JPH0514778B2 - - Google Patents
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- JPH0514778B2 JPH0514778B2 JP1329478A JP32947889A JPH0514778B2 JP H0514778 B2 JPH0514778 B2 JP H0514778B2 JP 1329478 A JP1329478 A JP 1329478A JP 32947889 A JP32947889 A JP 32947889A JP H0514778 B2 JPH0514778 B2 JP H0514778B2
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-
- G—PHYSICS
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- G16C20/50—Molecular design, e.g. of drugs
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Description
（産業上の利用分野）
この発明は、γ′析出強化型Ni基超合金設計に
関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、γ′析出強化型Ni基超合金の耐熱疲労性、高
温引張特性、耐高温腐食性等の種々の合金特性の
解析と、要求性能を満たす新規なγ′析出強化型
Ni基超合金の合金組成の探索を簡便かつ容易に、
しかも効率よく行うことのできるγ′析出強化型
Ni基超合金の設計支援装置に関するものである。 （従来の技術とその課題） 従来より、γ析出強化型Ni基超合金は、高温
強度に優れた耐熱合金として知られており、ジエ
ツトエンジン、発電用ガスタービン等の熱機関の
高温部材に広く用いられてきている。特に、熱機
関の動翼材には必要不可欠な材料として注目され
ているものである。熱機関の動翼材には、高温強
度に優れていることが極めて重要であり、この動
翼材の高温強度は熱機関の出力、効率等の性能に
多大な影響を及ぼす要因となつている。その一方
で、動翼材については、耐酸化性、耐硫化腐食
性、耐クリープ特性等の種々の特性が要求されて
もいる。航空宇宙技術関発への気運が高まるにつ
れて、より高温強度の高い、しかも上記したよう
な種々の特性をバランスよく有する新しいγ′析出
強化型Ni基超合金の関発が強く望まれてきてい
る。 しかしながら、そのような新合金を開発するの
は、従来では、必ずしも容易でないのが実情であ
つた。 すなわち、γ′析出強化型Ni基超合金を構成す
る構成元素としては、一般に、ベースとなるNi
の他に、Al、Co、Cr、Mo、Ｗ、Ti、Nb、Ta、
Hf等の10種以上の元素が知られており、これら
10種以上の構成元素を組合わせて、組成の異なる
合金を製造し、それら全ての特性を検証するに
は、多大の労力と時間を費やさなければならない
という問題があり、事実上、それは不可能でもあ
つた。仮に、上記の構成金属元素の組成を３階段
ずつ変化させたとしても、その組合わせは、実に
３の９乗、すなわち19683通りにも達する。実際
の合金開発には、これ以上に細かく組成を変化さ
せて検討する必要があり、その組合わせは莫大な
数となる。 このため、合金を構成する相の量比や構成元素
の割合を簡便かつ効率的に最適化することが望ま
れるが、現状では、唯一、PHACOMPと呼ばれ
る電子論を応用した相計算による有害相の判定技
術があるだけで、新合金開発のための決定的な方
策が見出されてはいない。 この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされ
たものであり、従来のγ′析出強化型Ni基超合金
開発についての欠点を解消し、γ′析出強化型Ni
基超合金の耐クリープ特性、高温引張特性、耐高
温腐食性等の種々の合金特性の解析と、要求性能
を満たす新規なγ′析出強化型Ni基超合金の合金
組成の探策を、簡便かつ容易に、しかも効率よく
行うことのできる新しいγ′析出強化型Ni基超合
金の設計支援装置を敵提供することを目的として
いる。 （課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとし
て、Ni基超合金の構成元素、組織因子計算式お
よび合金特性計算式を有する記憶装置、合金組成
を入力し、これを記憶装置に格納する入力装置、
記憶装置に格納した合金組成から組織因子を計算
し、かつ合金組成と算出した組織因子から合金特
性を計算する演算装置、および演算装置で算出し
た組織因子および合金特性を合金組成とともに表
示する表示装置からなることを特徴とするγ′析出
強化型Ni基超合金設計支援装置を提供する。 この装置においては、γ′相の構成と分配比の集
束計算およびγ′相量の集束計算を連動させて、γ
相およびγ′相の各々の組成と量比を計算する演算
装置を設けることを好ましい態様としている。 またこの発明は、Ni基超合金の構成元素、組
織因子および特性と、組織因子計算式および特性
計算式を有する記憶装置、１種以上の要求性能を
入力し、これを記憶装置に格納する入力装置、記
憶装置に格納した要求性能から合金組成を計算
し、かつ算出した合金組成から組織因子および合
金特性を演算して、これらを合金組成とともに記
憶装置に記憶させる演算装置、および演算装置で
算出した合金組成、組織因子および合金特性のリ
ストを表示する表示装置からなることを特徴とす
るγ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置をも提
供するものである。 この装置においては、γ′相の組成と量、Ｃ、Ｂ
およびZr量を自動的に変化させ、その各々につ
いて、γ相、炭化物およびぼう化物の組成を、順
