JPH08218139A - 添加元素を含有するNiAl金属間化合物 - Google Patents

添加元素を含有するNiAl金属間化合物

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JPH08218139A JP7022055A JP2205595A JPH08218139A JP H08218139 A JPH08218139 A JP H08218139A JP 7022055 A JP7022055 A JP 7022055A JP 2205595 A JP2205595 A JP 2205595A JP H08218139 A JPH08218139 A JP H08218139A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量、耐酸化性ならびに高温強度の優れた金
属間化合物であり、航空宇宙(宇宙往還機構造材等)な
らびに原子力分野(再処理施設用構造材)での構造材と
して使用される。 【構成】 添加元素X(Ti、Fe、V、W、Cr、C
u、Mo、Nb、Ta、Hf、Zr又は/及びB)を含
有するxNiAl+X(x=50.5〜63.5)から
成る金属間化合物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は軽量、耐酸化性ならびに
高温強度の優れた金属間化合物に関するものであり、そ
して本発明の金属間化合物の利用分野は広く、航空宇宙
(宇宙往還機構造材等)ならびに原子力分野(再処理施
設用構造材)に及んでいる。
【0002】
【従来の技術】従来のNiAl金属間化合物は、金属間
化合物特有の硬くて脆い特性を有する材料であり、この
ような機能を有する材料は、例えばコーティング材とし
て利用されているが、構造材としての利用を考える場
合、低温における延性が不十分であるために機械加工等
を行うことができなかったことから、その利用に限界が
あった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】NiAl金属間化合物
を構造材として大規模に利用していくためには、その金
属間化合物から成る構造材が、低温において機械加工に
耐え得る十分な延性を有する材料であるとともに、高温
においても機械的強度に優れた材料である必要がある。
【0004】そこで、本発明は、NiAl金属間化合物
から成る材料に改良を加えることによって、低温におい
て十分な延性を持つ材料とすると同時に、高温において
も十分な強度を持つ材料とすることを目的とするもので
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、NiAl金属
間化合物に添加元素Xとして第三元素A、第四元素Y及
び第五元素Zまでを微量添加することによって、この金
属間化合物から成る材料の特性である軽量性及び耐蝕性
を損なわずに、低温における延性及び高温における強度
を改善するものである。
【0006】微量な添加元素Xが添加されたNiAl金
属間化合物における成分組成比の一例は、そのNi:A
l:Xの組成比が50:50〜63.5:37.5であ
る。そして、これら添加元素Xは、モリブデン、タング
ステン、レニウム、ルテニウム及び/又はボロンあり、
これらの合金も使用される。本発明の金属間化合物の一
つとしては、その合金組成がNiAl+aA+bY+c
Zであり、その第三元素Aの添加量aは0.1at.%
〜1at.%であり、この第三元素Aに対する第四元素
Yはその残りの元素からなり、その添加量bはXに対し
て最大50at.%を越えない組成である。又、第五元
素Zは主にボロン(B)であり、その添加量cは0〜
0.2at.%である。これらの代表的な金属間化合物
の組成としては、例えば56.5NiAl+(1.0M
o/0.5Re)+0.2B等がある。
【0007】又、本発明においては、金属間化合物用の
出発原料から各種の溶解法又は粉末化法(ガスアトマイ
ジング法等)により鋳造合金又は混合金属粉末を得た後
に、この鋳造合金にはスゥェージング法等の特殊熱間鍛
造により加工圧力を均等に加えて加工処理し、又この混
合金属粉末には粉末冶金法(高温等方加圧法:HIP)
+スゥェージング熱間鍛造法によって加工処理して、そ
の組織が均一化及び微細化された材料を得る。NiAl
にMo等の元素を添加した材料で微細化組織を有するも
のは、室温での延性に富み、かつ高温での機械的強度の
優れた材料となる。
【0008】なお、前記スゥェージング法による鋳造合
金の熱間鍛造処理においては、鋳造合金に高延性材を被
覆して、1100℃において鍛造率75%まで、その後
900℃において98%まで鍛造を行い、その組織が均
一化及び微細化された材料を得る。ただし、1回あたり
の鍛造比は、0.5%とする。
【0009】又、前記粉末冶金法(高温等方加圧法:H
IP)+スゥェージング熱間鍛造法による混合金属粉末
の処理においては、ステンレス鋼又は高延性鋼をキャプ
セル材とし、このキャプセル材に、前記混合金属粉末を
冷間等方加圧(CIP等)により事前に理論密度の70
%以上に緻密化された成形体を入れ、これを温度100
0℃〜1250℃、圧力100〜200Mpaで焼結
し、その後鍛造を行ってその組織が微細化及び均一化さ
れた材料を得る。
【0010】
【実施例】Ni(純度99.9%):Al(純度99.
