JPS61284545A - ニツケル基超合金組成物 - Google Patents
ニツケル基超合金組成物Info
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- JPS61284545A JPS61284545A JP61074120A JP7412086A JPS61284545A JP S61284545 A JPS61284545 A JP S61284545A JP 61074120 A JP61074120 A JP 61074120A JP 7412086 A JP7412086 A JP 7412086A JP S61284545 A JPS61284545 A JP S61284545A
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- Japan
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- nickel
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、鋳造された単結晶の形態で使用されるニッケ
ル基超合金組成物に係る。
ル基超合金組成物に係る。
ニッケル基超合金は、高温下で高い応力が生ずるような
場合に広く用いられている。一つの応用分野はガスター
ビンエンジンであり、ニッケル基超合金が特にブレード
とベーンとに広く使用されている。作動効率の向上と性
能の改善とへの要求から、極度に高い温度の下で作動す
るタービンエンジンが開発されてきており、その結果超
合金材料の必要性が高まっている。
場合に広く用いられている。一つの応用分野はガスター
ビンエンジンであり、ニッケル基超合金が特にブレード
とベーンとに広く使用されている。作動効率の向上と性
能の改善とへの要求から、極度に高い温度の下で作動す
るタービンエンジンが開発されてきており、その結果超
合金材料の必要性が高まっている。
ニッケル基合金の耐熱性を改善するために採られた方法
でこれまでに成功した例は、合金を単結晶の形で製造す
ることである。従来技術の方法によって作られる金属材
料は、粒界によって分割された複数の結晶粒で形成され
ている。高温下では、この粒界の強度が結晶粒内の部分
よりもずっと低いのである。特別の鋳造技術によって、
単結晶の、即ち内部に全く粒界を含まない、ニッケル基
超合金が形成されることが可能である。米国特許第3゜
260.505号には、この単結晶ニッケル基超合金に
ついて記載されている。米国特許第4,116.723
号には、ある種のニッケル基単結晶材料に適用されるこ
とが可能な熱処理方法について記載されている。また、
米国特許第4.209゜348@には、更に特定の種類
のニッケル基単結晶材料及びその材料の高温での機械的
性質を改善する熱処理の方法について記載されている。
でこれまでに成功した例は、合金を単結晶の形で製造す
ることである。従来技術の方法によって作られる金属材
料は、粒界によって分割された複数の結晶粒で形成され
ている。高温下では、この粒界の強度が結晶粒内の部分
よりもずっと低いのである。特別の鋳造技術によって、
単結晶の、即ち内部に全く粒界を含まない、ニッケル基
超合金が形成されることが可能である。米国特許第3゜
260.505号には、この単結晶ニッケル基超合金に
ついて記載されている。米国特許第4,116.723
号には、ある種のニッケル基単結晶材料に適用されるこ
とが可能な熱処理方法について記載されている。また、
米国特許第4.209゜348@には、更に特定の種類
のニッケル基単結晶材料及びその材料の高温での機械的
性質を改善する熱処理の方法について記載されている。
この特許に記載されている材料の公称組成は、クロム1
0%、アルミニウム5%、チタン1.5%、タングステ
ン4%、タンタル12%、コバルト5%、残りニッケル
である。この組成の材料の単結晶は商品化され、ガスタ
ービンエンジンに於て用いられている。この組成は、鋳
造によるニッケル基超合金材料の中では、最もよくバラ
ンスがとれた材料特性を有すると一般に考えられている
。米国特許第4.402.7’72号には、別の組成を
有する単結晶超合金について記載されており、その公称
組成はタンタル6%、クロム9%、コバルト5%、チタ
ン1%、モリブデン1%、タングステン7%、アルミニ