次、計算し、次いで、これらをたし合わせて合金
組成を計算する演算装置を有することを好ましい
態様としている。 （作 用） この発明のγ′析出強化型Ni基超合金設計支援
装置においては、合金組成を入力すると、γ相と
γ′相の平衡計算式による集束計算が行われ、γ相
およびγ′相の各々の組成と量比を算出するととも
に、相安定性、格子定数、比重、単結晶材の初期
溶融温度およびγ′相完全固溶化温度などの組織因
子を自動的に算出することができる。また、入力
した合金組成と算出した組織因子から特性計算式
を用いて、クリーブ破断寿命、高温引張特性、耐
高温腐食性等の種々の合金特性を自動的に計算し
て、入力した合金組成とともに、算出した組織因
子および合金特性を表示することができる。 また、合金特性および／または組織因子から選
ばれる１種以上の要求性能を入力すると、γ′相の
組成と量、Ｃ、ＢおよびZr量を自動的に変化さ
せ、その各々について、γ相、炭化物およびほう
化物の組成を、順次、計算し、次いで、これらを
たし合わせて合金組成を自動的に算出することが
できる。さらに、算出した合金組成に基づく組織
因子および合金特性の計算が自動的に行われ、算
出した合金組成、組織因子および合金特性のリス
トを表示することができる。 合金特性の計算による合金解析および合金組成
の計算による合金探索は、表示装置を介して、シ
ユミレートすることができる。 （実施例） 以下、図面に沿つて実施例を示し、この発明の
γ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置について
さらに詳しく説明する。 第１図は、この発明のγ′析出強化型Ni基超合
金設計支援装置の構成例を例示したブロツク図で
ある。 この発明のγ′析出強化型Ni基超合金設計支援
装置においては、Ni、Co、Cr、Mo、Ｗ、Al、
Ti、Nb、Ta、Hf、Re、Fe、Ｃ、ＢおよびZrの
Ni基超合金の構成元素、組織因子計算式および
特性計算式を格納した記憶装置１、合金組成、あ
るいは１種以上の要求性能を入力し、記憶装置１
に格納する入力装置２、記憶装置１に格納した合
金組成から組織因子を計算し、かつ合金組成と算
出した組織因子から合金特性を計算する解析演算
部と、記憶装置１に格納した要求性能から合金組
成を計算し、かつ算出した合金組成から組織因子
および特性を計算して、これらを合金組成ととも
に記憶装置に記憶させる探索演算部とを有する演
算装置３、および演算装置３の解析演算部で算出
した組織因子および特性と入力した合金組成、ま
たは演算装置３の探索演算部で算出した合金組
成、組織因子および合金特性のリストを表示する
表示装置４の構成を有している。 このNi基超合金設計支援装置に入力し、かつ
計算できる代表的な組織因子と特性を例示したも
のが表１である。
関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、γ′析出強化型Ni基超合金の耐熱疲労性、高
温引張特性、耐高温腐食性等の種々の合金特性の
解析と、要求性能を満たす新規なγ′析出強化型
Ni基超合金の合金組成の探索を簡便かつ容易に、
しかも効率よく行うことのできるγ′析出強化型
Ni基超合金の設計支援装置に関するものである。 （従来の技術とその課題） 従来より、γ析出強化型Ni基超合金は、高温
強度に優れた耐熱合金として知られており、ジエ
ツトエンジン、発電用ガスタービン等の熱機関の
高温部材に広く用いられてきている。特に、熱機
関の動翼材には必要不可欠な材料として注目され
ているものである。熱機関の動翼材には、高温強
度に優れていることが極めて重要であり、この動
翼材の高温強度は熱機関の出力、効率等の性能に
多大な影響を及ぼす要因となつている。その一方
で、動翼材については、耐酸化性、耐硫化腐食
性、耐クリープ特性等の種々の特性が要求されて
もいる。航空宇宙技術関発への気運が高まるにつ
れて、より高温強度の高い、しかも上記したよう
な種々の特性をバランスよく有する新しいγ′析出
強化型Ni基超合金の関発が強く望まれてきてい
る。 しかしながら、そのような新合金を開発するの
は、従来では、必ずしも容易でないのが実情であ
つた。 すなわち、γ′析出強化型Ni基超合金を構成す
る構成元素としては、一般に、ベースとなるNi
の他に、Al、Co、Cr、Mo、Ｗ、Ti、Nb、Ta、
Hf等の10種以上の元素が知られており、これら
10種以上の構成元素を組合わせて、組成の異なる
合金を製造し、それら全ての特性を検証するに
は、多大の労力と時間を費やさなければならない
という問題があり、事実上、それは不可能でもあ
つた。仮に、上記の構成金属元素の組成を３階段
ずつ変化させたとしても、その組合わせは、実に
３の９乗、すなわち19683通りにも達する。実際
の合金開発には、これ以上に細かく組成を変化さ
せて検討する必要があり、その組合わせは莫大な
数となる。 このため、合金を構成する相の量比や構成元素
の割合を簡便かつ効率的に最適化することが望ま
れるが、現状では、唯一、PHACOMPと呼ばれ
る電子論を応用した相計算による有害相の判定技
術があるだけで、新合金開発のための決定的な方
策が見出されてはいない。 この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされ
たものであり、従来のγ′析出強化型Ni基超合金
開発についての欠点を解消し、γ′析出強化型Ni
基超合金の耐クリープ特性、高温引張特性、耐高
温腐食性等の種々の合金特性の解析と、要求性能
を満たす新規なγ′析出強化型Ni基超合金の合金
組成の探策を、簡便かつ容易に、しかも効率よく
行うことのできる新しいγ′析出強化型Ni基超合
金の設計支援装置を敵提供することを目的として
いる。 （課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとし
