JPH0441642A

JPH0441642A - 高温強度および高温耐酸化性のすぐれたＮｉ基合金製恒温鍛造金型

Info

Publication number: JPH0441642A
Application number: JP14944690A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Mae; 前　義治
Original assignee: JISEDAI KOUKUUKI KIBAN GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: JISEDAI KOUKUUKI KIBAN GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 1990-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1992-02-12
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JP2732934B2

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〕この発明は、すぐれた高温強度と高温耐酸化性を有し、
したがってＴｉ基合金材およびＮｉ基合金材のいずれの
恒温鍛造にも使用することができるＮｉ基合金製恒温鍛
造金型に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば航空機部品などが、素材としてＴｉ基合金
材やＮｉ基合金材を用い、この素材と金型とを同一温度
に加熱した状態で鍛造を行なう恒温鍛造によって製造さ
れることは良く知られるところである。

また、恒温鍛造金型として、例えば特公昭６１４６５３
９号公報などに記載されるような、重量％で（以下％は
重ｊｉ９６を示す）、Ｗ　　：　９．５９６、　　　Ｃｏ：８％、Ｃ「：８％
、　　　　ａＪ：５．５％、Ｂ　　：　０．０１５％、
　　Ｔｉ：０．７％、Ｔａ：３．２％、　　　Ｚｒ：０
．０１％、Ｈｆ：１．５％、を含有し、残りがＮｊと不可避不純物（不可避不純物と
してのＣ：　０．１９％）からなる代表組成を有するＮ
ｉ基合金や、Ｔｉ：０．５％、　　　Ｚｒ：０．０１１１％、を含有
し、残りがＭｏと不可避不純物からなる代表組成を有す
るＭｏ基合金が用いられていることは良く知られるとこ
ろである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の従来Ｎｊ基合金製恒温鍛造金型は、比較
的良好な高温耐酸化性を有するので、Ｔ１基合金材の恒
温鍛造には使用することができるものの、高温強度が十
分でないためにＮｉ基合金材の恒温鍛造に用いるのは使
用寿命の点で経済的に難しく、また同じく上記従来Ｍｏ
基合金製恒温鍛造金型は、著しくすぐれた高温強度を有
する反面、高温耐酸化性のきわめて悪いものであるため
に、これを用いる場合には鍛造雰囲気を真空にするなど
の手段が必要であり、この一方で近年の鍛造機械の自動
化および省力化、さらに製品の低コスト化などに伴ない
、鍛造金型にもより一層の汎用化および使用寿命の延命
化か強く要求されるのが現状である。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の
従来Ｎｉ基合金製恒温鍛造金型に着目し、これの高温強
度を向上させてＮｉ基合金材の大気中での恒温鍛造を可
能ならしめると共に、高温耐酸化性のより一層の向上を
はかってＴｉ基合金材は勿論のこと、Ｎｉ基合金材の恒
温鍛造に用いた場合にも使用寿命のより一段の延命化を
可能ならしめるべく研究を行なった結果、恒温鍛造金型
を、Ｗ：１３〜１５％、　　　ｃｏ＝９〜ｌ１％、Ｃ「
：８〜１０％、　　　Ａｇ：４．７５〜５，７５％、Ｂ
　　：Ｏ，Ｏ１〜０，０２％、　Ｔｉ：１．５〜２．５
％、Ｎｂ：０．１〜０．６％、　Ｈｆ：１．５〜２．５
％、Ｍｏ　：　０．１〜１％、　　Ｔａ　：　０．１〜
１％、を含有し、残りがＮｉと不可避不純物（たたし不
可避不純物としてのＣ：０．２％以下）からなる組成を
有するＮｉ基合金で構成すると、この結果のＮｉ基合金
製恒温鍛造金型は、８００〜１２００℃の加熱温度範囲
に亘って、上記従来Ｎ＋基合金製恒温鍛造金型に比して
すぐれた高温強度を示すばかりでなく、上記従来Ｎｉ基
合金製恒温鍛造金型では、きわめて限られた使用回数で
恒温耐酸化性が急激に低下し、使用寿命に至るのに対し
て、より多くの使用回数後もすぐれた高温耐酸化性を保
持し、著しく長期に亘ってすぐれた性能を発揮するとい
う研究結果を得たのである。

