requiring high strength at high temperatures, the inventors have discovered that conventional alloys have a pattern. This pattern is similar to the final report NASA CR-1 mentioned above.
This is based on plotting data in No. 65123 using a method devised by the present inventor. The inventor is 19
Data from this 1980 NASA report was plotted using the parameters shown in Figure 1. As is clear from FIG. 1, these data are arranged almost diagonally.

第1図では、亀裂成長速度(インチ/サイクル)が極限
引張強さ(ksi)に対してプロットされている。個々
の合金はこのグラフ上にプラス(+)の記号で示しであ
るが、゛この記号は、それぞれの合金に特徴的な極限引
張強さ(ksi)におけるその合金の対応する特性であ
る亀裂成長速度(インチ/サイクル)を示している。見
て分かるように、滞留時間900秒と表示した直線は、
これら従来周知の合金の亀裂成長速度と極限引張強さと
の間の特徴的な関係を示している。このグラフの底部に
は、表示した十の記号の点に対応する類似のデータの点
が、0.33ヘルツ(Hz)すなわちいいかえるとより
高めの頻度で行なった亀裂伝播速度試験に関して示され
ている。菱形で示されたデータは、このグラフの上部に
示したそれぞれの合金に対して、0.33Hzと表示し
た直線に沿った領域にある。
In FIG. 1, crack growth rate (in/cycle) is plotted against ultimate tensile strength (ksi). Individual alloys are indicated on this graph by a plus (+) symbol, which represents the corresponding property of crack growth at the ultimate tensile strength (ksi) characteristic of each alloy. Shows speed (inch/cycle). As you can see, the straight line indicating the residence time of 900 seconds is
A characteristic relationship between crack growth rate and ultimate tensile strength of these conventionally known alloys is shown. At the bottom of this graph, similar data points corresponding to the displayed ten points are shown for crack propagation rate tests conducted at 0.33 hertz (Hz), or in other words, at a higher frequency. . The data shown as diamonds lies in the region along the line labeled 0.33 Hz for each alloy shown at the top of this graph.

第1図から明らかになるように、長い滞留時間に対して
このグラフの右下隅の座標をもつ合金組成物はないとい
うことである。実際、長めの滞留時間の亀裂成長試験に
対するデータの点はすべてこのグラフの対角線に沿って
並んでいるので、形成される合金組成物はいずれもこの
グラフの対角線(;沿ったどこかに位置することになる
ように思われた。いいかえると、第1図にプロットした
パラメーターに従って長い滞留時間で高い極限引張強さ
と低い亀裂成長速度とを両方とも有する合金組成物を見
出すことはできないように見えた。
As is clear from Figure 1, there is no alloy composition with the coordinates in the lower right corner of this graph for long residence times. In fact, all of the data points for the longer dwell time crack growth tests are along the diagonal of this graph, so any alloy composition that is formed will fall somewhere along the diagonal of this graph. In other words, it appeared impossible to find an alloy composition that had both high ultimate tensile strength and low crack growth rate at long residence times according to the parameters plotted in Figure 1. .

しかし、本発明者は、高い極限強度と低い亀裂成長速度
とのユニークな組合せを達成することが可能な組成を有
する合金を製造することが可能であることを発見した。
However, the inventors have discovered that it is possible to produce alloys with compositions that are capable of achieving a unique combination of high ultimate strength and low crack growth rates.

本発明者が仮説的に到達した結論のひとつは、クロム濃
度が各種合金の亀裂成長速度に対してなんらかの影響を
及ぼし得るということであった。
One of the conclusions reached hypothetically by the inventors was that chromium concentration could have some effect on the crack growth rate of various alloys.