ウム5.5%、ハフニウム0.15%、残りニッケルで
ある。この材料も、先の米国特許第4.209.348
号に記載されている材料と基本的に同等の良好な特性を
持っている。
0%、アルミニウム5%、チタン1.5%、タングステ
ン4%、タンタル12%、コバルト5%、残りニッケル
である。この組成の材料の単結晶は商品化され、ガスタ
ービンエンジンに於て用いられている。この組成は、鋳
造によるニッケル基超合金材料の中では、最もよくバラ
ンスがとれた材料特性を有すると一般に考えられている
。米国特許第4.402.7’72号には、別の組成を
有する単結晶超合金について記載されており、その公称
組成はタンタル6%、クロム9%、コバルト5%、チタ
ン1%、モリブデン1%、タングステン7%、アルミニ
ウム5.5%、ハフニウム0.15%、残りニッケルで
ある。この材料も、先の米国特許第4.209.348
号に記載されている材料と基本的に同等の良好な特性を
持っている。
米国特許第4,222,794号には、更に別の組成−
について記載されており、その公称組成はクロム5.2
%、アルミニウム5.4%、チタン101%、モリブデ
ン2%、タングステン4.9%、タンタル6、−4%、
レニウム3%、バナジウム0゜4%、残りニッケルであ
る。
について記載されており、その公称組成はクロム5.2
%、アルミニウム5.4%、チタン101%、モリブデ
ン2%、タングステン4.9%、タンタル6、−4%、
レニウム3%、バナジウム0゜4%、残りニッケルであ
る。
本発明は、とび抜けてバランスのよい強度特性を示す単
結晶物品に形成することが可能なニッケル基超合金組成
物を含んでいる。その組成の広い範囲は、クロム3〜1
2%、モリブデン3%以下、タングステン3〜10%、
レニウム0〜5%、タンタル6〜12%、アルミニウム
4〜7%、コバルト0〜15%、炭素0.045%以下
、ホウ素0.02%以下、ジルコニウム0.1%以下、
ハフニウム0.8%以下、ニオブ2%以下、バナジラム
1%以下、チタン0.7%以下、白金とパラジウムとル
テニウムとロジウムとイリジウムとオスニウムとから成
る群より選択された一つ以上の元素10%以下、イツト
リウムやランタンやスカンジウムやセリウムや他のラン
タノイド系列或いはアクチノイド系列に属する元素から
0.1%以下、残りニッケルである。このような広い範
囲から特に−例として選ばれた組成は、クロム5%、モ
リブデン2%、タングステン6%、レニウム3%、タン
タル9%、アルミニウム5.6%、コバルト10%、ハ
フニウム0.1%、残りニッケルである。当業者が上記
の広い範囲から最適の組成を選び出すことを可能にする
ために、以下に於ては元素の含有世の関係について説明
する。
結晶物品に形成することが可能なニッケル基超合金組成
物を含んでいる。その組成の広い範囲は、クロム3〜1
2%、モリブデン3%以下、タングステン3〜10%、
レニウム0〜5%、タンタル6〜12%、アルミニウム
4〜7%、コバルト0〜15%、炭素0.045%以下
、ホウ素0.02%以下、ジルコニウム0.1%以下、
ハフニウム0.8%以下、ニオブ2%以下、バナジラム
1%以下、チタン0.7%以下、白金とパラジウムとル
テニウムとロジウムとイリジウムとオスニウムとから成
る群より選択された一つ以上の元素10%以下、イツト
リウムやランタンやスカンジウムやセリウムや他のラン
タノイド系列或いはアクチノイド系列に属する元素から
0.1%以下、残りニッケルである。このような広い範
囲から特に−例として選ばれた組成は、クロム5%、モ
リブデン2%、タングステン6%、レニウム3%、タン
タル9%、アルミニウム5.6%、コバルト10%、ハ
フニウム0.1%、残りニッケルである。当業者が上記
の広い範囲から最適の組成を選び出すことを可能にする
ために、以下に於ては元素の含有世の関係について説明
する。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明と特許
請求の範囲、及び本発明の詳細な説明するための添付の
図面から明らかとなろう。
請求の範囲、及び本発明の詳細な説明するための添付の
図面から明らかとなろう。
表■に、本発明の単結晶物品の組成物の種々の組成範囲
が示されている。特に断わらない限り、表中の数字はl
!量ペパーセント表わしている。
が示されている。特に断わらない限り、表中の数字はl
