JPH0627297B2 - 酸化物分散超合金およびその製造方法 - Google Patents

酸化物分散超合金およびその製造方法

Info

Publication number
JPH0627297B2
JPH0627297B2 JP1500885A JP1500885A JPH0627297B2 JP H0627297 B2 JPH0627297 B2 JP H0627297B2 JP 1500885 A JP1500885 A JP 1500885A JP 1500885 A JP1500885 A JP 1500885A JP H0627297 B2 JPH0627297 B2 JP H0627297B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide
phase
dispersed
vol
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1500885A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61174348A (ja
Inventor
賢一 鬼沢
健 安田
昭 岡山
哲郎 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP1500885A priority Critical patent/JPH0627297B2/ja
Publication of JPS61174348A publication Critical patent/JPS61174348A/ja
Publication of JPH0627297B2 publication Critical patent/JPH0627297B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ジェットエンジンあるいはガスタービン等に
用いられるような高温構造部材に適する酸化物分散超合
金複合材及びその製造方法に関する。
〔発明の背景〕
従来の鋳造型超合金に比較して、Inco社の発明である機
械的合金化法による酸化物分散超合金(特開昭47-42507
号、特開昭49-49823号、特開昭49-49824号)は、900
℃以上の高温での強度が優れている。これは高温でも安
定で、基質中に溶け込んだり互いに凝集して粗大化しな
いような酸化物微粒子が、微細均一に分散しているため
に、塑性変形しにくくなっていることに起因する。たと
えばInco社で開発された酸化物分散超合金(以下ODS 合
金と略記)のなかで最強のMA6000(商品名)の場合、1
093℃における100時間クリープ破断強度は138
MPa であり、一方向凝固MarM・200+Hf(商品名)のそ
れ69MPa および鋳造合金では最強のIN 100(商品名)
のそれ62MPaに比べ、極めて強力である。ただし、こ
のクリープ破断試験は、高温での静的な荷重試験であっ
て、実際にガスタービンブレード等の高温構造部材に適
用する場合には、この試験結果のみでは不充分である。
なぜならこの高温構造部材はタービンの起動停止、負荷
変動時の応力および温度変動等複雑な環境に置かれるか
らである。
このような考えから、本発明者らはODS 合金の機械的性
質をいろいろな角度から調査してきた結果、ODS 合金は
延性に乏しく、厳しい応力変動、温度変動が加わると、
ボイドあるいはクラックが発生した後、短い時間で破壊
に至るため、寿命の点では充分でないことが判明した。
すなわち、強度を向上させたため、延性が低下している
ことが、従来のODS 合金の本質的な欠点であることがわ
かった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高温で極めて強度の大きな従来のODS
合金の特性を生かし、その本質的な従来の欠点である延
性不足を改善した新しい構造のODS 合金及びその製造方
法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明者らは特に900℃以上の高温での強度に優れ、
かつ室温から高温までの延性も十分であるような構造の
新しいODS (酸化物分散超合金)を発明した。
すなわち本発明の酸化物分散超合金は第1相と第2相と
からなり、第1相はニッケル、コバルトおよび鉄の少な
くとも1つの基本成分とする合金基質中に耐熱性酸化物
微粒子が0.8〜5.0vol% 均一に分散した金属−酸
化物複合合金からなり、第2相は前記第1相と同一の合
金基質中に耐熱性酸化物微粒子が0〜0.5vol%均一に分
散した金属−酸化物複合合金からなり、該第2相は第1
相中に針状に一方向に伸長しており、かつその割合は2
〜50vol%である。
本発明者らは前記本発明の目的を達成するために、Ni基
超合金中に各種の酸化物微粒子を分散させ、その種類、
粒子径および分散密度と機械的強度、延性の関係を調べ
た結果、以下のことがわかった。
(1)分散させる酸化物の種類としては、室温での生成自
由エネルギーが−100kcal/mol 以下のものが好まし
い。なぜなら、室温での生成自由エネルギが−100kc
al/mol以上の物質は、1000℃以上の高温で放置すると凝
集粗大化が進行し、強度に寄与しなくなるからである。
従って、分散させる酸化物としては、Al2O3(室温での
生成自由エネルギー380kcal/mol)、Y2O3(−435kca
l/mol)、La2O3(−420kcal/mol )、ThO(−28
0kcal/mol )、BeO(−136kcal/mol )等が用いら
れるのがよい。
(2)分散させる酸化物微粒子の径は1000Å以下が好
ましく、これ以上では酸化物添加による強度向上の効果
が少ない。
(3)酸化物微粒子径が50〜1000Åの範囲では、分
散密度(合金中の上記微粒子の体積率)が1.5〜3.