このため、本発明者は亀裂成長速度に対してクロム含r
i(重量%)をプロットした。このプロットの結果を第
2図に示す。この図で、クロム含量は約9%から約19
%まで変化していることが分かり、対応する亀裂成長速
度の測定値は、クロム含量が増大すると共に一般に亀裂
成長速度が低下することを示している。このグラフによ
ると、クロム含量が低くて、しかも同時に、長い滞留時
間で低い亀裂成長速度も有する合金組成物を考案するこ
とは極めて困難であるかまたは不可能であるかもしれな
いように思われた。
For this reason, the present inventor found that the crack growth rate is affected by the chromium content.
i (wt%) was plotted. The results of this plot are shown in FIG. In this figure, the chromium content ranges from about 9% to about 19%.
% and the corresponding crack growth rate measurements show that the crack growth rate generally decreases with increasing chromium content. According to this graph, it appeared that it may be extremely difficult or impossible to devise an alloy composition that has a low chromium content and, at the same time, a low crack growth rate at a long residence time. .

しかしながら、本発明者は、ある超合金組成物の成分を
組合せて適切に合金化すると、低いクロム含量と長い滞
留時間での低い亀裂成長速度とを両方とも有する組成物
を形成することが可能であることを見出じた。
However, the inventors have demonstrated that when the components of certain superalloy compositions are combined and properly alloyed, it is possible to form compositions that have both low chromium content and low crack growth rates at long residence times. I discovered something.

試験片に応力をかける際の保持時間と亀裂成長が変化す
る速度との関係の一例を第3図に示す。
FIG. 3 shows an example of the relationship between the holding time when stress is applied to a test piece and the rate at which crack growth changes.

この図では、亀裂成長速度の対数を縦軸に、滞留時間ま
たは保持時間(秒)を横軸にプロットしである。5X1
0’という亀裂成長速度は、反復応力度因子が25 k
 s i / i nの場合理想的な速度であると見ら
れるかもしれない。もし理想的な合金が形成されれば、
その合金は亀裂または試片に応力をかけている保持時間
の間ずっとこの速度を示すであろう。そのような現象は
第3図の直線(a)で表わされるであろう。この直線は
、亀裂成長速度が試片に応力をかけている間、保持時間
または滞留時間と本質的に無関係であることを示してい
る。
In this figure, the logarithm of the crack growth rate is plotted on the vertical axis and the residence time or holding time (seconds) is plotted on the horizontal axis. 5X1
A crack growth rate of 0' means that the cyclic stress factor is 25 k
The case of s i / i n may be seen as the ideal speed. If an ideal alloy is formed,
The alloy will exhibit this rate throughout the crack or hold time stressing the specimen. Such a phenomenon would be represented by straight line (a) in FIG. This straight line indicates that the crack growth rate is essentially independent of the holding or residence time while stressing the specimen.

これとは対照的に、現実の亀裂生成現象により近い現実
に即した非理想的な亀裂成長速度を、第3図に曲線(b
)として示す。数秒以内の非常に短い保持時間の間、理
想的な線(a)と実際的ム曲線(b)はあまり大きく離
れないことが分かる。
In contrast, the curve (b
). It can be seen that for very short holding times, within a few seconds, the ideal line (a) and the practical curve (b) do not deviate too much.

このように高い頻度すなわち短い保持時間で試料に応力
をかける場合には、亀裂成長速度は比較的低い。
When stressing the sample with such high frequency or short holding times, the crack growth rate is relatively low.

しかし、試料に応力をかける保持時間が長くなると、従
来の合金に対する実験で得られる結果は曲線(b)に従
う。したがって、応力負荷の頻度が低くなり応力負荷に
要する保持時間が長くなると、直線的な速度からのずれ
が大きくなることが分かる。約500秒という保持時間
を任意に選択してみると、亀裂成長速度は標準的な速度
の5×10 から5X10’へと100倍も増大し得る
5 ことが第3図から明らかである。
However, as the holding time to stress the sample increases, the experimental results for conventional alloys follow curve (b). Therefore, it can be seen that as the frequency of stress loading becomes lower and the holding time required for stress loading becomes longer, the deviation from the linear velocity increases. It is clear from FIG. 3 that by arbitrarily choosing a holding time of about 500 seconds, the crack growth rate can be increased by a factor of 100 from the standard rate of 5×10 to 5×10′.