!量ペパーセント表わしている。
本発明の組成を有するようなニッケル基超合金を開発す
る際には、成る要求を心に留めておからければならない
。その要求とは主に、耐酸化性と耐腐蝕性と機械的性質
とに関するものである。
る際には、成る要求を心に留めておからければならない
。その要求とは主に、耐酸化性と耐腐蝕性と機械的性質
とに関するものである。
酸化及び腐食に対する抵抗力は、合金の表面上に形成さ
れる酸化物層の性質に大きく依存する。
れる酸化物層の性質に大きく依存する。
本発明の組成に於ては、クロムとアルミニウムとが共働
して酸化物の保護層の形成を保証している。
して酸化物の保護層の形成を保証している。
その層は主にアルミナを含んでいるが、アルミナは試験
条件によって他の酸化物と混合する。若しクロムの量が
多すぎると、他の強化元素の量が少なくない場合に好ま
しくない相が形成される。アルミニウムは、耐酸化性と
耐腐蝕性とを提供すると同時に、主要なγ′相の形成物
でもある。γ′相、即ちNi 3 Alは、ニッケル基
超合金の強度に大きく寄与している。アルミニウムがγ
′相の形成物であることに加えて、本発明の合金は同じ
く強力なγ′相形成物であるタンタルを含んでいる。こ
れらの元素は、γ′強化相のうちは体積比で約50%か
ら約75%含まれている。白金とパラジウムとルテニウ
ムとオスミニウムとも、材料の耐酸化性及び耐腐蝕性を
高めるために有効である。多くの超合金に於ては、チタ
ン或いはバナジウムがγ′相形成物として用いられてい
る。しかしながら、本発明の合金に於てはチタンやバナ
ジウムを採用することは好ましくない。その理由は、耐
酸化性や耐腐蝕性の向上のためにチタンやバナジウムを
用いると、γ′相の形成物として用いられるアルミニウ
ムの量が制限され、その結果として材料の耐酸化性が相
当低下するからである。
条件によって他の酸化物と混合する。若しクロムの量が
多すぎると、他の強化元素の量が少なくない場合に好ま
しくない相が形成される。アルミニウムは、耐酸化性と
耐腐蝕性とを提供すると同時に、主要なγ′相の形成物
でもある。γ′相、即ちNi 3 Alは、ニッケル基
超合金の強度に大きく寄与している。アルミニウムがγ
′相の形成物であることに加えて、本発明の合金は同じ
く強力なγ′相形成物であるタンタルを含んでいる。こ
れらの元素は、γ′強化相のうちは体積比で約50%か
ら約75%含まれている。白金とパラジウムとルテニウ
ムとオスミニウムとも、材料の耐酸化性及び耐腐蝕性を
高めるために有効である。多くの超合金に於ては、チタ
ン或いはバナジウムがγ′相形成物として用いられてい
る。しかしながら、本発明の合金に於てはチタンやバナ
ジウムを採用することは好ましくない。その理由は、耐
酸化性や耐腐蝕性の向上のためにチタンやバナジウムを
用いると、γ′相の形成物として用いられるアルミニウ
ムの量が制限され、その結果として材料の耐酸化性が相
当低下するからである。
モリブデンとタングステンとレニウムといった耐火元素
は固溶相強化物として作用し、主にγ基相の性質を改善
する。
は固溶相強化物として作用し、主にγ基相の性質を改善
する。
本発明の組成は、米国特許第3,700.023号や米
国特許第3,763.926号や米国特許第4.190
.094号等の従来技術の特許に記載されている方法に
従って、単結晶鋳造物として形成される。これらの特許
は、参考のために本説明の中に組み入れられて゛いる。
国特許第3,763.926号や米国特許第4.190
.094号等の従来技術の特許に記載されている方法に
従って、単結晶鋳造物として形成される。これらの特許
は、参考のために本説明の中に組み入れられて゛いる。
本発明の組成及び単結晶材料は、米国特許第4゜116
.723号の方法に従って熱処理されることが好ましい
。合金B49(表1に記載されている)は、本発明の範
囲内では最も有望な合金であるが、この合金に対する好
ましい熱処理の方法は以下の通りである。まず約13o
0〜1318℃(2375〜2405°「)の温度の下
で4時間溶体化−処理され、室温まで大気中で急冷され
た後、1080℃(1975下)で4時間熱処理が施さ
れる。この二番目の熱処理は通常、バック・アルミナイ
ド・コーティングやオーバレイ・コーティングといった
コーティング・サイクルと共に行われる。最後に、約7
04℃(1300下)でおよそ24時間熱処理が(任意
に)施される。
