JPH04333540A

JPH04333540A - ニッケル基超合金およびそれから製造された単結晶形の工業用ガスタービン高温域部品

Info

Publication number: JPH04333540A
Application number: JP3348439A
Authority: JP
Inventors: Lance Gordon Peterson; ランス・ゴードン・ピーターソン; Ioannis Platon Vasatis; イオアニス・プラトン・バサティス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1992-11-20
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JP3286332B2; KR100224950B1; KR920012495A; EP0490527A1; NO914919L; NO914919D0; CN1062399A

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】

【０００１】

【発明の分野】本発明は超合金に関するものである。更
に詳しく言えば本発明は、新規なレニウム含有ニッケル
基合金およびかかる合金から製造された新規な単結晶形
のガスタービンエンジン羽根に関する。かかるガスター
ビンエンジン羽根は通常の運転条件下において特異な組
合せの機械的性質および耐食性を有しており、従って特
に工業用ガスタービンエンジンにおいて使用するのに適
している。

【０００２】

【発明の背景】単結晶形のガスタービンエンジン羽根は
、主要な機械的性質について見れば、等軸晶系の顕微鏡
組織を有するものよりも有利であることが知られている
。しばらくの間、かかる部品は軍事用航空機のジェット
エンジンの主たる製造業者によって使用されてきたが、
現在ではかかる技術を商業用航空機に適用する作業が進
行中である。

【０００３】それに伴い、工業用ガスタービンエンジン
においても等軸晶系の顕微鏡組織を有する羽根を単結晶
形の羽根と交換することが試みられている。そうすれば
、もっぱら結晶粒界強化相を生成させる目的で添加され
る元素を削除することができ、それによって脆い相の体
積分率を低下させると共に、元素の分配状態を変化させ
て合金強化相（γ’　相）を生成させることが可能とな
るはずである。

【０００４】合金元素の添加、低減および削除が主要な
性質に及ぼす効果を予測することは不可能であるから、
単結晶形の航空機用ガスタービンエンジン羽根の開発経
験をこの場合に適用することはほとんど価値が無い。

【０００５】

【発明の概要】本発明に従えば、特定の条件下では比較
的少量のレニウムが単結晶合金製品の機械的性質を劇的
に改善することが見出された。また、最適量を僅かに越
えただけでもそれらの性質が顕著に低下するという点か
ら見て、レニウムの量は極めて重要であることも判明し
た。

【０００６】更にまた、ある種の条件下でかかる合金中
のアルミニウム／チタン比を逆転させると、最終製品の
機械的性質の顕著な改善が得られることも見出された。最後に、上記のごときレニウムの改善効果はこのような
アルミニウム／チタン比の変化には無関係であると共に
、かかる合金の破壊寿命は約２％のレニウム含量におい
て最大となることも見出された。

【０００７】本発明の新規な合金は、簡単に述べれば、
約１〜３％のレニウム、約１４％のクロム、約９．５％
のコバルト、約３．８％のタングステン、約２％のタン
タル、約１．５％のモリブデン、約０．０５％の炭素、
約０．００４％のホウ素、約３〜４．８％のアルミニウ
ム、アルミニウムに対応して約４．８〜３％のチタン、
および残部のニッケルから成るニッケル基超合金である
。

【０００８】

【発明の詳しい説明】本発明の好適な実施の態様に従え
ば、特に工業用ガスタービンエンジンの正規の運転温度
範囲（すなわち、１６００〜１８００°Ｆの温度範囲）
内において機械的性質の顕著な改善が得られるように単
結晶形ニッケル基超合金の組成が変更される。かかる目
的を達成するためには、炭素含量およびホウ素含量が実
質的に低減されると共に、タンタル含量が顕著に低減さ
れる。すなわち、単結晶の使用がもたらす利点を考慮し
ながら、各種の陸上用および船舶用ガスタービンエンジ
ンにおいて現在広く使用されているニッケル基合金の組
成が変更される。詳しく述べれば、炭素含量を１／２　
に（すなわち、０．１％から０．０５％に）低減させ、
ホウ素含量を１／３　に（すなわち、０．０１２％から
０．００４％に）低減させ、かつタンタル含量も（２．
８％から２．０％に）低減させることにより、結晶粒界
強化効果は大幅に排除される。更にまた、本発明に基づ
く一部の合金においては元来のアルミニウム含量（３％
）およびチタン含量（４．８％）が保持されるのに対し
、別の合金においてはそれらの含量が逆転される。