ここでもまた、亀裂成長速度が時間に依存しなければ望
ましいことであろうし、これは保持時間が長くなり応力
をかける頻度が低くなるとき曲線(a)をたどることで
理想的に表現されるであろう。
Again, it would be desirable if the crack growth rate were independent of time, and this would ideally be represented by following curve (a) as the holding time increases and the frequency of stress application decreases. Probably.

驚くべきことに、本発明者は、超合金の成分を少しだけ
変えることによって、その合金の長い滞留時間での亀裂
成長伝播に対する抵抗性を大きく改良することが可能で
あることを見出した。換言すると、合金化の修正により
亀裂成長の速度を低下させることが可能であることが判
明したのである。さらに、合金の処理によって強度の増
大も可能である。そのような処理は主として熱処理であ
る。
Surprisingly, the inventors have discovered that by making small changes in the composition of the superalloy, it is possible to greatly improve the alloy's resistance to crack growth propagation at long residence times. In other words, it has been found that it is possible to reduce the rate of crack growth by modifying the alloying. Furthermore, it is also possible to increase the strength by processing the alloy. Such treatments are primarily heat treatments.

実施例 HK79といわれる合金を製造した。この合金の組成は
本質的に以下の通りであった。
An alloy designated as Example HK79 was produced. The composition of this alloy was essentially as follows.

成  分     濃度(重量%) Ni         残部 C015 C「        10 Mo          3 Al          4 Ti          3.55 Ta          1. 5O Nb          4 Re                0.OHf  
            0.OZr        
       0.06I C0.05 B                0.03Y   
           Oo 0゜この合金を各種の試
験に供した。その試験結果を第4〜10図にプロットし
た。ここで、「−8S」の文字をつけて表わしである合
金は、その合金に対してとったデータが「スーパーソル
バス」処理された材料に対して採取されたものである合
金である。すなわち、この材料に対して行なった高温の
固体状態熱処理は、強化性のγ′析出物が溶解する温度
よりは高くて初期融点よりは低い温度で行なった。この
結果、通常はその材料中の結晶粒度が粗くなる。強化性
のγ′相はその後の冷却および時効の際にふたたび析出
する。
Component Concentration (wt%) Ni Balance C015 C' 10 Mo 3 Al 4 Ti 3.55 Ta 1.5O Nb 4 Re 0.OHf
0. OZr
0.06I C0.05 B 0.03Y
Oo 0° This alloy was subjected to various tests. The test results are plotted in Figures 4-10. Here, alloys designated with the letters "-8S" are alloys for which the data collected for that alloy was collected for "supersolvus" treated material. That is, the high temperature solid state heat treatment performed on this material was above the temperature at which the reinforcing γ' precipitates dissolve, but below the initial melting point. This usually results in a coarser grain size in the material. The reinforcing γ' phase precipitates again during subsequent cooling and aging.

ここで第4図を参照すると、亀裂伝播速度(インチ/サ
イクル)が冷却速度(77分)に対してプロットされて
いる。ルネ(Rene’)  95− S SとHK7
9−SSのサンプルは、最大応力度因子で保持時間を1
000秒として12・00′Fの空気中で試験した。明
らかに、75下と350下で冷却したサンプルの場合、
HK79−8Sはルネ(Rene’)95−8Sよりず
っと低い亀裂成長速度を有している。1000℃以上の
速度で冷却されたサンプルのdp/dNは、同じ速度で
冷却されたルネ(Rene’> 95− S Sのサン
プルのd a / d Nより多少低い。このような超
合金から製造された部品に対する冷却速度の範囲は、1
00°F/分から600下/分の範囲であると予想され
ることに注意すべきである。
Referring now to FIG. 4, crack propagation rate (inches/cycle) is plotted against cooling rate (77 minutes). Rene' 95- SS and HK7
The 9-SS sample had a holding time of 1 at the maximum stress factor.
000 seconds and tested in air at 12.00'F. Obviously, for samples cooled below 75 and below 350,
HK79-8S has a much lower crack growth rate than Rene' 95-8S. The dp/dN of samples cooled at rates above 1000 °C is somewhat lower than that of samples with Rene'> 95- SS cooled at the same rate. The range of cooling rates for parts
It should be noted that it is expected to range from 00°F/min to below 600°F/min.