この発明は、上記研究結果にもとづいてなされたもので
あって、以下に恒温鍛造金型を構成するＮｉ基合金の成
分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）　　ＷＷ成分には、γ相の素地に固溶して高温強度を向上させ
る作用があるが、その含有量が１３％未満では所望の高
温強度向上効果が得られず、一方その含有量が１５％を
越えると高温耐酸化性が低下するようになることから、
その含有量を１３〜１５％と定めた。

（ｂ）　　Ｃ。

Ｃｏ成分にも、Ｗと同様素地に固溶して高温強度を向上
させる作用があるが、その含有量が９％未満ては前記作
用に所望の効果か得られず、一方ＩＩ％を越えて含有さ
せても高温強度により一層の向上効果は得られず、経済
性を考慮して、その含有量を９〜１１％と定めた。

（ｃ）　　ＣｒＣｒ成分には、素地に固溶して高温耐酸化性を向上させ
る作用かあるが、その含有量か８％未満ては所望の高温
耐酸化性を確保することができず、一方その含有量か１
０％を越えると高温強度が低Ｆするようになることから
、その含有量を８〜１０％と定めた。

（ｄ）　　ｌ）へΩ成分には、Ｎｉと結合して、素地に微細均一に分散
析出するγプライム（Ｎ　ｓ　ａ　Ａ　１　）を形成し
、もって合金を析出強化し、高温強度を向上させる作用
かあるか、その含有量が４．７５％未満ては所望の高温
強度を確保することができす、一方その含有量か５７５
％を越えると素地に分散析出するγプライムの量か多す
ぎて鋳造割れなどを起し易くなることから、その含有量
を４．７５〜５　、７５９６と定めた。

（ｅ）　　ＢＢ成分には、粒界に優先的に析出して、合金の粒界割れ
を防止し、高温強度を向上させる作用があるが、その含
有量が０，０１％未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方その含を量が０．０２％を越えると、合金が
脆化するようになり、鋳造割れが発生し易くなることか
ら、その含有量を０．０１〜０．０２％と定めた。

（ｆ’）　　ＴｌＴ１成分には、γプライムに固溶して、高温強度を上昇
させる作用があるが、その含有量が１．５％未満では所
望のすぐれた高温強度を確保することができず、一方そ
の含有量が２．５％を越えると、脆化し、鋳造割れを起
し易くなることから、その含有量を１，５〜２．５％と
定めた。

（ｇ）　　ＮｂＮｂ成分にもγプライムに固溶して、高温強度を向上さ
せる作用があるか、その含有量が０．１％未満では所望
の高温強度を確保することができず、一方その含有量が
０．６％を越えると高温耐酸化性が急激に劣化するよう
になることから、その含有量を０．１〜０．６％と定め
た。

（ｈ）　　Ｈｆ’ Ｈｆ成分には、粒界の高温耐酸化性を向上させる作用が
あるが、その含有量が１．５％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が２．５％を越える
と鋳造欠陥が発生し易くなることから、その含有量を１
．５〜２．５％と定めた。

（ｉ）　　Ｍ。

Ｍｏ成分には、素地のγ相に固溶して、高温強度を向上
させる作用があるが、その含有量が０１％未満では所望
の高温強度を確保することができず、一方その含有量が
１％を越えると高温耐酸化性が著しく劣化するようにな
ることから、その含有量を０．１〜１％と定めた。

（ｊ）　　ＴａＴａ成分にも、Ｍｏ成分と共存した状態で、素地に固溶
して高温強度を向上させる作用があるが、その含有量が
０．１％未満では所望の高温強度が得られす、一方その
含有量が１％を越えると、高温耐酸化性が劣化するよう
になることから、その含有量を０．１〜１％と定めた。

（１１）　　不可避不純物としてのＣＣ成分が０２％を越えると、金属炭化物か形成されるよ
うになって、合金が脆化するばかりでなく、粒界腐食も
発生し易くなることから、その含有量を０，２％以下に
するのが望ましい。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明の恒温鍛造金型を実施例により具体的
に説明する。

通常の溶解法により、それぞれ第１表に示される成分組
成をもったＮｌ基合金を溶製し、鋳造することにより直
径：２０ｍｍＸ長さ：１５０ｍｍの寸法をもった高温引
張試験用、並びに直径コク０關Ｘ厚さ：１０ｍｍの寸法
をもった高温酸化試験用の本発明恒温鍛造金型材１〜９
、比較恒温鍛造金型材１〜１６、および従来恒温鍛造金
型材をそれぞれ製造した。