て、Ni基超合金の構成元素、組織因子計算式お
よび合金特性計算式を有する記憶装置、合金組成
を入力し、これを記憶装置に格納する入力装置、
記憶装置に格納した合金組成から組織因子を計算
し、かつ合金組成と算出した組織因子から合金特
性を計算する演算装置、および演算装置で算出し
た組織因子および合金特性を合金組成とともに表
示する表示装置からなることを特徴とするγ′析出
強化型Ni基超合金設計支援装置を提供する。 この装置においては、γ′相の構成と分配比の集
束計算およびγ′相量の集束計算を連動させて、γ
相およびγ′相の各々の組成と量比を計算する演算
装置を設けることを好ましい態様としている。 またこの発明は、Ni基超合金の構成元素、組
織因子および特性と、組織因子計算式および特性
計算式を有する記憶装置、１種以上の要求性能を
入力し、これを記憶装置に格納する入力装置、記
憶装置に格納した要求性能から合金組成を計算
し、かつ算出した合金組成から組織因子および合
金特性を演算して、これらを合金組成とともに記
憶装置に記憶させる演算装置、および演算装置で
算出した合金組成、組織因子および合金特性のリ
ストを表示する表示装置からなることを特徴とす
るγ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置をも提
供するものである。 この装置においては、γ′相の組成と量、Ｃ、Ｂ
およびZr量を自動的に変化させ、その各々につ
いて、γ相、炭化物およびぼう化物の組成を、順
次、計算し、次いで、これらをたし合わせて合金
組成を計算する演算装置を有することを好ましい
態様としている。 （作 用） この発明のγ′析出強化型Ni基超合金設計支援
装置においては、合金組成を入力すると、γ相と
γ′相の平衡計算式による集束計算が行われ、γ相
およびγ′相の各々の組成と量比を算出するととも
に、相安定性、格子定数、比重、単結晶材の初期
溶融温度およびγ′相完全固溶化温度などの組織因
子を自動的に算出することができる。また、入力
した合金組成と算出した組織因子から特性計算式
を用いて、クリーブ破断寿命、高温引張特性、耐
高温腐食性等の種々の合金特性を自動的に計算し
て、入力した合金組成とともに、算出した組織因
子および合金特性を表示することができる。 また、合金特性および／または組織因子から選
ばれる１種以上の要求性能を入力すると、γ′相の
組成と量、Ｃ、ＢおよびZr量を自動的に変化さ
せ、その各々について、γ相、炭化物およびほう
化物の組成を、順次、計算し、次いで、これらを
たし合わせて合金組成を自動的に算出することが
できる。さらに、算出した合金組成に基づく組織
因子および合金特性の計算が自動的に行われ、算
出した合金組成、組織因子および合金特性のリス
トを表示することができる。 合金特性の計算による合金解析および合金組成
の計算による合金探索は、表示装置を介して、シ
ユミレートすることができる。 （実施例） 以下、図面に沿つて実施例を示し、この発明の
γ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置について
さらに詳しく説明する。 第１図は、この発明のγ′析出強化型Ni基超合
金設計支援装置の構成例を例示したブロツク図で
ある。 この発明のγ′析出強化型Ni基超合金設計支援
装置においては、Ni、Co、Cr、Mo、Ｗ、Al、
Ti、Nb、Ta、Hf、Re、Fe、Ｃ、ＢおよびZrの
Ni基超合金の構成元素、組織因子計算式および
特性計算式を格納した記憶装置１、合金組成、あ
るいは１種以上の要求性能を入力し、記憶装置１
に格納する入力装置２、記憶装置１に格納した合
金組成から組織因子を計算し、かつ合金組成と算
出した組織因子から合金特性を計算する解析演算
部と、記憶装置１に格納した要求性能から合金組
成を計算し、かつ算出した合金組成から組織因子
および特性を計算して、これらを合金組成ととも
に記憶装置に記憶させる探索演算部とを有する演
算装置３、および演算装置３の解析演算部で算出
した組織因子および特性と入力した合金組成、ま
たは演算装置３の探索演算部で算出した合金組
成、組織因子および合金特性のリストを表示する
表示装置４の構成を有している。 このNi基超合金設計支援装置に入力し、かつ
計算できる代表的な組織因子と特性を例示したも
のが表１である。
【表】
第２図は、第１図に例示した設計支援装置のシ
ステムを例示したフローチヤートである。 この例に示したように、この発明のNi基超合
金設計支援装置においては、入力した合金組成か
らその合金の組織因子および特性を自動的に計算
し、出力する解析系５と、入力した要求特性を満
たす合金組成を自動的に探索して出力する探索系
６の２つの系を有している。使用目的に応じて、
解析系５または探索系６のいずれかを選択し、所
要の演算結果を引き出すことができるようにして
いる。このような解析系５または探索系６の選択
は、入力装置２で行うことができる。 次に、このNi基超合金設計支援装置による合
金特性の解析と合金組成の探索の各々について説
明する。 ＜合金特性の解析＞ 入力装置２を用いて、合金組成を入力すると、
演算装置３において、まず炭化物およびほう化物
の組成と量比の計算が行われる。 Ni基超合金を多結晶材として使用する場合に
は、通常、粒界強化元素としてＣおよびＢが添加
されている。これらのＣおよびＢは、主にNi基
超合金の粒界に、各々、炭化物およびほう化物と
して存在する。炭化物には、MC型、M23C6型、
M6C型の３種（Ｍ：金属元素）、ほう化物には、
M3B2型、M5B3型の２種（Ｍ：金属元素）が存
在する。 そこで、入力した合金組成から合金中に生成す
る炭化物およびほう化物の組成と量比を計算し、
これを合金組成から差引いて、Ni基超合金の主
要構成相であるγ相（固溶体相）とγ′相（Ni3Al
型金属化合物相）の２相領域の組成を算出する。
