JPH0441641A - 金型用ニッケル基超耐熱合金 - 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］ 本発明は金型用ニッケル基超耐熱合金に関し、さらに詳
しくは、高温に加熱された金型において鍛造を行なう超
耐熱合金の恒温鍛造等に使用することが可能な金型用ニ
ッケル基超耐熱合金に関するものである。

［従来技術］ 従来から、１０００℃以上の温度において使用される恒
温鍛造用の金型の材料としては、Ｍｏ基合金（ＴＺＭ）
が用いられてきている。

しかし、このＭｏ基合金は耐酸化性が劣っているので、
真空または不活性ガス中で鍛造を行なう必要がある。

従って、恒温鍛造を行なうための設備が複雑となり、作
業性が悪く、かつ、設備費が高いという問題があった。

しかして、−船釣には超耐熱合金は耐酸化性が良好であ
るので、大気中においても使用することは可能であるが
、１０００℃以上の温度においては、高温圧縮強度が不
足するため、恒温鍛造用の金型材料としては、１０００
℃以下の温度で使用しなければならないという問題があ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記に説明したように、従来において使用され
てきている高温度で使用される恒温鍛造用金型の材料と
しての、超耐熱合金の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研
究を行ない、検討を重ねた結果、耐酸化性および高温圧
縮強度に優れており、１０００〜１１５０℃の温度にお
いても、また、大気中においても使用することが可能な
恒温鍛造用の金型材料として、金型用ニッケル基超耐熱
合金を開発したのである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る金型用ニッケル基超耐熱合金は、（１）　
Ａ１３．０〜ｇ、５ｗｔ％、Ｔｉ　１．７〜４．８ｗｔ
％、Ｎｂ　０．８７〜２．５ｗｔ％ の内から選択された１種または２種以上を含有し、また
、 Ｍｏ　１３〜２５．Ｏｗｔ％、Ｗ　６．７〜１３ｗｔ％
の内から選択された１種または２種 を含有し、さらに、 Ｚｒ　０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．０４〜０．
０４〜０．２ｗｔ％、Ｓ　ｉ　０．０４〜２．５ｗｔ％ を含有し、かつ、体積％で、 γ相３０〜８８％、γ′１２〜６０％、α相２５〜１１
％ の相を有し、残部実質的にＮｉからなることを特徴とす
る金型用ニッケル基超耐熱合金を第１の発明とし、 （２）Ａｌ　３．０〜Ｂ、５ｗｔ％、Ｔｉ　１．７〜４
．８ｗｔ％、Ｎ　ｂ　０．８？−２，５ｗｔ％ の内から選択された１種または２種以上を含有し、また
、 Ｍｏ　１３〜２５．Ｏｗｔ％、Ｗ　６．７〜１３ｗｔ％
の内から選択された１種または２種 を含有し、さらに、 Ｚｒ　０．０１〜０．５ｗＬ％、Ｍｎ　０．０４〜０．
０４〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ０．０４〜２．５ｗｔ％ を含有し、および、 ＋−［０，０３〜２ｗｔ％、Ｔａ　０．３〜３ｗｔ％、
Ｃｒ　３−１０ｗｔ％ の１種または２種以上 を含有し、かつ、体積％で、 γ相３０〜８８％、γ′１２〜６０％、α相２５〜１１
％ の相を有し、残部実質的にＮｉからなることを特徴とす
る金型用ニッケル基超耐熱合金を第２の発明とする２つ
の発明よりなるものである。

本発明に係る金型用ニッケル基超耐熱合金について、以
下詳細に説明する。

先ず、本発明に係る金型用ニッケル基超耐熱合金の含有
成分および成分割合について説明する。

Ａ１は高温強度を付与するγ′相（Ｎ１３Ａｌ）を形成
して強度を上昇さＵ、さらに、合金表面に緻密なＡ１．
０３の皮膜を形成して、８００℃以上の高温耐酸化性を
著しく向上させる元素であり、含有量か３．０ｗｔ５未
満では耐酸化性を向上させるＡｌ５Ｏｓ皮膜の形成が少
な（、また、８．５ｗｔ％を越えて含有させるとγ′相
が過剰に形成され、さらに、β相（ＮｉＡｌ）が粗大化
し、共晶が品出して合金の圧縮変形応力が低下し、かつ
、鋳造性を悪化させる。よって、ＡＩ含有量は３．０〜
８．５ｗｔ％とする。

また、γ′相はＡＩと同様にＴｉ、Ｎｂを含有させるこ
とによっても強化することができるため、ＡＩ含有量の
一部または全部をＴｉ、Ｎｂと置換することにより高温
強度を増加させることができ、Ｔｉ含有量は１７〜４．
８ｗｔ％、Ｎｂ含有量は０．８７〜２．５ｗｔ％とする
。そして、Ｔｉ含有量が１．７ｗｔ％未満、Ｎｂ含有量
が０．８７ｗｔ％未満ではγ′相強化の効果は少なく、
また、Ｔｉ含有量が４．８ｗｔ％、Ｎｂ含有１２．５ｗ
ｔ％を越えて含有させるとγ′相が過剰に形成されたり
、β相が粗大化するという悶死大がある。よって、Ｔｉ
含有量は１．７〜４．８ｗＬ％、Ｎｂ含有量は０．８７
〜２，５ｗｔ％とする。