9%)の粉末を原子量にして50:50〜63.5:3
7.5の割合で不活性ガス中で混合し、その中に更に添
加元素を0.1〜1at.%加えて混合して均一な混合
粉末を得る。その後の工程には次の(1)、(2)の2
種類の工程がある。
【0011】(1)の場合には、得られた混合粉末を型
に入れて加圧することにより成型先駆体を製作し、これ
を真空パックした後、CHPの等方加圧(例えば、加圧
容器に水等の加圧媒体が入っていて、加圧容器外部から
これらの加圧媒体を加圧することによって成型先駆体に
等方的に圧縮荷重を加える)により、高密度成形体を製
作する。この成形体をHIP用キャプセルに真空封入し
てHIP処理を行う。
【0012】(2)の場合には、混合粉末のままHIP
用キャプセルに真空封入してHIP処理を行う。
【0013】ここで用いるHIP処理用のキャプセル
は、このHIP処理温度範囲で熔融せず、しかもNi+
Al+添加元素粉末と反応しない材料でできているもの
である。このキャプセル材の選定に当たっては、キャプ
セル材についてのHIP予定処理温度範囲での高温強度
データと、キャプセル材とHIP処理される元素との反
応性とを実験又は既存のデータで確認しておく必要があ
る。
【0014】このHIP処理後、キャプセルごとに鍛造
温度(900〜1100℃)に加熱し、速やかにスウェ
ージング装置に加熱キャプセルごとに送り込んで均一鍛
造を行う。その際には、加熱+鍛造プロセスを材料が所
定加工率に達するまで続ける。スウェージングとは、例
えば円柱状の試験片を加工する場合、試験片の円周回り
に3又は4方向からアンピルを当て、これを高速で振動
させることによって試験片の半径方向の等方的な加工を
加えるものである。
【0015】表1及び表2には、Ni及びAlから成る
合金原料に各種添加材(Ti、Fe、V、W、Cr、C
u、Mo、Nb、Ta、Hf、Zr及びB)を加えるこ
とによって得られた合金材料(NiAl+X)にスゥェ
ージング試験を行って得た結果が示されている。これに
より、NiAl材に対して鍛造量98%までの鍛造に耐
え得る特性を与えるのに有効な添加元素の種類及びその
添加量が明らかになった。
【0016】
【表1】
【表2】 図1(a)〜(c)には、スゥェージング法により得ら
れた合金材料xNiAl+Bから成る鍛造材の高温強度
が、鍛造が進み組織が微細化するに従って高強度化する
とともに強度のピーク値が低温化することが示されてい
る。又、その高温強度は、Bの添加量が0.2at.%
のときにその最大値を示している。
【0017】図2(a)〜(c)には、スウエージング
法により得られた合金材料xNiAl+Bの延性脆性遷
移温度(以下DBTT)が鍛造が進むに従って300℃
まで低温化したことが示されている。
【0018】図3(a)〜(b)には、スウエージング
法により得られた合金材料xNiAl+Bの粒度が微細
化するほど高温強度が増加し(ただし、粒度が数μmに
なると逆に強度低下を生じる)、DBTTが直線的に低
温化することが示されている。従って、数10ナノmの
合金超微細組織においてDBTTが室温まで低温化する
ことを示している。
【0019】図4(a)〜(b)には、スウエージング
法により得られた合金材料xNiAl+XにおいてXに
Mo又はWを添加したものはピーク強度が低温化すると
ともに高温強度が向上していることが示されている。
【0020】図5(a)〜(b)には、スウエージング
法により得られた合金材料xNiAl+XにおいてXに
Mo又はWを添加したもののDBTTが、200度まで
低温化していることが示されている。
【0021】図6及び7(a)〜(b)には、スウエー
ジング法により得られた合金材料xNiAl+Bの組織