なお、Ni基超合金を単結晶材とする場合には、
ＣおよびＢの組成値を０として入力することがで
きる。このような炭化物およびほう化物の組成と
量比、γ相とγ′相の２相領域の組成の計算式は、
全て記憶装置１に格納されている。 次いで、算出したγ相とγ′相の２相領域の組成
から、合金特性に大きな影響を与えるγ相および
γ′相の各々の組成と量比を記憶装置１に格納して
いる平衡計算式に基づいて計算する。この平衡計
算式には、γ相と平衡するγ′相の組成が存在する
超平面の式、すなわちγ′面の式と、ｉ元素のγ相
中の元素濃度とｉ元素のγ′相中の濃度の比（ｉ
は、Co、Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、Ta、Hf、
ReおよびFeを示す）で示される分配比の式を用
いている。 これらのγ′面の式および分配比の式は、各々、
既存のNi基超合金を重回帰分析した分析データ
に基づいて作成されている。 γ′面の式は、次の式のようなγ′相中の構成元
素の濃度の関数として示されている。 γ′相中のAl濃度 ＝ｆ（γ′相中のCo、Cr、Mo、Ｗ、Ti、
Nb、Ta、Hf、ReおよびFeの濃度（at
％））… また、分配比の式も、次の式のようなγ′相中
の構成元素の濃度の関数として示されている。 ｉ元素分配比 ＝g1（γ′相中のCo、Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、
Ta、Hf、ReおよびFeの濃度（at％））…
ただし、ｉは、Co、Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、
Nb、Ta、Hf、ReおよびFeを示す。 これらのおよび式を用いて、第３図に示し
たようなシステムフローに基づく反復収束計算を
行い、γ相およびγ′相の各々の組成と量比を算出
する。 第３図に例示したように、演算装置３には、
γ′相量と分配比の初期値から、γ′相の組成と分配
比の収束計算を行うループ７とγ′相量の収束計算
を行う別のループ８を設けており、また、これら
のループ７，８による反復収束計算を連動させて
行うようにしてもいる。この２重反復収束計算に
よつて、精度の高いγ相およびγ′相の各々の組成
と量比が得られる。なお、入力した合金組成から
有害相が生成する場合や、γ相単相となり、γ′相
が析出しない場合などには、第１図に示した表示
装置４にその旨が表示される。この場合には、合
金組成を入力し直し、再度、γ相およびγ′相の
各々の組成と量比を計算することができる。 γ相およびγ′相の各々の組成と量比を算出した
後に、表１に例示したような他の組織因子と特性
の計算を行う。組織因子の計算式および特性の計
算式も、全て記憶装置１に格納されている。 この発明のNi基超合金設計支援装置において
は、合金の特性計算式を既存のデータを重回帰分
析し、合金組成と組織因子の関数としていること
をひとつの特徴としている。これによつて、表１
に例示したような種々の合金特性を演算装置３で
計算することを可能にしている。 算出した組成因子と合金特性は、入力した合金
組成とともに、表示装置４に表示される。 次に、この発明のNi基超合金設計支援装置に
より、合金特性を解析した例について説明する。 解析例 TMS−12合金の組成を入力し、900℃での平衡
状態および種々の高温特性を計算した。第４図
は、その結果を示した画面図である。図中に示し
た略記号の意味は、表２に示した通りである。
ステムを例示したフローチヤートである。 この例に示したように、この発明のNi基超合
金設計支援装置においては、入力した合金組成か
らその合金の組織因子および特性を自動的に計算
し、出力する解析系５と、入力した要求特性を満
たす合金組成を自動的に探索して出力する探索系
６の２つの系を有している。使用目的に応じて、
解析系５または探索系６のいずれかを選択し、所
要の演算結果を引き出すことができるようにして
いる。このような解析系５または探索系６の選択
は、入力装置２で行うことができる。 次に、このNi基超合金設計支援装置による合
金特性の解析と合金組成の探索の各々について説
明する。 ＜合金特性の解析＞ 入力装置２を用いて、合金組成を入力すると、
演算装置３において、まず炭化物およびほう化物
の組成と量比の計算が行われる。 Ni基超合金を多結晶材として使用する場合に
は、通常、粒界強化元素としてＣおよびＢが添加
されている。これらのＣおよびＢは、主にNi基
超合金の粒界に、各々、炭化物およびほう化物と
して存在する。炭化物には、MC型、M23C6型、
M6C型の３種（Ｍ：金属元素）、ほう化物には、
M3B2型、M5B3型の２種（Ｍ：金属元素）が存
在する。 そこで、入力した合金組成から合金中に生成す
る炭化物およびほう化物の組成と量比を計算し、
これを合金組成から差引いて、Ni基超合金の主
要構成相であるγ相（固溶体相）とγ′相（Ni3Al
型金属化合物相）の２相領域の組成を算出する。
なお、Ni基超合金を単結晶材とする場合には、
ＣおよびＢの組成値を０として入力することがで
きる。このような炭化物およびほう化物の組成と
量比、γ相とγ′相の２相領域の組成の計算式は、
全て記憶装置１に格納されている。 次いで、算出したγ相とγ′相の２相領域の組成
から、合金特性に大きな影響を与えるγ相および
γ′相の各々の組成と量比を記憶装置１に格納して
いる平衡計算式に基づいて計算する。この平衡計
算式には、γ相と平衡するγ′相の組成が存在する
超平面の式、すなわちγ′面の式と、ｉ元素のγ相
中の元素濃度とｉ元素のγ′相中の濃度の比（ｉ
は、Co、Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、Ta、Hf、
ReおよびFeを示す）で示される分配比の式を用
いている。 これらのγ′面の式および分配比の式は、各々、
既存のNi基超合金を重回帰分析した分析データ