以上のことから明らかなように、本発明は、成分の種類
およびそれらの相対濃度の両方に関してユピークな組合
せの成分を有する合金を提供する。
As can be seen from the foregoing, the present invention provides an alloy having a unique combination of components both in terms of the types of components and their relative concentrations.

また、本発明によって提案される合金は亀裂伝播抑制に
関して新規で独特な能力を有していることも明らかであ
る。第4図から明らかなHK79−8S合金の低い亀裂
伝播速度d a / d Nは本発明独自の新規で顕著
な結果である。約400”F/分で冷却されたサンプル
でみられる約1.2×10−4というda/dNを第1
図にプロットすると、第1図のプロットの右下隅に位置
し、しかもそのプロットに示した0、33Hz線より下
になる。
It is also clear that the alloy proposed by the present invention has novel and unique capabilities in terms of crack propagation inhibition. The low crack propagation rate d a /d N of the HK79-8S alloy, which is clear from FIG. 4, is a novel and remarkable result unique to the present invention. The first da/dN of about 1.2 x 10-4 found in a sample cooled at about 400" F/min.
When plotted in the figure, it is located at the lower right corner of the plot in Figure 1, and is below the 0.33 Hz line shown in the plot.

同様に、第2図に関し、クロムが10%でda/dNが
1.2X10’という本発明のHK79−8S合金に対
するデータ点は、長い滞留時間の直線よりずっと下であ
って、0.33Hz試験に対する疲れ成長速度線に極め
て近いがそれより下になる。第4図に示した試験データ
は保持時間が1000秒のものであり、第2図のプロッ
トは滞留時間が900秒のものである。これに基づいて
考えると、本発明の合金に対するデータ点は、0゜33
Hz線に近い程度より900秒線の方にずっと近いはず
であり、その線より上になることもあるはずである。し
かしながら、実際みられるのはまさに逆である。これは
、成分の少しの違いが長いサイクルの疲れ試験において
亀裂伝播速度に対して劇的な相違をもたらし、特にその
ような速度を低下させるのに極めて重要な意味をもって
いるにしても、本発明の合金の成分がlN−100合金
でみられる成分とは少し相違するだけであるので極めて
驚くべきことである。本出願に添付した図面のグラフか
らも明らかなように、極めて望ましい強度やその他の性
質の組合せと共に驚くほど予想外の顕著な低い疲れ亀裂
伝播速度が得られるのは、まさに、この成分およびその
割合の小さな違いに基づくのである。
Similarly, with respect to Figure 2, the data points for the HK79-8S alloy of the present invention with 10% chromium and da/dN of 1.2X10' are well below the long residence time line and are well below the 0.33 Hz test. It is very close to, but below, the fatigue growth rate line for . The test data shown in Figure 4 is for a retention time of 1000 seconds, and the plot in Figure 2 is for a retention time of 900 seconds. Based on this, the data point for the alloy of the present invention is 0°33
It should be much closer to the 900 seconds line than it is to the Hz line, and it should even be above that line. However, in reality, exactly the opposite is observed. This is because small differences in composition can make dramatic differences to crack propagation rates in long cycle fatigue tests, and are particularly important in reducing such rates. This is quite surprising since the composition of the alloy differs only slightly from that found in the IN-100 alloy. As is clear from the graphs in the drawings accompanying this application, it is precisely this component and its proportions that result in the surprisingly unexpected and significant low fatigue crack propagation rates along with the highly desirable combination of strength and other properties. It is based on small differences in

本発明の合金のその他の性質に関して、第5〜10図を
参照して以下に説明する。
Other properties of the alloy of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 5-10.