Ｍｏ５Ｗは母相のγ相を固溶強化すると同時に、Ｍｏも
しくはＷが富化しているα相を形成し、高温強度を高く
する元素である。即ち、γ′相は９５０℃以上の温度に
おいて軟化し、この軟化後の高温強度を維持するために
は、高融点金属のＭｏもしくはＷが富化しているα相を
体積率２．５〜１１％を分散させなけばならなない。そ
して、α相の体積率が２．５％未満では高温強度が低下
してしまい、また、１１％を越えるとα相が粗大な共晶
が晶出して合金の圧縮変形応力が低下する。

従って、α相は体積率で２．５〜１１％とするためには
、Ｍｏ含有量は１３〜２５．Ｏｗｔ％とするか、Ｍｏ含
有量の一部または全部を６．７〜ｌ　３ｗｔ％のＷと置
換する。そして、Ｍｏ、Ｗが共にこの範囲外では上記に
説明した体積率のα相を得ることができない。

なお、ＡＩをＴｉ５Ｎｂと、また、ＭＯをＷと置換する
場合、置換する元素の含有量をＡＩやＭＯと等原子％と
すれば、γ′相やα相の体積率を所望の範囲にし易いの
である。

Ｚｒは合金表面に形成されるＡＩ、０３皮膜の密着性を
改善し、高温耐酸化性を著しく向上させる元素であり、
含有量が０．０１ｗｔ％未満では耐酸化性の向上効果は
少なく、また、０．５ｗｔ％を越えて含有させると融点
が低下する。よって、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．５ｗ
ｔ％とする。

Ｍｎは脱酸効果を有する元素であり、含有量が０．０４
ｗｔ％未満ではこの効果は少なく、また、０．２Ｗ［％
を越えて含有させると耐酸化性が劣化する。

よって、Ｍｎ含有最は０．０４〜０．０４〜０．２ｗｔ
％とする。

Ｓｉは耐酸化性および鋳造性を改善し、かつ、溶湯を脱
酸する効果を有する元素であり、含有量が０，０４ｗｔ
％未満では耐酸化性向上効果は少なく、また、２．５ｗ
ｔ％を越えて含有させると靭性が低下する。よって、Ｓ
ｉ含有量は０．０４〜２．５ｗｔ％とする。

Ｈｆは合金表面にＡ　ｌ　ｔ　Ｏ３皮膜を形成する際に
、高温耐酸化性を著しく向上させる元素であり、含有量
が０．０３ｗｔ％未満では耐酸化性の向上効果は少なく
、また、２を越えて含有させると合金の融点が低下する
。よって、Ｈｆ含有量は０．０３〜０４〜０．２ｗｔ％
とする。

Ｔａは高温耐酸化性を改善する元素であり、含有量が０
ＪｖＬ％未満ではこのような効果は少なく、また、３ｗ
ｔ％を越えて含有させると高温強度が低下する。よって
、Ｔａ含有量は０．３〜３ｗｔ％とする。

Ｃｒは耐酸化性および延性を改善する元素であり、３ｗ
ｔ％未満ではこのような効果はなく、また、１０ｗｔ％
を越えて含有させるとγ相が析出し、延性が低下する。

よって、Ｃｒ含有量は３〜ｌ０ｗｔ％とする。

次に、γ相、γ′相およびα相からなる組織の、各相の
体積％について説明する。

即ち、従来のニッケル基超耐熱合金においては、γ相お
よびγ′相からなる組織であり、γ′相は９５０°Ｃ以
」二の温度において軟化する問題かあるか、本発明に係
る金型用ニッケル基超耐熱合金においては、このような
問題を解消するために、γ母相中にγ′相およびα相の
二相を形成させるのであり、そして、この各相は体積％
でγ相は３０〜８８％、γ′相は１２〜６０％、α相は
２５〜１１％とすることにより、優れた高温強度が得ら
れる。

しかして、γ′相およびα相はそれぞれ単独では変形応
力が高いので、γ′相は１２％維以上の体積％とし、α
相は２．５％以上の体積率とする必要があり、また、γ
′相の体積％６０％、α相の体積率１１％をそれぞれ越
える体積％であると、粗大な共晶が晶出して強度が低下
する。そして、γ相の体積％は、γ′相およびα相との
関連において３０〜８０％とする。