に基づいて作成されている。 γ′面の式は、次の式のようなγ′相中の構成元
素の濃度の関数として示されている。 γ′相中のAl濃度 ＝ｆ（γ′相中のCo、Cr、Mo、Ｗ、Ti、
Nb、Ta、Hf、ReおよびFeの濃度（at
％））… また、分配比の式も、次の式のようなγ′相中
の構成元素の濃度の関数として示されている。 ｉ元素分配比 ＝g1（γ′相中のCo、Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、
Ta、Hf、ReおよびFeの濃度（at％））…
ただし、ｉは、Co、Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、
Nb、Ta、Hf、ReおよびFeを示す。 これらのおよび式を用いて、第３図に示し
たようなシステムフローに基づく反復収束計算を
行い、γ相およびγ′相の各々の組成と量比を算出
する。 第３図に例示したように、演算装置３には、
γ′相量と分配比の初期値から、γ′相の組成と分配
比の収束計算を行うループ７とγ′相量の収束計算
を行う別のループ８を設けており、また、これら
のループ７，８による反復収束計算を連動させて
行うようにしてもいる。この２重反復収束計算に
よつて、精度の高いγ相およびγ′相の各々の組成
と量比が得られる。なお、入力した合金組成から
有害相が生成する場合や、γ相単相となり、γ′相
が析出しない場合などには、第１図に示した表示
装置４にその旨が表示される。この場合には、合
金組成を入力し直し、再度、γ相およびγ′相の
各々の組成と量比を計算することができる。 γ相およびγ′相の各々の組成と量比を算出した
後に、表１に例示したような他の組織因子と特性
の計算を行う。組織因子の計算式および特性の計
算式も、全て記憶装置１に格納されている。 この発明のNi基超合金設計支援装置において
は、合金の特性計算式を既存のデータを重回帰分
析し、合金組成と組織因子の関数としていること
をひとつの特徴としている。これによつて、表１
に例示したような種々の合金特性を演算装置３で
計算することを可能にしている。 算出した組成因子と合金特性は、入力した合金
組成とともに、表示装置４に表示される。 次に、この発明のNi基超合金設計支援装置に
より、合金特性を解析した例について説明する。 解析例 TMS−12合金の組成を入力し、900℃での平衡
状態および種々の高温特性を計算した。第４図
は、その結果を示した画面図である。図中に示し
た略記号の意味は、表２に示した通りである。
【表】
【表】
第４図の画面図に示したようなγ相およびγ′相
の組成等の組織因子および各種の特性の予測値
は、TMS−12合金の実測値と十分一致していた。
また、この時の計算時間は、約２秒程度であつ
た。高速で、しかも精度の高い合金特性の解析を
行うことができることが確認された。 ＜合金組成の探索＞ 第２図に例示したフローチヤートに示したよう
に、所望の特性を有する新合金の組成を探索する
場合には、入力装置２で探索系６を選択し、要求
性能としては、表１に例示した合金特性から任意
のものを１種以上選択することができる。また、
必要に応じて組織因子を１種以上選択し、要求性
能として付加することもできる。 入力装置２により要求性能を入力すると、演算
装置３において、γ′相組成、γ′相量、Ｃ、Ｂおよ
びZr量が自動的に小刻みに変化し、その各々に
ついて、以下に示したような計算が自動的に行わ
れる。 まず、γ′相組成から前述した分配比の式を用い
て、分配比を計し、γ′相と平行するγ相組成を計
算する。次いで、γ′相組成およびγ′相量と算出し
た相組成から（γ＋γ′）組成を計算し、さらに、
これと平衡する炭化物およびほう化物の組成と量
比を計算する。この後に、（γ＋γ′）組成と炭化
物およびほう化物の組成を加えて合金組成を算出
する。 このようにして、全ての合金組成を探索する。 この発明のNi基超合金設計支援装置において
は、上記したように、γ′相組成とγ′相量、Ｃ、Ｂ
およびZr量を変化させ、設定して、γ相、炭化
物およびほう化物を、順次、計算し、最後にこれ
らをたし合わせて合金組成を計算することをもう
ひとつの特徴としている。こうすることで、細か
く組成を変化させての合金組成の計算を精度よく
行うことができ、しかも解を求める必要がないこ
とから、その計算時間を著しく短縮させることが
できる。 合金組成を算出した後に、前述した解析系５と
同様にして、その組成に対する組織因子と特性の
計算が行われる。次いで、それらの値と入力した
要求性能を対照し、要求性能を満足する場合に
は、必要に応じて順位付けを行い、算出した合金
組成、組織因子および特性を記憶装置１に記憶さ
せるとともに、それらの合金組成、組織因子およ
び特性のリストを表示装置４表示する。一方、要
求性能を満足しない場合には、再び、γ′相組成、
γ′相量、Ｃ、ＢおよびZr量の変化・設定に戻り、
合金組成の計算が繰り返される。なお、要求性能
を満足する合金組成が存在しない場合には、その
旨が表示装置に表示される。以上の過程も全て自
動的に行われる。計算時間は、γ′相組成の刻み幅
によつても異なるが、一般的には、約30分間程度
とすることができる。 次に、この発明のNi基超合金設計支援装置に
より、合金組成を探索した例について説明する。 探索例 １ 要求性能として、クリープ破断寿命（試験条
件：1040℃、14Kgf/mm2）を5000時間以上、比重を
8.6以下とした他、γ′相固溶化温度幅、格子定数
ミスフイツト等に一定の制限を与え、Co、Cr、
Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、TaおよびHfの10種の元
素からなるNi基合金系の全ての組合わせについ
ての合金探索を行つた。 約30分後に探索が終了し、上記の要求性能を満
足する一連の合金組成、組織因子および特性が出