なお、比較恒温鍛造金型材１〜１６は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有ｆｆ１（第１表に※印を
付す）がこの発明の範囲から外れたＮｌ基合金で構成さ
れたものである。

つぎに、この結果得られた各種の恒温鍛造金型材につい
て、高温強度を評価する目的で、通常の恒温鍛造温度で
ある１１００℃での引張強さを測定し、また高温耐酸化
性を評価する目的で、大気中、２００℃から１１００℃
に加熱し、この１１００℃に３０分間保持後２００℃に
急冷を１サイクルとし、これを１００サイクルおよびｌ
０００サイクル行なった後の酸化増量を測定した。この
測定結果を第１表に示した。

さらに、第１表の本発明恒温鍛造金型材２および従来恒
温鍛造金型材の組成をもった溶湯から、精密鋳造にて、
外径：３００ｍｍ、中央ボス部直径：１００關、中央ボ
ス部厚さ＋７５＋ｎ＋ｍ、リム部厚さ：　２５ｍの寸法
をもったガスタービンエンジン用ディスクを製造するた
めのキャビティをもった外径：８００ｍｍの上下２つの
割り型の恒温鍛造金型を製造した。

つぎに、上記２種の恒温鍛造金型を用い、通常の粉末冶
金法で形成された、Ｎｉ−０，０３８％Ｃ−３，９％Ａ
、Ｑ　−０，０１５％Ｂ　−１５，５％Ｃｏ　−１１，
０％Ｃｒ　−０，４６％Ｈｆ　−１，７３％Ｎｂ　−３
，９％Ｔｉ　−６，１％Ｗ−０．０５％Ｚｒ−３％Ｍｏ
の組成、並びに直径＝２００■ｍ×厚さ：６５ＩＩ１１
の寸法をもった円板状Ｎ＋基焼結合金材からなるプリフ
ォームに、プリフォームおよび金型を１０５０℃に加熱
した状態で、大気中、恒温鍛造を施し、上記寸法のガス
タービンエンジン用ディスクを製造した。このガスター
ビンエンジン用ディスクの製造を、金型のキャビテイ面
に応力集中による割れが発生するまで行なったところ、
従来恒温鍛造金型では、５００個のディスク製造でキャ
ビテイ面に割れが発生したのに対して、本発明恒温鍛造
金型では、１０００個のディスクを製造した後でもキャ
ビテイ面に割れの発生は見られず、引続いての使用が可
能であった。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明恒温鍛造金型材１〜
９は、いずれも従来恒温鍛造金型材に比して一段とすぐ
れた高温強度および高温耐酸化性を示し、特に高温耐酸
化性に関し、本発明恒温鍛造金型材１〜９は、１０００
サイクル後も１００サイクル後とあまり変らない高温耐
酸化性を示すのに対して、従来恒温鍛造金型材は、１０
０サイクル後から酸化が急激に進行しはしめ、１０００
サイクル後の酸化は著しいものになることが明らかであ
る。

また、比較恒温鍛造金型材１〜１６に見られるように、
構成成分のうちのいずれかの成分含有量でもこの発明の
範囲から外れると、高温強度および高温耐酸化性のうち
の少なくともいずれかの特性が劣るようになることが明
らかである。

上述のように、この発明のＮｉ基合金製恒温鍛造金型は
、すぐれた高温強度と高温耐酸化性を有するので、Ｔｉ
基合金材の恒温鍛造は勿論のこと、従来Ｎｉ基合金製恒
温鍛造金型では鍛造か実用的に困難であったＮｉ基合金
材の大気中での恒温鍛造を可能とするばかりでなく、そ
の実用に際しても著しく長期に亘ってすぐれた性能を発
揮するなど工業上有用な特性を有するのである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｗ：１３〜１５％、Ｃｏ：９〜１１％、Ｃｒ：８
〜１０％、Ａｌ：４．７５〜５．７５％、Ｂ：０．０１
〜０．０２％、Ｔｉ：１．５〜２．５％、Ｎｂ：０．１
〜０．６％、Ｈｆ：１．５〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜
１％、Ｔａ：０．１〜１％、を含有し、残りがＮｉと不
可避不純物からなり、かつ不可避不純物としてのＣ含有
量が０．２％以下の組成（以上重量％）を有するＮｉ基
合金で構成したことを特徴とする高温強度および高温耐
酸化性のすぐれたＮｉ基合金製恒温鍛造金型。