が微細化するに従って、高温強度が増加し(ただし、粒
度が数μmになると逆に強度低下を生じる)、DBTT
が直線的に低温化することが示されている。
【0022】図8及び9(a)〜(h)には、スウエー
ジング法により得られた合金材料xNiAl+aX+
0.2BにおいてXにMo又はWを最大20at.%ま
で添加しても高温強度が改善されるものの、低温延性は
逆に失われることが示されている。又、その低温延性を
改善するためには第三元素の最適添加量は、1at.%
以下に押さえる必要があることが示されている。
【0023】図10(a)〜(c)には、スウエージン
グ法により得られた合金材料xNiAl+aXに第4元
素としてB添加した場合の効果が示されている。これに
よると、Bの添加により硬度、低温伸びならびに高温強
度に改善が認められたことが示されている。
【0024】図11には、スウエージング法により得ら
れた合金材料xNiAl+aX+0.2BにおいてXに
Mo/Re合金を添加した場合、この添加材にMoのみ
を添加した場合に見られない室温での伸びが観察された
ことが示されている。
【0025】以上のとおり、図1〜11の結果から、M
o等の添加元素が添加された合金材料NiAl+Xの合
金組織を微細化処理したものの中で、特にMo/Re合
金を添加した場合(図11)に従来のNiAl材料より
室温において延性に富み、かつ高温での機械的強度の優
れた材料となっていることが分かる。
【0026】
【発明の効果】この発明により得られた金属間化合物か
らなる材料は、その組織が微細化及び均一化されてお
り、そのために室温において延性に富み、かつ高温での
機械的強度の優れた材料であるので、工業、宇宙、原子
力分野において各種の構造材として利用されることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】合金材料xNiAl+Bのスウェージング材の
高温強度特性を示す図である。
【図2】合金材料xNiAl+Bのスウェージング材の
延性特性を示す図である。
【図3】合金材料xNiAl+Bのスウェージング材の
粒度と高温強度ないしDBTTの関係を示す図である。
【図4】合金材料xNiAl+aBのスウェージング材
の高温強度特性を示す図である。
【図5】合金材料xNiAl+aBのスウェージング材
の延性特性を示す図である。
【図6】合金材料xNiAl+aBのスウェージング材
の粒度と高温強度ないしDBTTの関係を示す図であ
る。
【図7】合金材料xNiAl+aBのスウェージング材
の粒度と高温強度ないしDBTTの関係を示す図であ
る。
【図8】合金材料xNiAl+aX+0.2Bのスウェ
ージング材でXにMo又Wを最大20at.%まで添加
した材料の高温強度と延性特性を示す図である。
【図9】合金材料xNiAl+aX+0.2Bのスウェ
ージング材でXにMo又Wを最大20at.%まで添加
した材料の高温強度と延性特性を示す図である。
【図10】合金材料xNiAl+aXのスウェージング
材に第4元素としてBを添加した場合の効果を示す図で
ある。
【図11】合金材料56.5NiAlにMo/Reを添
加して、室温と400℃との間における応力−歪曲線を
示した図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 添加元素を含有するNiAl金属間化合物
  1. 【請求項1】 添加元素X(Ti、Fe、V、W、C
    r、Cu、Mo、Nb、Ta、Hf、Zr又は/及び
    B)を含有するxNiAl+X(x=50.5〜63.
    5)から成る金属間化合物。
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