本発明の合金はいくつかの点でlN−100に類似して
いるが、本発明の合金をlN−100よりずっと強い合
金と比較するための基礎とするために、本発明の合金と
ルネ(Rθne’)95−SSのサンプルの比較試験を
実施した。750°Fで得られた引張試験結果を第5図
と第6図に、また1400下で得られた引張試験結果に
ついては第7図と第8図にプロットした。
The alloy of the present invention is similar to IN-100 in some respects, but in order to provide a basis for comparing the alloy of the present invention with alloys that are much stronger than IN-100, the alloy of the present invention and Rene ( A comparative test was conducted on samples of Rθne')95-SS. The tensile test results obtained at 750° F. are plotted in FIGS. 5 and 6, and the tensile test results obtained at 1400° F. are plotted in FIGS. 7 and 8.

まず、第5図にプロットした試験データを参照する。第
5図には、750”Fで試験を行なった2種の合金サン
プルHK79−SSとルネ(Rene’)95−8Sに
ついて、降伏応力(ksl)と冷却速度(′F/分)と
の関係がプロットされている。
First, reference is made to the test data plotted in FIG. Figure 5 shows the relationship between yield stress (ksl) and cooling rate ('F/min) for two alloy samples HK79-SS and Rene' 95-8S tested at 750''F. is plotted.

このプロットで、部品が使用されると期待される冷却速
度範囲においてルネ(Rene“)95−SSサンプル
と比較するとHK79−SS合金サンプルの優秀さが明
らかである。HK79−SSとルネ(Rene’) 9
5− S Sのサンプルはどちらもすべて粉末冶金技術
によって製造したものであり、したがって強度およびそ
の他の性質の点でお互いに非常に良く似ている。
This plot clearly shows the superiority of the HK79-SS alloy sample when compared to the Rene' 95-SS sample over the range of cooling rates in which the part is expected to be used. ) 9
Both samples of 5-SS were all manufactured by powder metallurgy techniques and are therefore very similar to each other in terms of strength and other properties.

第6図は、上記の実施例に従って製造した合金HK79
−SSのサンプルおよび比較としてのルネ(Rcne’
) 95− S Sのサンプルニツイテ、極限引張強さ
(ksi)を冷却速度(F7分)に対してプロットした
ものである。試験したサンプルは750°Fで測定した
。ルネ(Rene’) 95が市販されている公知の超
合金の中で最強のもののひとつであることはよく知られ
ている。第6図から明らかなように、HK79−SS合
金とルネ(Rcne’)95−SS合金のそれぞれのサ
ンプルに対して行なった極限引張強さの測定の結果は、
HK79−SS合金が実際ルネ(Rene’) 95−
 S S材料より高い引張強さ、特に極限引張強さを有
しているということを示した。
Figure 6 shows the alloy HK79 produced according to the above example.
-Rcne' as a SS sample and comparison
) 95-SS sample series, ultimate tensile strength (ksi) is plotted against cooling rate (F7 min). The samples tested were measured at 750°F. It is well known that Rene' 95 is one of the strongest known commercially available superalloys. As is clear from Fig. 6, the results of ultimate tensile strength measurements conducted on samples of HK79-SS alloy and Rcne' 95-SS alloy are as follows:
HK79-SS alloy is actually Rene'95-
It has been shown that it has higher tensile strength, especially ultimate tensile strength, than SS materials.

第7図のプロットから明らかなように、本発明の合金が
有する1 400”Fでの降伏強さの範囲は、約75°
F/分で冷却された合金サンプルの約153から、10
00@F/分以上で冷却されたサンプルの165以上の
降伏応力までに亘っている。
As can be seen from the plot in FIG.
From about 153 of the alloy sample cooled at F/min to 10
It ranges to yield stress of 165 or more for samples cooled at 000F/min or more.

そこで、第8図を参照すると、いずれも1400”Fで
試験した2種の合金サンプル、すなわちルネ(Rene
’) 95− S SとHK79−SSについて14.
00”Fでの極限引張強さと冷却速度(77分)との間
の関係をプロットしである。
Referring now to Figure 8, two alloy samples, both tested at 1400"F, namely Rene
') About 95-SS and HK79-SS 14.
The relationship between ultimate tensile strength at 00''F and cooling rate (77 minutes) is plotted.

