JPS6014824B2

JPS6014824B2 - Ｎｉ基耐熱合金

Info

Publication number: JPS6014824B2
Application number: JP13784281A
Authority: JP
Inventors: 道夫山崎; 広史原田
Original assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Current assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Priority date: 1981-09-03
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1985-04-16
Also published as: JPS5839761A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はクリープ破断強度が優れたＮｉ基耐熱合金に関
する。

ジェットエンジンや発電設備などに用いられるガスター
ピンの出力、熱効率を上げるには、燃焼ガス温度を上昇
させるのが最も有効である。

そのためには、クリープ破断強度の大きい勤翼材が必要
である。現在、発電用大型ガスタービンの勤翼材にはｍ
−７３紅Ｃ（インコ社製、組成後記）が使用されており
、またジェットエンジンの勤翼村にはＮねｒＭ２００（
マーチンマリェタ社製、組成後記）が優れたものとして
使用され、またＮｂｒＭ２４７（マーチンマリェタ社製
、組成後記）の実用化が検討されている。

しかし、これらの合金はスリーブ破断強度が優れないた
め、出力や熱効率を上げるのに限度がある。

優れたクリープ破断強度を持つ既存合金としてはＮＡＳ
ＡＷ−Ａ合金（米国ＮＡＳＡ製、組成後記）がある。

しかし、この合金は高価なＲｅを使用するため、合金が
高価となる問題点がある。本発明はＮＡＳＡの一Ａ合
金における如きＲｅを使用することなく、クリープ破断
強度の優れたＮｉ基耐熱合金を提供するにある。本発明
のＮｉ基耐熱合金は、Ｃｏ５〜１８％、Ｃｒ３〜７％、
Ｗ１２．５〜１６％、Ｎ３５〜５５％、Ｔｉ２％を超え
４％以下、Ｔａ２〜４％、ｍ２．５％以下、ＣＯ．０５
〜０．２％、ＢＯ．００１〜０．０４％、Ｚｒｏ．００
１〜０．２％を含み、残部は実質的にＮｉよりなり、同
時にＷ十Ｔａ＝１４〜１９％を満たすＮｉ基耐熱合金で
ある。

本発明のＮｉ基耐熱合金の組成成分の作用ならびに組成
割合の限定理由は次の通りである。

Ｃｏはｙ相および化学量論的にＮｉ３ＡＩで表わされる
ｙ′相中に固落して、これらの相の固溶化に寄与すると
共に、ｙ相中におけるｙ′相の析出量を増加して析出強
化を助長する作用をする。その量は５％以上は必要であ
るが、１８％を超えると。相などの有害析出物が現われ
てクリープ破断強度が低下する欠点を生ずる。その好ま
しい量は５〜１５％である。Ｃｒは合金の耐硫化腐食性
を良好にする作用をするものであり、その量が７％を超
えるとひ相や一相などの有害相が坂上に生成して〜クリ
ープ断強度が低下する欠点を生ずる。

３％より少なくなると、前記作用が得られなくなる。

ただし、８００〜９００００の比較的低温度で５００凪
時間以上の長時間使用すると前記有害相の生成傾向が強
まるので「３％〜６％と低くするのが好ましい。Ｗは
ッ相およびｙ′相中に固落して、これらの相を著しく強
化する。そのためには１２．５％以上含有させる必要が
あるが「１６％を超えるとも＆相などの有害析出物を生
成しもクリープ破断強度が低下する欠点を生ずる。ＡＩ
はｙ′相を生成するために必要な元素であり「ｙ′相
を十分に析出させるためには「３．５％以上含有させる
ことが必要である。

しかし、５．５％を超えると共晶ｙ′と呼ばれる粗大な
ッ′相の量が過多となり、クリープ破断強度が低下する
欠点を生ずる。Ｔｉはその大部分がｙ′相に園溶し〜ｙ
′相を強化すると共に、ｙ′相の量を増加させて析出強
化に寄与する。

ＴａとＷ量をできるだけ増加させずに高いクリープ破断
強度を得るためには２％を超えることが必要である。し
かし、４％を超えるとり相を生じてクリープ破断強度を
低下させる欠点を生ずる。Ｔａはその大部分がｙ′相に
固綾して著しく固溶強化すると共にＬｙ′相の量を増加
させて析出強化に寄与する。

その効果を得るためには２％を超える量が必要である。
しかし、４％を超えると合金の価格があがるのみならず
、。相などの有害析出物が生じてクリープ彼断寿命が低
下する。Ｃは、よく知られているようにＭＣ型、Ｍ２３
Ｃ６型、鳩Ｃ型の３種類の炭化物を作って、主として合
金の結晶の粒界を強化する。その効果を得るにはＣが０
．０５％以上必要である。しかし、０．２％を超えると
粗大な炭化物を多量に晶出し、かえってクリープ破断強
度を低下させる。Ｂは粒界を偏析して高温での粒界温度
を向上させ、クリープ破断強度と彼断のびを増加させる
作用をする。

