JPS60159158A - 超合金を熱間静水圧加圧により改良する方法 - Google Patents

超合金を熱間静水圧加圧により改良する方法

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JPS60159158A
JPS60159158A JP59281950A JP28195084A JPS60159158A JP S60159158 A JPS60159158 A JP S60159158A JP 59281950 A JP59281950 A JP 59281950A JP 28195084 A JP28195084 A JP 28195084A JP S60159158 A JPS60159158 A JP S60159158A
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    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は溶融を排除しその後行われる熱間静水圧加圧(
HIP>処理の結果を改善ずべく、ある種の超合金鋳物
に適用され得る熱処理に係る。
背景技術 超合金は一般にニッケル又はコバルトをベースとする材
料であり、538℃又はそれ以上の温度に於て有用な特
性を有しており、ガスタービンエンジンに適用されてい
る。超合金はそれらの融点近傍の温度までそれらの強度
を維持する。超合金はかかる非常に高い温度に於ける強
度に優れているので、鍛造加工が困難なものであり、鋳
物として使用されることが多い。また鋳造によれば複雑
な形状の部材を経済的に製造することが可能であり、後
工程に於ける機械加工量を低減することができる。しか
し鋳物の性質は鋳造工程中に不可避的に発生づる気孔に
より制限される。気孔は機械的性質にとって有害であり
、特に引張り延性、応力破断寿命、低サイクル疲労の如
き高温特性を低下させるものである。また複雑な超合金
は条件によっては低融点相を形成づることがある。
熱間静水圧加圧(1−1I P>として知られている技
術が鋳造された物品中に於(]る気孔を低減づ”べく開
発されている。HIP法に於ては、鋳造された物品が室
内に配置され、該室が高圧の不活性ガスにて充填された
状態にて高温度に加熱される。
多くの超合金に対し桑型的な)−11P処理条件のガス
圧及び温度はそれぞれ約103.4MPa 。
約1093〜1204℃である。かかる高温度により超
合金材料が比較的柔らかく且延性に富んだ状態にされ、
ガスの高圧によって超合金材料内部の気孔が強制的に消
去される。これと同時に均一化が生じ、これにより鋳造
された物品の性質が更に向コーされる。超合金は非常に
高い温度までそれらの強度を維持するので、超合金のH
IPはそれらの通常の初期溶融温度の55℃以内にて行
われることが多い。
近年ガスタービンエンジンのコスト及び重量を低減すべ
く、大型の複雑な超合金鋳物が現在鍛造品を機械加工す
ることによって製造されている複雑な部材に対する代替
物として評価されてきている。ある用途に特に有用な合
金はi nconet 718(公称組成はNi −1
9Cr−18Fe−5,2Nb −3Mo−0,9Ti
−0,6△+ −0,050)として知られている。
多くの鋳造に関連する問題を解決し、明らかに有用な鋳
物(但し気孔を含んでいる)を製造した後、鋳物はその
気孔及び偏析を低減すべく有用な1−I I P処理に
付された。HIP処理に引き続いて修復鋳物を溶接する
試みが行われた。溶接部に異花な程の気孔が発生し、ま
た実質的な量の溶接スパッタが発生するので、1〜II
P処理されIこ材料を溶接することは困難であった。鋳
物の領域によっては気孔が完全には除去されないことが
認められた。詳細な調査を行った結果、種々の困難な点
は直接又は結晶粒界を経て表面に接続された気孔中に高
圧のHIP媒体(アルゴンガス)が取込まれることによ
り生じることが見出された。ガスの取込みはl−1I 
P温度に於て物品が局部的に溶融した場合に発生ずる。
表面に接続された気孔又は結晶粒界を経て物品中に注入
されたガスは溶融された材料の凝固によって捕捉される
。またかかるガスの取込みは#ri造工程に於て冷却速
度の小さい鋳物の領域に発生し、かかる問題の根元は緩
慢に冷却される鋳物の領域に低融点のラーフエス相が存
在することであることが見出された。本発明はかかる問
題の発見及び後に説明するかかる問題の解決策の開発の
結果考え出されたものである。
米国特許第2.798,827号、同第3,753.7
90号、同第3,783.032号に(よ、超合金物品
、特にタービンブレード中の低融点相の領域くその初期
溶融は適正な熱処理によって阻止される)の部分的な均
一化を行い得るに十分な時間に亙り、初期溶融温度以下
であってそれに近い温度にて行われる熱処理を採用づる
ことが開示されている。」二連の米国特許の何れに於て
も、合金1 nconel 718に発生するラーフエ
ス相につ0ては明確に述べられておらず、またニッケル
基鋳物の1−1 I P処理中に発生するガスの取込み
の問題については言及されていない。