0 vol% のとき、強度がピークとなる。第3図に酸化物
分散Ni基合金中の粒子径400Åの酸化物微粒子分散密
度とクリープ破断強度(980℃、100時間)との関
係を示す。第3図において分散密度が1.5〜3.0 v
ol% のとき、強度がピークとなる。
(4)酸化物微粒子の分散密度をゼロから増加させてゆく
と、延性の尺度である室温及び高温引張試験及びクリー
プラプチャ試験の伸び量は減少してゆく。第4図に酸化
物分散Ni基合金の粒子径400Åの酸化物微粒子の分散
密度と室温での引張伸びとの関係を示す。第4図におい
て分散密度が増加すると引張伸びが小さくなっている。
上記の知見を考慮して本発明はなされたものである。本
発明による新規な酸化物分散超合金は、酸化物分散密度
が0.8 〜5.0 vol %であって強度を受持つ第1の相と、
酸化物を含まないか、あるいは酸化物分散密度が0.5
vol%以下であって延性を受持つ第2の相との複合構造
である。この酸化物分散密度の限界値は第2の相の体積
率(後述)と関連あるが、第1相において0.8vol%
以下では強度向上の効果が少なく、第2相において0.
5vol% 以上では延性向上の効果が少ない。これらの酸
化物は、室温での生成自由エネルギが−100kcal/mol 以
下であることが好ましく、例えばAl2O3,Y2O3,La2O3
ThO2,BeO等が用いられる。両相の存在状態は、第1相
中に第2相が針状(繊維状)に一方向に伸長した構造を
なしている。この針状の長径と短径の比は10:1〜50
0:1であることが好ましい。
第1相と第2相の体積率について述べると、複合材料の
強度は一般に、いわゆる複合則に従う。すなわち複合材
の強度σCは次式で与えられる。
σ=σAVA+σBVB …(1) ここでσ,σはそれぞれの構成相の強度、VA,VB
その体積率でVB=1−VAである。本発明においても、
VA,VBを何点か選んで複合材の強度を調べたところ(1)
式に従がうことが明らかとなった。ところで、延性に関
しては、(1)式の形には従がわず、第2相の体積率を増
加させてゆくと、2vol%程度から急激に延性が改善され
ることがわかった。従って、このカーブと(1)式から、
材料の設計値(強度、延性)に合わせて複合材を製造す
ることができる。第2相の体積率は延性改善のため2vo
l% 以上がよい。また50vol% 以上にした場合は複合材
の延性が良好な割に強度が十分でないので、第2相の体
積率は2〜50vol% とする。
以上のように本発明のODS 合金は強度と延性を兼ね備え
たものであるが、その製造方法は次に述べるように4つ
の工程からなり、比較的容易である。
まず、第2相に酸化物微粒子を分散させた酸化物分散超
合金の製造方法について述べる。
第1の工程は、合金の基質とする粉末(Ni,Coあるいは
Feを主体とする超合金)と分散粒子(酸化物微粒子)
0.8〜5.0vol%を混合し、酸化物微粒子の分散密度
の高い第1相を形成するための複合粉末を製造する工程
である。具体的には、たとえばNi基超合金粉末とY2O3
粒子0.8〜5.0vol%とを高エネルギボールミル(at
tritor)中で混合すること等によって達成される。この
際超合金粉末は、ボールとボールとの衝突によって塑性
変形して引き伸ばされ、酸化物微粒子が埋め込まれてゆ
くと同時に、ボール間の衝突によるエネルギによって圧
着が進む。混合は出発超合金粉末の粒径に依存するが、
細かい粒径(50μm以下)であれば、20時間程度の
処理で十分均一に酸化物粒子が分散したような複合粉末
が得られる。
第2の工程は、第1の工程と同様な処理により、合金の
基質とする粉末と分散粒子0.5vol%以下を混合し、酸
化物微粒子の分散密度の低い第2の相を形成するための
複合粉末を製造する工程である。
第3の工程は、第1の工程で得られた複合粉末に第2の
工程で得られた複合粉末を適量(2〜50vol%)混合する
工程である。この混合処理は、V型ミキサーあるいは従
来型のボールミルを用いて行なうことが出来る。2種類
の粉末を均一に混合するのが主目的で、第1、第2の工
程のように酸化物微粒子の分散状態は変化させない。
第4の工程は、第3の工程で得られた混合粉末を圧密化
する工程である。混合粉末を円筒型の軟鋼製容器に充填
し、容器内を真空脱ガスした後、密閉する。この粉末の
入った容器をそのまま熱間押出し、あるいは熱間静水圧
プレス(HIP )と熱間鍛造の組み合せによって、十分な
塑性変形を加え、圧密化する。この十分な塑性変形を合
金中に与えるためには、Ni,CoあるいはFeを主体とする
超合金の場合、1000〜1200℃の温度域で加工する必要が
ある。1000℃以下では、合金の塑性変形抵抗が大き
すぎて、十分に圧密化されない。1200℃以上では、