力された。それらの中で、クリープ破断寿命が最
も長いものは、TMS−64合金（Cr6.5％、Mo8.4
％、W1.0％、Al5.8％、Ta6.7％、残部Ni）で、
そのクリープ破断寿命は7080時間であつた。 この合金を実際に溶解して、単結晶の試験片を
作製し、予測されたγ′固溶化温度域で溶体化処理
した後、通常の時効処理を施して特性を測定し、
設計値と比較した。その結果を、実用合金および
既存開発合金の特性と併せて示したものが第５図
である。 第５図から明らかなように、TMS−64合金の
設計値は、その実施値よりわずかに長くなつてい
るものの、極めてよく類似していることが確認さ
れた。また、実測値は、実用合金はもとより開発
中の既存合金に比べて、クリープ破断寿命は長
く、しかも低比重であつた。新合金を設計支援す
ることができることが実証された。 探索例 ２ 比重を8.1以下に制限して、クリープ破断寿命
が最も長い合金を探索した。その結果は、クリー
プ破断寿命が1755時間のTMS−61合金（Cr、
Mo、Al、Ti、NbおよびTaを含むNi基合金）が
算出された。 この合金を探索例１と同様にして、実際に溶解
し、単結晶の試験片を作製して、予測されたγ′相
溶化温度域で溶体化処理した後、通常の時効処理
を施して特性を測定し、設計値と比較した。この
結果も第５図に併せて示した。 探索例１のTMS−64合金と同様に、TMS−61
合金の設計値は、その実測値よりわずかに長くな
つているものの、極めてよく類似していることが
確認された。また、この合金の実測値も、実用合
金および開発中の既存合金に比べ、クリープ破断
寿命は長く、低比重でもあつた。 もちろんこの発明は、以上の例によつて限定さ
れるものではない。組織因子および特性の種類、
入力する合金組成および要求特性、演算装置での
計算時間等の細部については様々な態様が可能で
あることはいうまでもない。 （発明の効果） 以上詳しく説明した通り、この発明によつて、
Ni基超合金の任意の合金組成に対する特性を予
測することが可能となる。また、所望の特性を満
たす新規なγ′相析出強化型Ni基超合金を効率よ
く探索することができる。Ni基超合金の解析と
探索は、簡便かつ容易となり、合金開発の効率が
著しく向上する。
の組成等の組織因子および各種の特性の予測値
は、TMS−12合金の実測値と十分一致していた。
また、この時の計算時間は、約２秒程度であつ
た。高速で、しかも精度の高い合金特性の解析を
行うことができることが確認された。 ＜合金組成の探索＞ 第２図に例示したフローチヤートに示したよう
に、所望の特性を有する新合金の組成を探索する
場合には、入力装置２で探索系６を選択し、要求
性能としては、表１に例示した合金特性から任意
のものを１種以上選択することができる。また、
必要に応じて組織因子を１種以上選択し、要求性
能として付加することもできる。 入力装置２により要求性能を入力すると、演算
装置３において、γ′相組成、γ′相量、Ｃ、Ｂおよ
びZr量が自動的に小刻みに変化し、その各々に
ついて、以下に示したような計算が自動的に行わ
れる。 まず、γ′相組成から前述した分配比の式を用い
て、分配比を計し、γ′相と平行するγ相組成を計
算する。次いで、γ′相組成およびγ′相量と算出し
た相組成から（γ＋γ′）組成を計算し、さらに、
これと平衡する炭化物およびほう化物の組成と量
比を計算する。この後に、（γ＋γ′）組成と炭化
物およびほう化物の組成を加えて合金組成を算出
する。 このようにして、全ての合金組成を探索する。 この発明のNi基超合金設計支援装置において
は、上記したように、γ′相組成とγ′相量、Ｃ、Ｂ
およびZr量を変化させ、設定して、γ相、炭化
物およびほう化物を、順次、計算し、最後にこれ
らをたし合わせて合金組成を計算することをもう
ひとつの特徴としている。こうすることで、細か
く組成を変化させての合金組成の計算を精度よく
行うことができ、しかも解を求める必要がないこ
とから、その計算時間を著しく短縮させることが
できる。 合金組成を算出した後に、前述した解析系５と
同様にして、その組成に対する組織因子と特性の
計算が行われる。次いで、それらの値と入力した
要求性能を対照し、要求性能を満足する場合に
は、必要に応じて順位付けを行い、算出した合金
組成、組織因子および特性を記憶装置１に記憶さ
せるとともに、それらの合金組成、組織因子およ
び特性のリストを表示装置４表示する。一方、要
求性能を満足しない場合には、再び、γ′相組成、
γ′相量、Ｃ、ＢおよびZr量の変化・設定に戻り、
合金組成の計算が繰り返される。なお、要求性能
を満足する合金組成が存在しない場合には、その
旨が表示装置に表示される。以上の過程も全て自
動的に行われる。計算時間は、γ′相組成の刻み幅
によつても異なるが、一般的には、約30分間程度
とすることができる。 次に、この発明のNi基超合金設計支援装置に
より、合金組成を探索した例について説明する。 探索例 １ 要求性能として、クリープ破断寿命（試験条
件：1040℃、14Kgf/mm2）を5000時間以上、比重を
8.6以下とした他、γ′相固溶化温度幅、格子定数
ミスフイツト等に一定の制限を与え、Co、Cr、
Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、TaおよびHfの10種の元
素からなるNi基合金系の全ての組合わせについ
ての合金探索を行つた。 約30分後に探索が終了し、上記の要求性能を満
足する一連の合金組成、組織因子および特性が出
力された。それらの中で、クリープ破断寿命が最
も長いものは、TMS−64合金（Cr6.5％、Mo8.4
％、W1.0％、Al5.8％、Ta6.7％、残部Ni）で、
そのクリープ破断寿命は7080時間であつた。 この合金を実際に溶解して、単結晶の試験片を
作製し、予測されたγ′固溶化温度域で溶体化処理