発明の開示 本発明は実質的な初期溶融を受けることなく超合金に1
−1 I P処理が行われるよう、またこれにより超合
金に悪影響を及ぼす程の爵の捕捉されたガスが存在しな
くなるよう、低融点相を実質的に排除して超合金の初期
溶融温度を上昇さぼるべく行われる超合金の熱処理に関
するものである。
本発明の一つの好ましい形態に於ては、熱処理は1→I
P処理に先立って行われ、この場合HIP処理は初期溶
融温度を14IP処理に採用さtする湯度よりも高い湿
度にまで増大させるに十分な時間に屋り、初期溶融温度
以下であってそれに近い渇痕に合金を曝すことを含んで
いる。所望の結果を達成するに必要な時間を低減づべく
、物品の初期溶融温度が増大するにつれて熱処理温匪も
増大されるよう、段階的な温度の処理が採用さtしても
よい。また熱処理はl−11P処理に先立って行われて
もよく、またl−4IP処理の一部を成して(Aでもよ
く、更にはガス圧を付与し又は付与せずに1−IIP装
置内にて行われてもよい。
本発明の他の一つの形態は低融点相の溶融を発生させる
条件下にてHIP圧が与えられていな0状態にて非酸化
性の雰囲気中にて物品を熱処理することを含んでいる。
例数ならば、拡散速度が実質的に増大され、所望の結果
−を達成J′るに必要な時間が大幅に低減されるからで
ある。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
発明を実施するための最良の形態 これより本発明を中間の温度に於て使用される複雑な鋳
物の製造に広く使用されている合金111conet 
718に対し適用された実施例について説明するが、本
発明は迂回的な技術を用いて他の合金にも容易に適用さ
れ得るものである。
(nConel718は53Ni −19Cr−18F
e−5,2Nb −3Mo−0,9Ti−0,6AI−
0,050なる公称組成を有しており、約103.4M
Paのアルゴン圧力が与えられた状態にて約1190℃
にて約4時間にnすl−11P処理されてよいものであ
る。ト+ i p処理温度は合金の流動応)jが103
.4MPaの静水圧にて気孔を除去し得るに十分な稈低
い温度に選定される。合金の種類やガス圧などの条件が
異なれば他のト1 IP処理温度が必要となる。当業者
は必要に応じて1−1 I P処理条件を容易に修正す
ることができる。
I nconel 718材料に於Cは、凝固速度が約
り5℃/1n以下である場合には、一般的な化学式%式
% 1+ )のラー7エス相が形成されることが観察される
。ラーフェス相の体積率は下記の表1に示されている如
く凝固速度に反比例する。従って鋳造されたI nco
nel 718材料に於ては、鋳物の肉厚が大きく従っ
て冷u1速度の小さい領域にラーフエス相が存在してい
る。ラーフエス相(InΩone1718)はl nC
onel 718の適正なI−1I P処理に必要とさ
れる温度よりも約14〜42℃低い1149〜1177
℃の温度範囲に亙っで溶融する。
表 1 凝固速度 ラーフエス相の体積率 55℃/min以上 1%以下 17℃/n+in5% 5.5℃/ m i n 7% 本発明は低融点相(ラーフエス相)を排除し又は低融点
相の溶融温度を約1190℃(所期のHIP処理温度)
以上の温度に増大させるべく、合金材料を熱処理して低
融点相を実質的に均一化させることを含んでいる。完全
な均−化及び/又は初期溶融m度をほぼ1−IIP処理
温度に増大させることが好ましいが、このことが必ずし
も全ての場合に必要である訳ではない。特にあるfit
(1%以下)の初期溶融が許容される。かかる場合には
、本発明の方法はかかる使用可能な(完全という訳では
ないが)結果を達成づ−べ(修正されてよい。
下記の表2はこれまで評価させた多数の熱処理を示して
いる。これらの熱処理は約7v01%のラーフIス相を
含有するl nconel 718鋳物に対し適用され
た。処理A及びBは合金材料の組織を完全に均一化し、
その熱処理中又はその後のHI P処理(1190℃)
中にも溶融が発生しなかった。
処理C及びD G、を組織を完全には均一化しなかった
が、その債の1190℃に於【プるH I P51!i
埋中に発生した溶融の爵がガスの取込みを排除し又はガ
スの取込みを検知し得ないレベルまでに低減する程度に
まで低減された。処理E及びFはその熱処理中にある程
度の初期溶融を発生させ、その後の1−1 I P処理
中に於番ノる溶融を排除し又はガスの取込みを排除し得
る程度にまぐ低減した。低融点相の偏析の量は凝固速度
の相違に起因して鋳物の構造が異なれば異なるので、そ
の後行われるHIP処理中に生じる初期溶融を排除し又
は初期溶融の聞を大きく低減するに必要な特殊な処理も
鋳物のデザインや厳密な化学組成によって異なる。処理
A及びBは最も激しい偏析を呈する鋳物に有効であるも
のと思われる。処1!!IC及び1〕は偏析の程度が比
較的小さい鋳物に有効であるものと思われる。
処理E及びFはその処理中に温度が徐々に増大される処
理を示している。このことは拡散によってラー7エス相
が減少し及び/又は初期溶融温度が増大するので可能で
