JPS5837382B2 - ニツケル基耐熱合金の熱処理方法 - Google Patents

ニツケル基耐熱合金の熱処理方法

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JPS5837382B2
JPS5837382B2 JP6521876A JP6521876A JPS5837382B2 JP S5837382 B2 JPS5837382 B2 JP S5837382B2 JP 6521876 A JP6521876 A JP 6521876A JP 6521876 A JP6521876 A JP 6521876A JP S5837382 B2 JPS5837382 B2 JP S5837382B2
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nickel
heat
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based heat
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眸 伊東
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  • Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はガスタービン、ジェットエンジンの動、静翼
又は化工機の高温部分などに用いられるNi − Co
− Cr系の耐熱合金の熱合金の熱処理方法に関する
従来ガスタービンの動、静翼なと3こは下記第1表に示
す組戊範囲のニッケル基耐熱合金が多く用いられている
このニッケル基耐熱合金はいわゆるγl相を析出する析
出硬化型合金で第1図のグラフに示すように溶体化処理
A、安定化処理B、時効処理C,IC2などの熱処理を
順次行なうことにより組織中にγl相を析出させ、その
高温強度を増加させるようになっている。
しかしこのような従来の熱処理方法では延性、靭性など
が低く、とくにガスタービン動翼のように長時間高温{
こ曝露される部品として使用される場合、延性、靭性の
低下傾向が著しく、使用寿命が短いとともにガスタービ
ンの稼動中に異物が飛来した場合に動翼が破壊する危険
を有していた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、ニッケル基耐熱合金の延性、靭性を高め
とくに高温時における靭性、延性の低下を阻止すること
ができるニッケル基耐熱合金の熱処理方法を提供するも
のである。
すなわち本発明は、重量%でCo 1 0〜35%、C
r10〜35%、Mo 0. 5 〜8%、W5%まで
、Ti0.5〜6%、A7 0. 5〜6%、C0.0
2〜0.20%、B0.0 0 5 〜0.0 2 5
%まで、Fe8%まで、Mn 0. 2%まで、SiO
.5%まで、80.05%まで、Cu0.2%まで、N
b 2. 0%まで、Ta3.0%まで、残部Niから
なるニッケル基耐熱合金を1055℃〜1202℃の溶
体化処理及び815℃〜870℃の時効処理を行ない、
ついでこれを1040℃〜1130℃の温度で1〜6時
間加熱して安定化処理した後さらに735℃〜785℃
の時効処理を行なうことにより延性、靭性を高めること
を特徴とするニッケル基耐熱合金の熱処理方法である。
次に本発明熱処理方法を説明する。
本発明方法に用いるニッケル基耐熱合金はガスタービン
若しくはジェットエンジンの動、静翼又は化工機の高温
部分に従来から多く用いられている析出硬化型合金で、
熱処理によりγl相を析出して高温強度が向上するもの
である。
このニッケル基耐熱合金は従来公知のものであるのでこ
れら添加元素の添加理由を簡単に説明すると、Co ,
Fe,Mnは母相を安定化する作用を有し、またCr
, Mo , W , TaはCと結びついて析出強化
作用を有し、Ti,A7はNiと結びついてγI相を整
合析出させる作用を有し、さらにCtBszrは粒界を
強化する作用を有する元素で、またNbは高温強度を高
める元素、Siは耐酸性に寄与する元素である。
上述した添加元素の添加量を上記範囲に限定した理由は
、添加元素が所定量より少ない場合には夫々所望する効
果を発揮することができない為であるが、Mo ,W,
Ti , Al , Fe ,Si,Taが所定量を
越えて添加されると夫々ニッケル基合金が脆化する為で
ある。
またcoは所定量を越えて添加されるとクリープ破断強
度が低下し、Crが所定量を越えると好ましくない金属
間化合物を析出し、C , Zrが所定量を越えると高
温使用時の劣化を著しくし、さらに馳はその添加量が所