.723号の方法に従って熱処理されることが好ましい
。合金B49(表1に記載されている)は、本発明の範
囲内では最も有望な合金であるが、この合金に対する好
ましい熱処理の方法は以下の通りである。まず約13o
0〜1318℃(2375〜2405°「)の温度の下
で4時間溶体化−処理され、室温まで大気中で急冷され
た後、1080℃(1975下)で4時間熱処理が施さ
れる。この二番目の熱処理は通常、バック・アルミナイ
ド・コーティングやオーバレイ・コーティングといった
コーティング・サイクルと共に行われる。最後に、約7
04℃(1300下)でおよそ24時間熱処理が(任意
に)施される。
表Iに示されている組成の広い範囲の値は、最適の性質
を得るために次の特別な関係を満足しなければならない
。その関係を式で表わすと次のようになる。
を得るために次の特別な関係を満足しなければならない
。その関係を式で表わすと次のようになる。
P−−200Cr +80Mo −20Mo 2−25
0Ti 2−50 (TixTa )+15Nb +2
00W−14W2+30Ta−1,5Ta 2 +2
. 5Co +1 200Al−100Al 2
+100Re +1000Hf−2000Hf 2
+700Hf ’−2000V−5000−1 5
000B5007r この式中の値は全て1iffiパーセントの値である。
0Ti 2−50 (TixTa )+15Nb +2
00W−14W2+30Ta−1,5Ta 2 +2
. 5Co +1 200Al−100Al 2
+100Re +1000Hf−2000Hf 2
+700Hf ’−2000V−5000−1 5
000B5007r この式中の値は全て1iffiパーセントの値である。
本式によって与えられるPは、組成の全般的な利点を予
測するパラメータである。高いP値を示す組成は、高強
度と共に、安定性と熱処理性と酸化及び腐食に対する抵
抗力とを併せ持っていることになる。
測するパラメータである。高いP値を示す組成は、高強
度と共に、安定性と熱処理性と酸化及び腐食に対する抵
抗力とを併せ持っていることになる。
表1に示されている組成範囲、特に広い組成範囲は、従
来技術に於て知られている特定の組成をも含んでいるこ
とは明らかであるが、P値が約3360以上であるよう
な組成は従来技術には存在しない。従って本発明は、単
結晶体で用いられるのに有益であり、表1の広い範囲或
いは中間の範囲或いは好ましい範囲の中にあって336
0以上の(上で定義した)P値を有するような組成、と
大まかに定義される。また、本発明は、3360以上の
P値を有する。ような組成範囲内の組成を持つ単結晶物
に係わる。現時点で本発明者が知る最も有益な組成を有
する最適の合金のP値は、3940を僅かに上回ってい
る。
来技術に於て知られている特定の組成をも含んでいるこ
とは明らかであるが、P値が約3360以上であるよう
な組成は従来技術には存在しない。従って本発明は、単
結晶体で用いられるのに有益であり、表1の広い範囲或
いは中間の範囲或いは好ましい範囲の中にあって336
0以上の(上で定義した)P値を有するような組成、と
大まかに定義される。また、本発明は、3360以上の
P値を有する。ような組成範囲内の組成を持つ単結晶物
に係わる。現時点で本発明者が知る最も有益な組成を有
する最適の合金のP値は、3940を僅かに上回ってい
る。
単結晶に関する従来技術の特許からP値の例を上げると
、米国特許耐4,402,772号、に於ては、P値の
最大値は2998であり、米国特許第4.222,79
4号に於ては、P値の最大値は3329であり、米国特
許第4.371.404号に於ては、P値の最大値は3
o03である。
、米国特許耐4,402,772号、に於ては、P値の
最大値は2998であり、米国特許第4.222,79
4号に於ては、P値の最大値は3329であり、米国特
許第4.371.404号に於ては、P値の最大値は3
o03である。
表 I
(重量パーセント)
Nb 0〜2 −■
0〜1 − −
Ti 0〜0.7 0〜0.
4−(Ru11r1Pt10〜100〜100〜10ラ
ンタノイド系列 又はアクチノイド系列) Ni ’ 残部 残部
残部*特に故意には含まない 表■は、表Iの広い組成範囲と中間的な組成範囲と好ま
しい組成範囲とに対する、P値の広い値と中間的な値と
好ましい値とを示している。
0〜1 − −
Ti 0〜0.7 0〜0.