ある。処理中に初期溶融が生じる処理については、それ
らの処理はガスの取込みが発生することがあるので、大
気圧以上の条イ1下にて1−1 I P装置内にて行わ
れてはならない。
表 2 初期溶融を排除し又は低減する ためにl nconel 718に対し!」IP処理前
に行われる熱処理 処理A 1149℃(24時間) 処理B ’7133℃(8時間) +1149℃(16時間) 処理0 1149℃(8時間) 処理D 1149℃(16時間) 処理E 1149℃(2時間) +1163℃(2時間) +1177℃(2時間) 処理F 1133℃(2時間) −1−1149℃(2時間) +1163℃〈2時間) +1175℃(2時間) 本発明の方法及び本発明以外の方法の種々の微l紺織の
特徴が添付の図面に示されてい墨。第1図は鋳放し状態
に於けるl nconel 718の微細粗織を示して
いる。図に於て矢印にて示された離散的な領域は低融点
のラーフエス相を示している。
第2図は1190℃(l nconel718ニ対し通
常行われるトIIPの温度範囲内である)に曝された後
に於ける第1図に示された材料の微細組織を示しており
、図に於て矢印は溶融された領域を示している。この第
2図より解る如く、実質的な溶融が発生して、15す、
従って材料の性質は不十分なものでめる。第3図及び第
4図は従来技術に従って1190℃にてl−11P処理
された後に於けるInconel 718材料の微細組
織を示している。第3図に於て局部的な溶融により生じ
た気孔がAにて示されている。この気孔は1−IIP処
理の最終の目的が達成されていないことを示している。
第4図はHIP処理中に溶融された領域(Bにて示され
ている)を示しており、かかる溶融部を含む材料はガス
タービンエンジンの用途には許容され得ないものである
。第5図は本発明(1133℃にて8時間及び1149
℃にて16時間)に従って処理され、しかる後1133
℃にてト1 I P処理された材料の顕微鏡写真である
。この第5図より、溶融は発生し【おらず、気孔も認め
られないことがわかる。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にで種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は鋳放し状態に於(プる1nconel 718
材料の微細組織を示す顕微鏡写真である。 第2図は1190℃に曝された後に於1プる鋳造ざレタ
I nconel 718材料の微mmtsを示す顕微
鏡写真である。 第3図及び第4図はぞれぞれ1190℃にて1−(rl
−)処理が行われた後に於ける鋳造されたi nco+
te1718材料の微細組織を示す顕微鏡写真である。 第5図は本発明の処理が行われしかる後1190℃にて
l−1I P処理された鋳造されたI nconel 
718材料の微細組織を示づ顕微鏡写真である。 FI6.5

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1−11 P温度以下であってそれに近い温度に於て初
    期溶融を受ける相を含む超合金材料の特定のHIP温度
    条件下に於けるl−11P応答をガスの取込みを低減す
    ることによって改善する方法にして、初期溶融温度を増
    大させるの十分な時間に厘り所期のl−11P温度以下
    であってこれに近い温度に超合金材料を熱処]!I!す
    ることを含み、これにより1」IP工程中に於ける有害
    な溶融及びガスの取込みが大きく低減されることを特徴
    とする方法。
JP59281950A 1983-12-27 1984-12-26 超合金を熱間静水圧加圧により改良する方法 Granted JPS60159158A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/565,489 US4662951A (en) 1983-12-27 1983-12-27 Pre-HIP heat treatment of superalloy castings
US565489 1983-12-27

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JPS6362582B2 JPS6362582B2 (ja) 1988-12-02

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GB (1) GB2152075B (ja)
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DE3446176A1 (de) 1985-07-04
FR2557146A1 (fr) 1985-06-28
SE8406446D0 (sv) 1984-12-18
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IL73862A (en) 1988-01-31
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