した後、通常の時効処理を施して特性を測定し、
設計値と比較した。その結果を、実用合金および
既存開発合金の特性と併せて示したものが第５図
である。 第５図から明らかなように、TMS−64合金の
設計値は、その実施値よりわずかに長くなつてい
るものの、極めてよく類似していることが確認さ
れた。また、実測値は、実用合金はもとより開発
中の既存合金に比べて、クリープ破断寿命は長
く、しかも低比重であつた。新合金を設計支援す
ることができることが実証された。 探索例 ２ 比重を8.1以下に制限して、クリープ破断寿命
が最も長い合金を探索した。その結果は、クリー
プ破断寿命が1755時間のTMS−61合金（Cr、
Mo、Al、Ti、NbおよびTaを含むNi基合金）が
算出された。 この合金を探索例１と同様にして、実際に溶解
し、単結晶の試験片を作製して、予測されたγ′相
溶化温度域で溶体化処理した後、通常の時効処理
を施して特性を測定し、設計値と比較した。この
結果も第５図に併せて示した。 探索例１のTMS−64合金と同様に、TMS−61
合金の設計値は、その実測値よりわずかに長くな
つているものの、極めてよく類似していることが
確認された。また、この合金の実測値も、実用合
金および開発中の既存合金に比べ、クリープ破断
寿命は長く、低比重でもあつた。 もちろんこの発明は、以上の例によつて限定さ
れるものではない。組織因子および特性の種類、
入力する合金組成および要求特性、演算装置での
計算時間等の細部については様々な態様が可能で
あることはいうまでもない。 （発明の効果） 以上詳しく説明した通り、この発明によつて、
Ni基超合金の任意の合金組成に対する特性を予
測することが可能となる。また、所望の特性を満
たす新規なγ′相析出強化型Ni基超合金を効率よ
く探索することができる。Ni基超合金の解析と
探索は、簡便かつ容易となり、合金開発の効率が
著しく向上する。
第１図は、この発明のγ′析出強化型Ni基超合
金設計支援装置の構成例を例示したブロツク図で
ある。第２図は、第１図に例示した設計支援装置
のシステムを例示したフローチヤートである。第
３図は、γ相およびγ′相の各々の組成と量比を算
出する演算装置の解析演算部のシステムの部分例
を示したフローチヤートである。第４図は、この
発明の装置で計算したTMS−12合金の900℃での
平衡状態および種々の高温特性を例示した画面図
である。第５図は、この発明の装置で設計した合
金の特性を実測値および従来の実用合金、既存開
発合金の特性とともに示した相関図である。 １…記憶装置、２…入力装置、３…演算装置、
４…表示装置、５…解析系、６…探索系。
金設計支援装置の構成例を例示したブロツク図で
ある。第２図は、第１図に例示した設計支援装置
のシステムを例示したフローチヤートである。第
３図は、γ相およびγ′相の各々の組成と量比を算
出する演算装置の解析演算部のシステムの部分例
を示したフローチヤートである。第４図は、この
発明の装置で計算したTMS−12合金の900℃での
平衡状態および種々の高温特性を例示した画面図
である。第５図は、この発明の装置で設計した合
金の特性を実測値および従来の実用合金、既存開
発合金の特性とともに示した相関図である。 １…記憶装置、２…入力装置、３…演算装置、
４…表示装置、５…解析系、６…探索系。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ni基超合金の構成元素、組織因子計算式お
よび特性計算式を有する記憶装置、合金組成を入
力し、これを記憶装置に格納する入力装置、記憶
装置に格納した合金組成から組織因子を計算し、
かつ合金組成と算出した組織因子から特性を計算
する演算装置、および演算装置で算出した組織因
子および特性を合金組成とともに表示する表示装
置からなることを特徴とするγ′析出強化型Ni基
超合金設計支援装置。 ２ 記憶装置に格納した構成元素がNi、Co、
Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、Ta、Hf、Re、Fe、
Ｃ、ＢおよびZrである請求項１の記載のγ′折出強
化型Ni基超合金設計支援装置。 ３ 記憶装置に格納した組織因子計算式に少なく
ともγ相とγ′相の平衡計算式が含まれる請求項１
記載のγ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置。 ４ γ相とγ′相の平衡計算式がγ′面の式および分
配比の式からなる請求項３記載のγ′析出強化型
Ni基超合金設計支援装置。 ５ 記憶装置に格納した特性計算式が合金組成と
組織因子の関数として示される請求項１記載の
γ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置。 ６ γ′相の組成と分配比の反復集束計算および
γ′相量の反復集束計算を連動させて、γ相および
γ′相の各々の組成と量比を計算する演算装置を有
してなる請求項１記載のγ′析出強化型Ni基超合
金設計支援装置。 ７ Ni基超合金の構成元素、組織因子および特
性と、組織因子計算式および特性計算式を有する
記憶装置、１種以上の要求性能を入力し、これを
記憶装置に格納する入力装置、記憶装置に格納し
た要求性能から合金組成を計算し、かつ算出した
合金組成から組織因子および特性を演算して、こ
れらを合金組成とともに記憶装置に記憶させる演
算装置、および演算装置で算出した合金組成、組
織因子および特性のリストを表示する表示装置か
らなることを特徴とするγ′析出強化型Ni基超合
金設計支援装置。 ８ 記憶装置に格納した構成元素がNi、Co、
Cr、Mo、Ｗ、Al、Ti、Nb、Ta、Hf、Re、Fe、
Ｃ、ＢおよびZrである請求項７記載のγ′析出強化
型Ni基超合金設計支援装置。 ９ 記憶装置に格納した組織因子計算式に少なく
ともγ相とγ′相の平衡計算式が含まれる請求項７