第5〜8図にプロットしたデータは、さらに、本発明の
合金がルネ(Rcne’) 95の性質とほとんど同じ
引張強度特性を有していることも比較に基づいて示して
いる。
The data plotted in FIGS. 5-8 also show, by comparison, that the alloys of the present invention have nearly identical tensile strength properties to those of Rcne' 95.

ここで第9図を参照すると、このグラフは、いずれもア
ルゴン雰囲気中1400”F、80ksiで試験したH
K79−SSとルネ(Rene’) 95−8Sのサン
プルについて破壊寿命(時間)を冷却速度(77分)に
対してプロットしたものである。
Referring now to Figure 9, this graph shows the H
The fracture life (hours) is plotted against the cooling rate (77 minutes) for the K79-SS and Rene' 95-8S samples.

このグラフから明らかなように、HK79−3Sサンプ
ルの破壊寿命はこのサンプルが約75°F/分で冷却さ
れると500時間以上であり、このサンプルを1000
下/分以上で冷却すると破壊寿命は約800時間まで伸
びた。HK79−SSの破壊耐性は試験した冷却速度す
べてでルネ(Rene’)95−5Sより秀れているこ
とが示されている。
As is clear from this graph, the fracture life of the HK79-3S sample is over 500 hours when the sample is cooled at approximately 75°F/min;
Cooling at a rate of 1/min or more increased the fracture life to about 800 hours. The fracture resistance of HK79-SS has been shown to be superior to Rene' 95-5S at all cooling rates tested.

まったく同じではないが似ているグラフを第10図に示
す。第10図では、応力破壊寿命が100時間であると
した場合のサンプルに関して相当温度を縦軸にプロット
しである。いいかえると、第10図のプロットは、アル
ゴン中gQksi。
A similar but not identical graph is shown in Figure 10. In FIG. 10, the equivalent temperature is plotted on the vertical axis for a sample with a stress rupture life of 100 hours. In other words, the plot in Figure 10 is gQksi in argon.

1400”Fで試験したサンプルが100時間耐えられ
る温度を示している。ここでもまた、冷却速度を基準に
して100時間応力破壊耐性に対する温度の相違がこの
グラフから明らかである。
The sample tested at 1400"F shows the temperature it can withstand for 100 hours. Again, the difference in temperature for 100 hour stress rupture resistance based on cooling rate is evident from this graph.

さらに、疲れ亀裂伝播の抑制に関して、本発明の合金は
、ルネ((Rene’) 95、特にこのような合金の
工業生産で使用されるはずの100°F/分〜600下
/分の冷却速度で製造された合金よりずっと秀れている
Furthermore, with respect to the suppression of fatigue crack propagation, the alloys of the present invention have a cooling rate of 100°F/min to below 600°F/min, which would be used in the industrial production of Rene' 95, especially such alloys. Much superior to alloys manufactured in

本発明の達成に関して顕著であることは、lN−100
合金の成分と比較してHK79合金の成分の変化は比較
的小さくて、疲れ亀裂伝播耐性が大幅に改良されること
である。
What is remarkable about the achievement of the present invention is that lN-100
Compared with the composition of the alloy, the change in the composition of the HK79 alloy is relatively small, resulting in a significant improvement in fatigue crack propagation resistance.

合金組成の小さい変化を例示するめたにlN−100と
HK79の両者の成分を以下に挙げる。
The components of both IN-100 and HK79 are listed below to illustrate the small changes in alloy composition.

表   I 成分  HK Ni   57゜ Co   15 Cr   10 Mo    3 79   1N−100 8160,55 5 0 AI      4            5.5T
i      3. 55       4. 7Ta
      1. 5 Nb      4 Zr      0.060,06 V       1           1C0.8
50,18 B       0.030,01 上の表1から明らかなように、合金HK79の組成と比
べて合金lN−100の組成で意味のある違いは、本発
明の合金ではアルミニウムが1゜5重量%、チタンが1
615重量%減っており、1.5重量%のタンタルと4
.0重量%のニオブが添加されていることだけである。
Table I Ingredients HK Ni 57°Co 15 Cr 10 Mo 3 79 1N-100 8160,55 5 0 AI 4 5.5T
i3. 55 4. 7Ta
1. 5 Nb 4 Zr 0.060,06 V 1 1C0.8
50,18 B 0.030,01 As is clear from Table 1 above, the only meaningful difference in the composition of alloy 1N-100 compared to the composition of alloy HK79 is that in the alloy of the present invention, aluminum is %, titanium is 1
615% by weight, 1.5% by weight of tantalum and 4
.. Only 0% by weight of niobium is added.