【０００９】本発明の実施に際しては、当業界において
広く使用されている公知の単結晶鋳造技術（好ましくは
引上げ法）に従い、上記のごとき新規な合金から単結晶
形のガスタービンエンジン羽根が鋳造される。所望なら
ば、得られた鋳造品に均質化のための処理を施すことも
できるし、また溶解状態のγ’　相を完全に析出させる
ための熱処理を施すこともできる。

【００１０】当業者が本発明を一層明確に理解し得るよ
うにするため、以下に実施例を示す。これらの実施例は
本発明の実施を例示するものでに過ぎないのであって、
本発明の範囲を制限するものではない。

【００１１】

【実施例１】下記のごとき組成を有する合金の溶融物を
調製した。

【００１２】クロム　　　　　　　　　　　　　　１４
％コバルト　　　　　　　　　　　　　　９．５％モリ
ブデン　　　　　　　　　　　　１．５％タングステン
　　　　　　　　　　３．８％アルミニウム　　　　　
　　　　　３％チタン　　　　　　　　　　　　　　　
　４．８％タンタル　　　　　　　　　　　　　　２％
炭素　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０５％
ホウ素　　　　　　　　　　　　　　　　０．００４％
ニッケル　　　　　　　　　　　　　　残　　部単結晶
鋳造品を製造するための引上げ法を使用することにより
、機械的性質を評価するための標準的な試験片を鋳造し
た。かかる鋳造品を２２〜２８°Ｆで２時間にわたり熱
処理し、毎分１０４°Ｆの速度で室温にまで冷却し、更
に１４７２°Ｆまで加熱してから２４時間にわたってそ
の温度に保ち、次いで室温にまで炉内冷却した。２７ｋｓｉ　（キロポンド／平方インチ）の応力を加え
ながら１８００°Ｆで試験したところ、かかる鋳造品の
破壊寿命は３０時間であった。

【００１３】

【実施例２】１％のレニウムを添加した点を除けば実施
例１の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を調製し、
実施例１の場合と同様にして鋳造品を製造し、次いでや
はり実施例１の場合と同様にしてそれの熱処理および試
験を行った。その結果、かかる鋳造品の破壊寿命は１８
００°Ｆ／２７００ｋｓｉ　の応力条件下において６０
時間であることが判明した。

【００１４】

【実施例３】２％のレニウムを含有する点を除けば実施
例１および２の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を
調製して鋳造し、次いで上記の場合と同様にして鋳造品
の熱処理および試験を行った。その結果、かかる鋳造品
の破壊寿命は１８００°Ｆ／２７００ｋｓｉ　の応力条
件下において１５０時間であることが判明した。

【００１５】

【実施例４】実施例１の実験と同様な別の実験を行った
。すなわち、下記のごとき組成を有する合金の溶融物を
調製した。

【００１６】クロム　　　　　　　　　　　　　　１４
％コバルト　　　　　　　　　　　　　　９．５％モリ
ブデン　　　　　　　　　　　　１．５％タングステン
　　　　　　　　　　３．８％アルミニウム　　　　　
　　　　　４．８％チタン　　　　　　　　　　　　　
　　　３％タンタル　　　　　　　　　　　　　　２％
炭素　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０５％
ホウ素　　　　　　　　　　　　　　　　０．００４％
ニッケル　　　　　　　　　　　　　　残　　部上記の
実施例中に記載されたごとくにして鋳造品の製造、熱処
理および試験を行ったところ、かかる鋳造品は１８００
°Ｆ／２７００ｋｓｉ　の応力条件下において約１５０
時間の破壊寿命を有することが判明した。