加工中に再結晶して結晶粒が粗大化してしまったり、分
散粒子も粗大化しやすく、合金の性質を劣化させてしま
う。この工程の主目的は、第2相を針状に伸長させ、長
径と短径の比を10:1以上にすることである。これ以
下では本発明の効果が発現しない。断面積比は一般に押
出し比と一致し、断面積比を約5:1にすることによっ
て、第2相の長径と短径の比は約10:1以上になる。
なお、長径と短径の比を500:1以上にすることは、
実質上加工が困難であり、意味がない。
次に、第2相に酸化物微粒子を分散させない酸化物分散
超合金の製造方法について述べる。第1、第3、第4工
程については、酸化物微粒子を分散させる場合の製造方
法と同様である。
第2工程は、合金粉末を粒子径20μm以下に細粒化す
る工程とする。これは、粒子径20μm以上の合金粉末
を、第1工程で得た複合粉末と第3工程で混合した場
合、最終的に粗大な第2相が残ってしまい、合金の性質
を劣化させてしまうからである。合金粉末を細粒化する
方法としては、高エネルギーボールミルを湿式で行なう
等の粉砕法や、合金を不活性ガス中で蒸発させる方法等
がある。後者の方法では、合金は原子状に蒸発した後、
不活性ガス分子と衝突して冷却され、原子どおしが凝集
して、粒子径20μm以下の合金微粒子が得られる。
押出比は十分な強度・延性を得るには5:1以上が好ま
しい。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
原料粉として、Ni基超合金IN738LC(商品名)の真空ア
トマイズ粉のうち47μm以下の粉末を分級して使用し
た。分散させる酸化物微粒子は平均粒径25nmのY2O3
用いた。IN738LCの化学組成(重量%)を第1表に示
す。
IN738LC粉末を高エネルギボールミル(attritor)中に
装入し、2vol% のY2O3微粒子とともにAr雰囲気中で撹
拌した。この処理によってIN738LC粉末は、ボールとボ
ールとの衝突の間で塑性変形し、破壊が進行すると同時
に、発生する熱で互いに圧着される過程をたどる。この
間に、Y2O3微粒子はIN738LC粉末中に埋め込まれ、均一
に分散してゆく。この処理48時間続けてODS 合金粉末
を製造した。この粉末の中に湿式の高エネルギボールミ
ル処理(12時間)によって微粉砕したIN738LC粉末を
10vol% 添加し、さらにボールミル処理を8時間続け
た。得られた混合粉末を600℃において、Ar+H2混合
ガス雰囲気で還元処理をし、余分の酸素分を取り除い
た。この清浄化された粉末を、SUS 製の筒状容器に圧粉
した。容器内を350℃にて真空排気し、密閉した後、
1100℃にて16:1の押出し比で熱間押出しした。
得られた棒状試片のSUS 製表面層を除去した後、122
0℃に保持した幅の狭い温度領域を、1.5mm/minの速
度で通過させて一方向再結晶熱処理し、結晶粒を粗大化
させた。
以上と全く同様な方法で、IN738粉末を20vol% 加えた
もの、すなわち第2相の体積率を20vol% とした試料
も作製した。
これらの試料を組織観察したところ、ODS 合金中に、第
2相(酸化物微粒子が分散していない相が長さ方向に繊
維状に伸長したような構造となっており、その体積率も
ほぼ予測どおりであった。第2相が10vol% の場合の
組織を第1図に示す。
得られた試料から引張試片を機械研削し、引張強さと伸
びを測定した。その結果を第2図に示す。100%ODS
合金(第2相が0%)すなわち従来のODS 合金、および
第1相のみ、すなわちIN738LC鋳造材のデータもプロッ
トしてある。これにより、本発明の構造の合金は強度が
鋳造材に比較して極めて大きく、さらに延びが従来のOD
S 合金に比較して著しく大きく、優れていることがわか
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、強度を十分保ちながら延性に優れる酸
化物分散超合金が得られ、これによって、ジェットエン
ジン、ガスタービンのブレード材等の高温耐熱部材の信
頼性が飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による合金の金属組織を示す写
真である。第2図は本発明による合金の引張強さと伸び
の関係を示す図である。第3図はNi基合金の酸化物微粒
子分散密度とクリープ破断強度との関係を示す図であ
り、第4図はNi基合金の酸化物微粒子分散密度と引張伸
びとの関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/00 304

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1相と第2相とからなる酸化物分散超合