［実　施　例］ 本発明に係る金型用ニッケル基超耐熱合金の実施例を比
較例と共に説明する。

実施例 第１表に示す含有成分および成分割合の各種ニッケル合
金を、常法により溶解後、鋳造した。

この鋳造した各種合金を、温度１０５０℃および１１５
０℃において高温引張試験を行なった。

また、１２００℃の温度に１時間保持後、強制空冷をｌ
Ｏサイクル繰り返す耐酸化試験を行ない、腐蝕減量を測
定することにより、耐酸化性を評価した。

第２表から以下説明することがわかった。

従来材Ｎｏ、　１　（耐熱鋼）、Ｎｏ、２（Ｎｉ基超超
耐熱合金、Ｎｏ、３ＴＺＭ、Ｎｏ、４および比較材Ｎ０
０６〜Ｎｏ、Ｉ７は何れも高温強度、延性、耐酸化性、
融点に問題がある。

即ち、従来材Ｎｏ、ｌはＣＯ系耐熱鋼であるが、高温強
度が不足しており、また、従来材Ｎ００２は航空機エン
ジンの材料として優れているγ−γ相の２相組織を有し
ているＮｉ基超超耐熱合金あるが、１０５０℃のような
高温度においては強度が低下している。

従来材Ｎｏ、３はＭｏ基合金でＴＺＭであるが、耐酸化
性に問題がある。

従来材Ｎ０１４、従来材Ｎ０１５はＺｒが含有されてい
ないので、粒界強度に問題があり、延性が低い。

比較材Ｎｏ、６はＳｉの含有量が低いので、耐酸化性に
問題がある。

比較材Ｎ００７はＺｒ含有量が過剰であるために、融点
が１２２５℃に低下している。

比較材Ｎｏ、８はＺｒ含有量が低いため、耐酸化性、延
性が低い。

比較材Ｎｏ、９はＺｒ含有量が過剰であるために、融点
が１２２５℃に低下している。

比較材Ｎｏ、　Ｉ　ＯはＨｆの含有量が過剰であるため
、融点が低下している。

比較材Ｎｏ、ＩＩはＴａの含有量が過剰であるために、
強度が低下している。

比較材Ｎｏ、　Ｉ　２はＣｒの含有量が過剰であるので
、延性が低下している。

比較材Ｎｏ、　１３はＭｏの含有量が不足しているので
、強度が不足している。

比較材Ｎｏ、　＋　４はＭｏの含有量が過剰であるので
、延性が低下している。

比較材Ｎｏ、　ｌ　５はＡＩの含有量が少ないので、強
度が不足している。

比較材Ｎｏ、］６はＡＩの含有量が過剰であるために、
延性が低下している。

比較材Ｎｏ、　１７はＷの含有量が過剰であるために、
延性が低下している。

しかし、本発明に係る金型用ニッケル基超耐熱合金のＮ
ｏ、　Ｉ　８〜２４は、第２表に示しであるように、強
度、延性、耐酸化性に優れており、高温鍛造金型用ニッ
ケル基超耐熱合金として高性能を示している。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る金型用ニッケル基超
耐熱合金は上記の構成を有しているものであるから、強
度、延性、および耐酸化性にも優れており、さらに、１
０００℃以上の温度における高温強度にも優れており、
高温における鍛造に使用する金型材料として高性能を有
するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ１３．０〜８．５ｗｔ％、Ｔｉ１．７〜４．８
   ｗｔ％、Ｎｂ０．８７〜２．５ｗｔ％ の内から選択された１種または２種以上 を含有し、また、 Ｍｏ１３〜２５．０ｗｔ％、Ｗ６．７〜１３ｗｔ％の内
   から選択された１種または２種 を含有し、さらに、 Ｚｒ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ０．０４〜０．２ｗ
   ｔ％、Ｓｉ０．０４〜２．５ｗｔ％ を含有し、かつ、体積％で、 γ相３０〜８８％、γ′１２〜６０％、 α相２．５〜１１％ の相を有し、残部実質的にＮｉからなることを特徴とす
   る金型用ニッケル基超耐熱合金。
2. （２）Ａｌ３．０〜８．５ｗｔ％、Ｔｉ１．７〜４．８
   ｗｔ％、Ｎｂ０．８７〜２．５ｗｔ％ の内から選択された１種または２種以上 を含有し、また、 Ｍｏ１３〜２５．０ｗｔ％、Ｗ６．７〜１３ｗｔ％の内
   から選択された１種または２種 を含有し、さらに、 Ｚｒ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ０．０４〜０．２ｗ
   ｔ％、Ｓｉ０．０４〜２．５ｗｔ％ を含有し、および、 Ｈｆ０．０３〜２ｗｔ％、Ｔａ０．３〜３ｗｔ％、Ｃｒ
   ３〜１０ｗｔ％ の１種または２種以上 を含有し、かつ、体積％で、 γ相３０〜８８％、γ′１２〜６０％、 α相２．５〜１１％ の相を有し、残部実質的にＮｉからなることを特徴とす
   る金型用ニッケル基超耐熱合金。