【００１７】

【実施例５】２％のレニウムを含有する点を除けば実施
例４の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を用いて単
結晶試験片を鋳造した。次いで、実施例４の場合と同様
にして鋳造品の熱処理および試験を行った。その結果、
かかる鋳造品は２７５時間を越える破壊寿命を有するこ
とが判明した。

【００１８】

【実施例６】チタン含量を３％から１．５％に変えかつ
レニウム含量を２％から３％に変えた点を除けば実施例
５の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を調製し、そ
してそれを用いて単結晶試験片を鋳造した。次いで、上
記の実施例中に記載されたごとくにして鋳造品の熱処理
を行い、そして同じ条件下で試験を行った。その結果、
かかる鋳造品は１６０時間の破壊寿命を有することが判
明した。

【００１９】なお、特に明記されない限り、本明細書中
に記載された百分率は重量百分率である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　約１〜３％のレニウム、約１４％のク
ロム、約９．５％のコバルト、約３．８％のタングステ
ン、約２％のタンタル、約１．５％のモリブデン、約０
．０５％の炭素、約０．００４％のホウ素、約３〜４．
８％のアルミニウム、アルミニウムに対応して約４．８
〜３％のチタン、および残部のニッケルから成るニッケ
ル基合金から製造されたことを特徴とする単結晶形の工
業用ガスタービン高温域部品。
【請求項２】　　前記ニッケル基合金が約２％のレニウ
ム、約１４％のクロム、約９．５％のコバルト、約１．
５％のモリブデン、約３．８％のタングステン、約４．
８％のアルミニウム、約３％のチタン、約２％のタンタ
ル、約０．０５％の炭素、約０．００４％のホウ素およ
び残部のニッケルから成る請求項１記載の単結晶形の工
業用ガスタービン高温域部品。
【請求項３】　　前記ニッケル基合金が約１４％のクロ
ム、約９．５％のコバルト、約５％のモリブデン、約３
．８％のタングステン、約２％のレニウム、約３％のア
ルミニウム、約４．８％のチタン、約２％のタンタル、
約０．０５％の炭素、約０．００４％のホウ素および残
部のニッケルから成る請求項１記載の単結晶形の工業用
ガスタービン高温域部品。
【請求項４】　　前記ニッケル基合金が約１４％のクロ
ム、約９．５％のコバルト、約５％のモリブデン、約３
．８％のタングステン、約３％のレニウム、約３％のア
ルミニウム、約４．８％のチタン、約２％のタンタル、
約０．０５％の炭素、約０．００４％のホウ素および残
部のニッケルから成る請求項１記載の単結晶形の工業用
ガスタービン高温域部品。
【請求項５】　　約１〜３％のレニウム、約１４％のク
ロム、約９．５％のコバルト、約３．８％のタングステ
ン、約２％のタンタル、約０．０５％の炭素、約０．０
０４％のホウ素、約３〜４．８％のアルミニウム、アル
ミニウムに対応して約４．８〜３％のチタン、および残
部のニッケルから成ることを特徴とする、単結晶形のガ
スタービンエンジン羽根を製造するために特に有用なニ
ッケル基超合金。
【請求項６】　　約２％のレニウム、約１４％のクロム
、約９．５％のコバルト、約３．８％のタングステン、
約２％のタンタル、約１．５％のモリブデン、約０．０
５％の炭素、約０．００４％のホウ素、約４．８％のア
ルミニウム、約３％のチタンおよび残部のニッケルから
成る請求項５記載のニッケル基超合金。
【請求項７】　　約１４％のクロム、約９．５％のコバ
ルト、約３．８％のタングステン、約２％のタンタル、
約２％のレニウム、約１．５％のモリブデン、約０．０
５％の炭素、約０．００４％のホウ素、約３％のアルミ
ニウム、約４．８％のチタンおよび残部のニッケルから
成る請求項５記載のニッケル基超合金。