4−(Ru11r1Pt10〜100〜100〜10ラ
ンタノイド系列 又はアクチノイド系列) Ni ’ 残部 残部
残部*特に故意には含まない 表■は、表Iの広い組成範囲と中間的な組成範囲と好ま
しい組成範囲とに対する、P値の広い値と中間的な値と
好ましい値とを示している。
表■は、単結晶体として決められた一連の組成例を示し
ている。表■に於て、合金B1と810と813とは、
タンタルの含有量が低いために本発明の広い組成範囲か
ら外れている。また、合金835はモリブデンを含まな
いために好ましい組成t5囲から外れている。
ている。表■に於て、合金B1と810と813とは、
タンタルの含有量が低いために本発明の広い組成範囲か
ら外れている。また、合金835はモリブデンを含まな
いために好ましい組成t5囲から外れている。
表IVに、表■に示された単結晶物の組成のより重要な
特性の幾つかを示す。更に表■には、それぞれの組成例
に対して前式によって計算されたP値が示されている。
特性の幾つかを示す。更に表■には、それぞれの組成例
に対して前式によって計算されたP値が示されている。
合金849が、最も高いP値を示し且バランスのよくと
れた特性を有しており、特に好ましい組成である。表I
V中のデータから、本発明と同様な合金へチタンを加え
ることが材料の酸化挙動に有害な効果を及ぼすことが解
る。合金810と合金B13とは、合金B10がチタン
を1%含んでいるという点以外は同じ組成を有しており
、同様にして、合金81と818とは、合金81がチタ
ンを1%含んでいるという点以外は同じ組成を有してい
る。コーティングされている場合の耐酸化性について比
較すると、チタンを含んだB1と810との酸化温度は
、チタンを含まない818と813とのそれよりもそれ
ぞれ39℃(70”F) と50’C(90’F)とだ
けより低い。コーティングされていない場合には、B1
と810とはそれぞれ818と813とよりも、23℃
(40″F)及び11℃(20′F)だけ低い酸化温度
を示している。
れた特性を有しており、特に好ましい組成である。表I
V中のデータから、本発明と同様な合金へチタンを加え
ることが材料の酸化挙動に有害な効果を及ぼすことが解
る。合金810と合金B13とは、合金B10がチタン
を1%含んでいるという点以外は同じ組成を有しており
、同様にして、合金81と818とは、合金81がチタ
ンを1%含んでいるという点以外は同じ組成を有してい
る。コーティングされている場合の耐酸化性について比
較すると、チタンを含んだB1と810との酸化温度は
、チタンを含まない818と813とのそれよりもそれ
ぞれ39℃(70”F) と50’C(90’F)とだ
けより低い。コーティングされていない場合には、B1
と810とはそれぞれ818と813とよりも、23℃
(40″F)及び11℃(20′F)だけ低い酸化温度
を示している。
合金(名)CrCoMoW
81畳 7.9 5.0 2.0 6.εB1
0蚤 7.5 10.0 2.0 4.εB13
蒼 7.1 9.92.06.’B18
7.0 10.0 2.0 6.(8217,110
,02,17,C B22 7.0 10.0 1.0 8.183
5蛋 7.0 10.0 0 3.七B46
6.8 10.0 1.0 3.CB48
5.0 10.0 2.0 4.CB49
5.0 10.0 2.0 6.(従来技術−**
10.0 5.0 0 4.C畳好ましい組成
範囲外 4に畳米国特許第4.209.348号より■ パーセント) Re Al Ta Hf Ni
他 P・ 0 5.4 5.90.