定量を越えると耐酸性が著しく低下する為である。
なおAg , Si , Cuは不純物として混合する
もので夫々上記範囲内であればその悪影響を受けること
はない。
本発明熱処理方法は第2図に示すようにまず上記ニッケ
ル基耐熱合金を常法に従って溶体化処理する。
すなわちこの種のニッケル基耐熱合金は、通常目標溶体
化温度が1080℃〜1177℃であり、JIS規格表
(鉄鋼JISB6911)により精度が目標温度±25
℃であるので、1055℃〜1202℃で溶体化処理す
る。
この溶体化処理Aは一次炭化物を除く他の相を一旦固溶
させて均一な組織とするために行なうもので、例えば1
177℃で4時間加熱した後冷却する。
ついでこの溶体化処理A後必要に応じてγl相を析出さ
せるために安定化処理Bを行なう。
この処理Bはたとえば1079℃で4時間加熱した後冷
却する。
この場合安定化処理Bは、省略することもできる。
次にこのニッケル基耐熱合金に時効処理を行なう。
この時効処理は1段時効C1のみおこなうか、1段時効
C1と2段時効C2とをおこなう。
この種のニッケル基耐熱合金では、1段時効C1の処理
温度は、1段時効C1の目標温度が通常840℃〜84
5℃であるから、上記JIS規格表の精度により815
℃〜870℃でおこなう。
また2段時効C2は目標温度が760℃であるから上記
JIS規格表により735℃〜785℃でおこなう。
この時効処理は、細かいγl相を析出させるとともに粒
界炭化物を析出させるものであるが、2回Gこ分けて行
なう場合には、この1段時効C1の後に2段時効C2を
おこなってこれら析出物を或長させる。
このように時効処理を分けて行う場合には例えば843
℃で24時間加熱した後冷却する1段時効C1を行ない
、次lこ760℃で16時間加熱した後冷却する2段時
効C2を行なう。
ここまでの熱処理は従来のニッケル基耐熱合金の熱処理
方法と同じであるが、本発明方法では上記時効処理C1
,C2の後にさらに安定化処理Dを行ない次いで時効処
理Eを行なう。
この安定化処理Dは結晶粒界や炭化物の周囲に析出した
γI相を整合析出させてその形態を改善し7て合金の延
性、靭性を高めるために行なうもので、ニッケル基耐熱
合金を1040〜1130℃で1〜6時間加熱した後冷
却する。
この安定化処理Dの加熱温度、加熱時間を上記範囲に限
定した理由は加熱温度が1040℃未満の場合及び11
30℃を越える場合は夫々γl相の形態が改善されず耐
衝撃性が低下するためである。
また加熱時間が1時間未満の場合は金属組織が所望する
状態になるまでに至らず、6時間を越えると粒界炭化物
及び粒界周囲のフイルム状γl相が異常に粗大化して耐
衝撃特性が低下するためである。
この安定化処理Dの後、強化相であるγl相を析出、戊
長させるため常法に従った時効処理Eをおこなう。
すなオ)ちこの種のニッケル基耐熱合金は、目標時効処
理温度が760℃であるので上記JIS規格表をこより
735℃〜785℃でおこなう。
例えば760℃で16時間加熱した後冷却する。
このような熱処理を行なうことによりγl析出相が細か
く分散した最も好ましい整合状態で析出することとなり
ニッケル基耐熱合金の靭性、延性が高まる。
なお上記各熱処理工程(A−E)において加蜘*後に冷
却する操作は冷却速度が遅すぎるとγl相が粗大化しゃ
すく又他の不要な析出相が析出しやすくなるため空冷又
は水冷など比較的速い冷却速度で行なうのが好ましい。
また各熱処理工程(A,B,C,E)における熱処理時
間は、部材板厚により適宜設定される。
次に本発明の実施例を説明する。
実施例 1 下記第2表に示す化学組或を有するニッケル基耐熱合金
を第2図に示すように1177℃で4時間溶体化処理A
した後空冷し、さらに1079℃で4時間安定化処理B
した後空冷し、ついで843℃で24時間1段時効C1
シた後空冷し、次に760℃で16時間2段時効C2し
た後空冷した。
さらにこのニッケル基耐熱合金を1075℃で4時間安
定化処理Dした後空冷し、さらに760℃で16時間時
効処理Eした後空冷した。
このように熱処理したニッケル基耐熱合金で直径64朋
、標点距離32朋のクリープ試験片を作威し、このクリ
ープ試験片に843℃の加熱雰囲気で3 5. 2 k
VM1fl2の応力をかけ、その破断に至るまでの時間
と伸びを測定した。
その結果を第3表に示す。
さらに上記ニッケル基耐熱合金でJI84号衝撃試験片
(幅7,5闘)を作製し、900″Cにおけるシャルピ
ー衝撃値を測定した。
さらに上記ニッケル基合金を850℃で1000時間及
び10000時間加熱した後、上記衝撃試験片を作或し
、ついでこれを900℃に加熱してそれぞれの場合につ