この効果を得るためには０．００１％以上必要である。
しかし、０．０４％を超えると粒界に低融点の共晶を生
成し、合金の溶融損傷を起こし易くなる欠点を生ずる。
ＺｒもＢ同様粒界強化の作用をする。

この効果を得るには０．００１％以上必要である。しか
し、０．２％を超えると粒界に金属間化合物が生じ、か
えってクリープ破断強度を低下させる欠点を生ずる。ｍ
は粒界強化の作用をする。しかし、２．５％を超えると
有害な金属間化合物が生成し、クリープ破断寿命が低下
するので２．５％以下であることが必要である。以上〜
各元素の組成割合について説明したが、クリープ破断強
度の大きい最適組成には複数の元素に関連した条件が必
要である。

即ち、ｙ相またはｙ′相の固溶強化に有効な元素である
ＷとＴａの合計量が１４％〜１９％であることが必要で
ある。

Ｗ十Ｔａが１４％未満であると、固漆強化量が不足し、
十分なクリープ破断強度が得られない。逆にその合計量
が１９％を超えると。相〜舷相などの有害析出物が生
成しｔクリープ彼断強度が低下する欠点を生ずる。Ｗ〜
Ｔａの１部をＮｂ「Ｍｏのどちらか一方あるいは両者置
きかえた場合においても「それらの全体の合計量が同じ
理由で１４％〜１９％の範囲である必要がある。

以下、実施例を挙げると共に従来のＮｉ基耐熱合金との
比較を示す。

実施例本発明合金５種と既存合金４種を溶解鋳造し、クリープ
彼断試験を行った。

溶解は高周波真空熔解炉で行い、８００ｑＣに保温した
６側マクＩＪ−フ。破断試験片１２本どりのロストワッ
クス型に鋳込んだ。試験片は鋳造のままクリープ磯断試
験に供した。しかし、粉末冶金法によっても製造し得ら
れる。クリープ破断試験はＪＩＳＺ−２２７２に基づい
て行った。

その試験結果は次の表に示す通りであった。表中の破断
寿命のうち、＊印はラーソンミラ−パラメータ（定数＝
２０）を用いた推定値である。

後記表の結果が示すように、本発明合金のクリープ破断
寿命は、瓜−７３＆Ｃ、ＭａｒＭ２００、Ｎ燈ｒＭ２４
７の現在最強合金とされている合金よりも大きいことが
分る。この原因は主として固溶強化量（Ｗ十Ｍｏ十Ｔａ
＋Ｎｂ）によって説明することができる。（ここにＭｏ
とＮｂは１％当りＷ、Ｔａと同等の岡溶強化の効果をも
つので、Ｗ十Ｍｏ＋Ｔａ十Ｎｂを固渚強化量とみてよい
。）ＩＮ−７３幻Ｃは固溶強化量は７．０％で本発明合
金に比べ大中に少なく、またＷ量も少なく、Ｃｒが多い
。

ＭａｒＭ２０川合金とＭａｒＭ２４７合金も本発明合金
に比べてＷ十Ｍｏ＋Ｔａ十Ｎｂ量が少なく、Ｃｒ量が多
い。

そのため、以上の３種合金は本発明合金に比べてクリー
プ破断強度が小さいと考えられる。ＮＡＳＡの−Ａ合
金は本発明合金と同等程度のクリープ被断寿命を示して
いる。この合金はＴａによるｙ′相の固溶強化とＲｅの
添加による粒界強化とを利用したものである。一方、本
発明合金は高価なＲｅを使用せず、またＴａの使用量も
少ないものであり、主として安価なＷのの固港強化を利
用したものである。従って、本発明合金はＮＡＳＡの−
Ａ合金に比べて極めて安価に製造し得られる。しかも、
工場での製造の生産管理において、例えばスクラップの
他合金への転用等においても本発明合金の方が有利であ
る等の優れた効果を有する。本発明合金は、これを動翼
材として用いることによって、ジェットエンジンや発電
設備などの各種ガスタービンの高能率化が可能となる。

また、この合金は耐酸化あるし、は耐硫化コ−７イング
を行うことにより、これらの雰囲気の下で使用すること
も可能である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％で、Ｃｏ５〜１８％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ１２
．５〜１６％、Ａｌ３．５〜５．５％、Ｔｉ２％を超え
４％以下、Ｔａ２〜４％、Ｈｆ２．５％以下、Ｃ０．０
５〜０．２％、Ｂ０．００１〜０．０４％、Ｚｒ０．０
０１〜０．２％を含み、残部は実質的にＮｉよりなり、
同時にＷ＋Ｔａ＝１４〜１９％を満たすＮｉ基耐熱合金
。