    金であって、第1相はニッケル、コバルトおよび鉄の少
    なくとも1つを基本成分とする合金基質中に耐熱性酸化
    物微粒子が0.8 〜5.0 vol %均一に分散した金属−酸化
    物複合合金からなり、第2相は前記第1相と同一の合金
    基質中で耐熱性酸化物微粒子が0〜0.5 vol %均一に分
    散した金属−酸化物複合合金からなり、該第2相は第1
    相中に針状に一方向に伸長しており、かつその割合は2
    〜50vol %であることを特徴とする酸化物分散超合
    金。
  2. 【請求項2】第2相の金属−酸化物複合合金の長径と短
    径の比が10:1〜500:1である特許請求の範囲第
    1項記載の酸化物分散超合金。
  3. 【請求項3】第1相及び第2相の耐熱性酸化物微粒子
    は、室温での生成自由エネルギが−100kcal/mol 以
    下である特許請求の範囲第1項又は第2項記載の酸化物
    分散超合金。
  4. 【請求項4】ニッケル、コバルトおよび鉄の少なくとも
    1つを基本成分とする合金粉末中に、耐熱性酸化物微粒
    子を0.8 〜5.0 vol %添加し、これを均一に分散させて
    金属−酸化物複合合金粉末を製造する第1の工程、該第
    1の工程において用いるのと同一の合金粉末に、耐熱性
    酸化物微粒子を0〜0.5 vol %の範囲で添加し、これを
    均一に分散させて第2の金属−酸化物複合合金粉末を製
    造する第2の工程、前記第1の工程において得られた複
    合合金粉末50〜98vol %と、前記第2の工程におい
    て得られた第2の複合合金粉末2〜50vol%とを混合
    する第3の工程、該第3の工程において得られた混合粉
    末を1000〜1200℃の温度域で塑性変形を加え圧密化しな
    がら断面積を減少させる第4の工程の4工程を包含する
    酸化物分散超合金の製造方法。
  5. 【請求項5】第4の工程は熱間押出しによる特許請求の
    範囲第4項記載の酸化物分散超合金の製造方法。
  6. 【請求項6】第4工程はHIP (ホット・イソスタティッ
    ク・プレス)処理と熱間鍛造との組み合わせによる特許
    請求の範囲第4項記載の酸化物分散超合金の製造方法。
JP1500885A 1985-01-29 1985-01-29 酸化物分散超合金およびその製造方法 Expired - Lifetime JPH0627297B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1500885A JPH0627297B2 (ja) 1985-01-29 1985-01-29 酸化物分散超合金およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1500885A JPH0627297B2 (ja) 1985-01-29 1985-01-29 酸化物分散超合金およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61174348A JPS61174348A (ja) 1986-08-06
JPH0627297B2 true JPH0627297B2 (ja) 1994-04-13

Family

ID=11876857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1500885A Expired - Lifetime JPH0627297B2 (ja) 1985-01-29 1985-01-29 酸化物分散超合金およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0627297B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4231508C1 (de) * 1992-09-21 1994-03-24 Pm Hochtemperatur Metall Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung mit einem Niet aus einer ODS-Superlegierung
JP5604981B2 (ja) * 2009-05-28 2014-10-15 Jfeスチール株式会社 粉末冶金用鉄基混合粉末
KR20120039862A (ko) * 2010-10-18 2012-04-26 한국원자력연구원 산화물 분산강화 합금의 제조방법