きシャルピー衝撃値を測定した。
その測定結果を夫々第3表に示す。
なお上記実施例と比較するために上記ニッケル基耐熱合
金を本発明に係る安定化処理D、時効処理Eを行なわな
い従来方法で熱処理し、このように熱処理したニッケル
基耐熱合金から上記実施例と同様にクリープ試験片を作
製して破断に至るまでの時間及び伸びを測定するととも
に衝撃試験片を作製して加熱時の衝撃値及び長時間加熱
後の衝撃値を夫々測定した。
これらの測定結果を第3表に併記する。
第3表に示す結果によれば本発明熱処理材は耐クリープ
性が高く又長時間高温で加熱した場合の衝撃値が高く、
本発明熱処理を行なうことにより高温時におけるニッケ
ル基耐熱合金の靭性、延性の低下を阻止できることを示
している。
実施例 2 第2表に示すニッケル基耐熱合金を、実施例1の如く溶
体化処理A、安定化処理B、時効処理C1,C2し、つ
いで加熱温度を1050℃,1080’C,1090℃
,1100℃,1130℃として夫々の場合につき4時
間安定化処理Dした後空冷し、さらに760℃で16時
間時効処理Eして空*水冷した。
このように熱処理したニッケル基耐熱合金で実施例1に
示した衝撃試験片を作製して900℃でのシャルピー衝
撃試験を行ない、その衝撃値を測定した。
その測定結果を第4表に示す。なお上記実施例2と比較
するために安定化処理Dを行なう温度を950℃、10
00℃、1150℃と本発明熱処理方法の安定化処理温
度範囲から外れる場合及び、本発明に係る安定化処理D
、時効処理Eを行なわない従来方法による場合(こつき
実施例2と同様に衝撃試験を行ない、その衝撃値の測定
結果を第4表に併記する。
上表の結果によれば本発明方法における安定化処理を1
040〜1130℃の温度範囲で行うことにより衝撃値
が高くなり靭性が向上することが示されている。
実施例 3 第2表に示すニッケル基耐熱合金を実施例1の如く溶体
化処理A、安定化処理B,時効処理C1,C2を順次行
ない、ついで加熱温度を1075℃として1時間、2時
間30分、4時間、6時間の安定化処理Dを行った後空
冷し、さらにそれぞれの場合につき760℃で16時間
時効処理Eした後空冷した。
このように熱処理したニッケル基耐熱合金で実施例1の
衝撃試験片を作製して900℃でのシャルピー衝撃試験
を行ないその衝熱値を測定した。
その測定結果を第5表に示す。 *傘 なお上記実
施例3と比較するために安定化処理Dを行なう時間を8
時間、10時間と本発明熱処理方法の安定化処理時間範
囲から外れる場合及び本発明に係る安定化処理D1時効
処理Eを行なわない従来方法による場合につき実施例3
と同様に衝撃試験を行ない、その衝撃値の測定結果を第
5表に併記する。
上表の結果によれば本発明の安定化処理を1〜6時間で
行なうことにより衝撃値が高くなり靭性が向上すること
が示されている。
以上の結果から明らかなように本発明の熱処理方法によ
れば、ニッケル基耐熱合金の母相中にγl相を細く分散
した最も好ましい整合状態で析出させて、このニッケル
基耐熱合金の靭性、延性を高めとくに高温時における靭
性、延性の低下を阻止することができるので、例えばこ
の合金をガスタービン若しくはジェットエンジンの翼材
又は化工機の高温部分に用いた場合にその寿命を長くす
ることができるとともに異物の衝突などによっても破壊
することがないなど顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】 第1図は従来の熱処理方法を示したグラフ、第2図は本
発明の熱処理方法を示したグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量%でCo10〜35%、Cr10〜35%、M
    o 0. 5 〜8%、W5%まで、 Ti O. 5
    〜6%、A? 0. 5〜6%、C0.02〜0.2
    0%、B0.005**〜0.025%、Zr0.02
    〜0.25%、Ag0.0025%まで、Fe8%ま
    で、Mn0.2%まで、SiO.5%まで、80.05
    %まで、CuO.20%まで、Nb2.0%まで、Ta
    3 0%まで、残部Niからなるニッケル基耐熱合金
    を1055℃〜1202℃の溶体化処理及び815℃〜
    870℃の時効処理を行ない、ついでこれを1 040
    ℃〜1130℃の温度で1〜6時間加熱して安定化処理
    した後さらに735℃〜785℃の時効処理を行なうこ
    とにより延性、靭性を高めることを特徴とするニッケル
    基耐熱合金の熱処理方法。
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