記載のγ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置。 １０ γ相とγ′相の平衡計算式がγ′面の式および
分配比の式からなる請求項９記載のγ′析出強化型
Ni基超合金設計支援装置。 １１ 記憶装置に格納した特性計算式が合金組成
と組織因子の関数として示される請求項７記載の
γ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置。 １２ 要求性能が特性および／または組織因子か
ら選ばれる１種以上のものである請求項７記載の
γ′析出強化型Ni基超合金設計支援装置。 １３ γ′相の組成と量、Ｃ、ＢおよびZr量を自動
的に変化させ、その各々について、γ相、炭化物
およびほう化物の組成を、順次、計算し、次い
で、これらをたし合わせて合金組成を計算する演
算装置を有してなる請求項７記載のγ′析出強化型
Ni基超合金設計支援装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1329478A JPH03191032A (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | γ′析出強化型Ｎｉ基超合金設計支援装置 |
| GB9027923A GB2241358B (en) | 1989-12-21 | 1990-12-21 | Determining composition of a gamma precipitation strengthening Ni base superalloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1329478A JPH03191032A (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | γ′析出強化型Ｎｉ基超合金設計支援装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03191032A JPH03191032A (ja) | 1991-08-21 |
| JPH0514778B2 true JPH0514778B2 (ja) | 1993-02-25 |
Family
ID=18221828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1329478A Granted JPH03191032A (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | γ′析出強化型Ｎｉ基超合金設計支援装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03191032A (ja) |
| GB (1) | GB2241358B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0658472A (ja) * | 1992-08-06 | 1994-03-01 | Sekisui Chem Co Ltd | パッキンおよびこのパッキンによる樹脂管の接続構造 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004149859A (ja) * | 2002-10-30 | 2004-05-27 | National Institute For Materials Science | γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムおよびγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置 |
| GB2536940A (en) | 2015-04-01 | 2016-10-05 | Isis Innovation | A nickel-based alloy |
| GB2536939A (en) * | 2015-04-01 | 2016-10-05 | Isis Innovation | Method for designing alloys |
| WO2018081153A1 (en) * | 2016-10-25 | 2018-05-03 | Portland State University | Ultra-hard multicomponent alloys for cutting tools and lightweight materials |
| CN112877628B (zh) * | 2021-01-13 | 2021-09-21 | 重庆大学 | 低能晶界密度与晶粒尺寸的协调优化方法与系统 |
-
1989
- 1989-12-21 JP JP1329478A patent/JPH03191032A/ja active Granted
-
1990
- 1990-12-21 GB GB9027923A patent/GB2241358B/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0658472A (ja) * | 1992-08-06 | 1994-03-01 | Sekisui Chem Co Ltd | パッキンおよびこのパッキンによる樹脂管の接続構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03191032A (ja) | 1991-08-21 |
| GB9027923D0 (en) | 1991-02-13 |
| GB2241358A (en) | 1991-08-28 |
| GB2241358B (en) | 1994-06-15 |
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