このような組成の変化によって、合金の基本的な強度特
性をルネ(Rene’) 95の強度特性まで強化また
は改良しながら、同時にこの合金の長い滞留時間のとき
の疲れ亀裂抑制を得ることができるということはむしろ
驚くべきことであると思われる。しかし、これは、添付
の図面に挙げ、上で詳細に述べたデータによって明らか
にされているように、まさにこの組成の変化の結果なの
である。
Such compositional changes can enhance or improve the basic strength properties of the alloy to those of Rene' 95, while at the same time providing fatigue crack suppression during long residence times for this alloy. That seems rather surprising. However, this is precisely the result of this compositional change, as evidenced by the data listed in the accompanying drawings and detailed above.

上記のような特性の顕著な変化に関係しない成分のその
他の変更、特に添加する成分の少なめの変更をしてもよ
い。たとえば、HK−79合金で見出された特性のユニ
ークで有益な組合せを変更することなく、特にそのよう
な特性を損うことのむい程度にレニウムを少量添加して
もよい。
Other changes in the components that are not related to the above-mentioned significant changes in properties, particularly changes in the amount of added components, may be made. For example, small amounts of rhenium may be added without altering the unique and beneficial combination of properties found in the HK-79 alloy, particularly without detracting from such properties.

本発明の合金を特に亀裂伝播の抑制に関して独特に有利
な割合を与える成分および成分のパーセントの点から記
載して来たが、その他の成分、たとえばイツトリウム、
ハフニウムなどを新規な亀裂伝播抑制に干渉することの
ないパーセントで組成物中に含ませることができるとい
うことが分かるで、あろう。たとえば、0〜0.1%程
度の少量のイツトリウムを、本発明の合金のユニークで
価値の高い組合せの特性を損うことなく本発明の合金中
に含ませることができる。
Although the alloys of the present invention have been described in terms of components and percentages of components that provide uniquely advantageous proportions with respect to crack propagation inhibition, other components, such as yttrium,
It will be appreciated that hafnium and the like can be included in the composition in percentages that do not interfere with the novel crack propagation control. For example, small amounts of yttrium, on the order of 0-0.1%, can be included in the alloys of the present invention without detracting from the unique and valuable combination of properties of the alloys.