CN110699531A (zh) * 2019-10-30 2020-01-17 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 高温合金机械热处理的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61174348A (ja) 1986-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3992161A (en) Iron-chromium-aluminum alloys with improved high temperature properties
Suryanarayana et al. Nanostructured materials and nanocomposites by mechanical alloying: an overview
US3837930A (en) Method of producing iron-chromium-aluminum alloys with improved high temperature properties
JP5556723B2 (ja) 耐熱高強度アルミニウム合金およびその製造方法
US4579587A (en) Method for producing high strength metal-ceramic composition
WO2010077735A2 (en) A method for forming high strength aluminum alloys containing l12 intermetallic dispersoids
Maziasz et al. High strength, ductility, and impact toughness at room temperature in hot-extruded FeAl alloys
GB1559647A (en) Method of making oxide dispersion strengthened metallic powder
Grant et al. Dispersed hard particle strengthening of metals
CA1041882A (en) Post working of mechanically alloyed products
US5000910A (en) Method of manufacturing intermetallic compound
US3533760A (en) Dispersion strengthened nickel-chromium alloy composition
US3382051A (en) Dispersion-strengthened iron-group metal alloyed with a small amount of zirconium, hafnium or magnesium and process of making
JPH0627297B2 (ja) 酸化物分散超合金およびその製造方法
US3368883A (en) Dispersion-modified cobalt and/or nickel alloy containing anisodiametric grains
Hwang et al. The production of intermetallics based on NiAl by mechanical alloying
US4336065A (en) Method for the manufacture of a composite material by powder metallurgy
JPS58193335A (ja) 分散強化型ニツケル基耐熱焼結合金およびその製造法
US4731132A (en) Oxide dispersion hardened aluminum composition
JP2008179845A (ja) ナノ構造化超合金構造部材及び製造方法
Kim et al. The effect of the third-element addition on the fatigue properties of mechanically alloyed Al–Ti alloys
JPH02194142A (ja) 焼結用Al基合金粉末
Kim Structure and properties of rapidly solidified Al Li Cu Mg Zr alloys with a high zirconium content
JP2564527B2 (ja) 耐熱、高強度、高延性アルミニウム合金部材の製造方法
JP3499142B2 (ja) 鉄系構造材料の製造法