【図面の簡単な説明】 第1図は、650℃での疲れ亀裂伝播(30ksiにお
けるΔK)について、極限引張強さ(ksi)に対して
疲れ亀裂成長(インチ/サイクル)を対数目盛りでプロ
ットしたグラフである。 第2図は、第1図と同様な試験結果をプロットしたグラ
フであるが、横軸はクロム含量(it量%)を表わして
いる。 第3図は、試験片に反復して応力をかけた場合の保持時
間(秒)に対して亀裂成長速度の対数をプロットしたグ
ラフである。 第4図は、亀裂伝播速度da/dN(インチ/サイクル
)を冷却速度(下7分)に対してプロットしたグラフで
ある。試験条件:1200”F、空気中、R−0,05
,1000秒の保持時間、25ksl J丘のΔに0 第5図は、対数目盛りの冷却速度(F7分)に対してプ
ロットした7 50”Fでの降伏応力(ksi)のグラ
フである。 第6図は、対数目盛りの冷却速度(′F/分)に対して
プロットした750”Fでの極限引張強さ(ksl)の
グラフである。 第7図は、冷却速度(”F/分)に対してプロットした
1 400@Fでの降伏応力(ksi)のグラフである
。 第8図は、冷却速度(F7分)に対してプロットした1
400下での極限引張強さ(ksi)のグラフである。 第9図は、アルゴン中1400@Fで80ksiにの応
力をかけた場合の破壊寿命(時間)を冷却速度(F7分
)に対してプロットしたグラフである。 第10図は、80ksiで100時間の寿命が期待でき
る温度(丁)を冷却速度(F7分)に対してプロットし
たグラフである。
[Brief Description of the Drawings] Figure 1 shows fatigue crack growth (in/cycle) plotted against ultimate tensile strength (ksi) on a logarithmic scale for fatigue crack propagation (ΔK at 30 ksi) at 650°C. It is a graph. FIG. 2 is a graph plotting the same test results as in FIG. 1, but the horizontal axis represents the chromium content (it amount %). FIG. 3 is a graph plotting the logarithm of the crack growth rate against the holding time (seconds) when stress is repeatedly applied to the test piece. FIG. 4 is a graph plotting the crack propagation rate da/dN (inch/cycle) against the cooling rate (bottom 7 minutes). Test conditions: 1200”F, in air, R-0.05
, 1000 seconds hold time, 25ksl J hill Δ is 0. Figure 5 is a graph of yield stress (ksi) at 750''F plotted against cooling rate (F7 min) on a logarithmic scale. Figure 6 is a graph of ultimate tensile strength (ksl) at 750''F plotted against cooling rate ('F/min) on a logarithmic scale. Figure 7 is a graph of yield stress (ksi) at 1400@F plotted against cooling rate (F/min). Figure 8 is a graph of yield stress (ksi) at 1400@F plotted against cooling rate (F7min). 1
400 is a graph of ultimate tensile strength (ksi) below 400. FIG. 9 is a graph plotting fracture life (hours) against cooling rate (F7 minutes) when a stress of 80 ksi is applied at 1400@F in argon. FIG. 10 is a graph plotting the temperature (in) at which a life of 100 hours can be expected at 80 ksi versus the cooling rate (F7 minutes).

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)以下の成分を以下の割合で含有する合金組成物: 成分 組成物中の濃度(重量%) Ni残部 Co12〜18 Cr7〜13 Mo2〜4 Al3〜5 Ti3.5〜5.5 Ta1〜2 Nb3〜5 Re0.0〜3.0 Hf0.0〜0.75 Zr0.00〜0.10 V0.0〜2.0 C0.0〜0.20 B0.01〜0.10 W0.0〜1.0 Y0.0〜0.1。(1) Alloy composition containing the following components in the following proportions: Ingredients Concentration in composition (wt%) Ni remainder Co12-18 Cr7~13 Mo2~4 Al3~5 Ti3.5~5.5 Ta1~2 Nb3~5 Re0.0~3.0 Hf0.0~0.75 Zr0.00~0.10 V0.0~2.0 C0.0~0.20 B0.01~0.10 W0.0~1.0 Y0.0-0.1. (2)約600°F/分以下の速度で冷却されている請
求項1記載の組成物。
2. The composition of claim 1, wherein the composition is cooled at a rate of no more than about 600°F/min.
(3)50〜600°F/分の速度で冷却されている請
求項1記載の組成物。
3. The composition of claim 1, wherein the composition is cooled at a rate of 50 to 600 F/min.
(4)以下の成分を以下の割合で含有する合金組成物: 成分 組成物中の濃度(重量%) Ni残部 Co15 Cr10 Mo3 Al4 Ti3.55 Ta1.5 Nb4 Zr0.06 V1 C0.05 B0.03。(4) Alloy composition containing the following components in the following proportions: Ingredients Concentration in composition (wt%) Ni remainder Co15 Cr10 Mo3 Al4 Ti3.55 Ta1.5 Nb4 Zr0.06 V1 C0.05 B0.03. (5)約600°F/分以下の速度で冷却されている請
求項4記載の組成物。
5. The composition of claim 4, wherein the composition is cooled at a rate of no more than about 600°F/min.
(6)50〜600°F/分の速度で冷却されている請
求項4記載の組成物。
6. The composition of claim 4, wherein the composition is cooled at a rate of 50 to 600 degrees F per minute.
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