1 残部 1.OTi 246812.9 5.5
3.9 0.1 残部 1.0Ti 2862
2.9 5.8 3.9 0.1 残部
34781 3.0 5.5 6.9 0.1
残部 3510−’ 3.0 5.4
6.2 0.1 残部 34903
.1 5.5 6.1 0.1 残部
34984.0 5.5 10.9 0.1 残部
3376、 5.1 5.5 7.4
0.1 残部 360713.1 5
.6 10.9 0.1 残部 382
31 3.1 5.6 9.0 0.1 残部
39431 0 5.012.OO残部
1.5Ti 770合金849の特性を、米国特許
第4,208゜348号に記載されている合金の特性と
比較してみる。この従来技術の組成(公称組成は10%
Cr、5%Co 、4%W、1.5%Ti、12%Ta
55%Al、残りNiである)は、全般的な特性に於て
(従来技術の)単結晶合金の中で最もよいものの一つで
あるとみなされている。第1A図と第1B図とはそれぞ
れ、300時間で1%のクリープを生じさせるために要
する応力と、300時間でクリープ破壊を生じさせるた
めに要する応力とを、温度の関数で表わしたものである
。第1A図から、本発明の合金が従来技術の組成よりも
密度補正に基づく温度差で39℃(70下)高い値を示
していることが解り、−力筒1B図から、クリープ寿命
に関しては本発明の合金が従来技術の組成よりも密度補
正に基づく温度差でおよそ36℃(65”F ”)高い
値を示していることが解る。
0蚤 7.5 10.0 2.0 4.εB13
蒼 7.1 9.92.06.’B18
7.0 10.0 2.0 6.(8217,110
,02,17,C B22 7.0 10.0 1.0 8.183
5蛋 7.0 10.0 0 3.七B46
6.8 10.0 1.0 3.CB48
5.0 10.0 2.0 4.CB49
5.0 10.0 2.0 6.(従来技術−**
10.0 5.0 0 4.C畳好ましい組成
範囲外 4に畳米国特許第4.209.348号より■ パーセント) Re Al Ta Hf Ni
他 P・ 0 5.4 5.90.
1 残部 1.OTi 246812.9 5.5
3.9 0.1 残部 1.0Ti 2862
2.9 5.8 3.9 0.1 残部
34781 3.0 5.5 6.9 0.1
残部 3510−’ 3.0 5.4
6.2 0.1 残部 34903
.1 5.5 6.1 0.1 残部
34984.0 5.5 10.9 0.1 残部
3376、 5.1 5.5 7.4
0.1 残部 360713.1 5
.6 10.9 0.1 残部 382
31 3.1 5.6 9.0 0.1 残部
39431 0 5.012.OO残部
1.5Ti 770合金849の特性を、米国特許
第4,208゜348号に記載されている合金の特性と
比較してみる。この従来技術の組成(公称組成は10%
Cr、5%Co 、4%W、1.5%Ti、12%Ta
55%Al、残りNiである)は、全般的な特性に於て
(従来技術の)単結晶合金の中で最もよいものの一つで
あるとみなされている。第1A図と第1B図とはそれぞ
れ、300時間で1%のクリープを生じさせるために要
する応力と、300時間でクリープ破壊を生じさせるた
めに要する応力とを、温度の関数で表わしたものである
。第1A図から、本発明の合金が従来技術の組成よりも
密度補正に基づく温度差で39℃(70下)高い値を示
していることが解り、−力筒1B図から、クリープ寿命
に関しては本発明の合金が従来技術の組成よりも密度補
正に基づく温度差でおよそ36℃(65”F ”)高い
値を示していることが解る。
このことは、破壊寿命或いはクリープが重要であるよう
な応用場面に於て、本発明の合金が従来技術の合金と同
等の寿命を保ちつつ従来技術の合金よりもおよそ36℃
(65下)乃至は39℃く70下)より高い温度の下で
用いられることが可能なことを意味する。この改善され
た温度許容能力は様々な方法で利用されることが可能で
ある。例えば、より高い温度の下での作動は、ガスター
ビンエンジンの推量若しくは効率の向上をもたらすであ
−ろう。或いは、より低温の下での作動は、作動寿命の
増加をもたらすであろう。
な応用場面に於て、本発明の合金が従来技術の合金と同
等の寿命を保ちつつ従来技術の合金よりもおよそ36℃
(65下)乃至は39℃く70下)より高い温度の下で
用いられることが可能なことを意味する。この改善され
た温度許容能力は様々な方法で利用されることが可能で
ある。例えば、より高い温度の下での作動は、ガスター
ビンエンジンの推量若しくは効率の向上をもたらすであ
−ろう。或いは、より低温の下での作動は、作動寿命の
増加をもたらすであろう。
第2図には、1%クリープを生ずるために必要な応力が
、時間と温度とを結合するラーソンーミラーのパラメー
タの関数として表わされている。
、時間と温度とを結合するラーソンーミラーのパラメー
タの関数として表わされている。
この図から、本発明の組成が従来技術の組成に較べて優
れており、而も時間がより長い若しくは温度がより高い
場合に、その優位性は広がることが解る。同様のことが
、クリープ破壊を生ずるために必要な応力を前述のラー
ソンーミラーのパラメータの関数として表わしている第
3図についても古えよう。
れており、而も時間がより長い若しくは温度がより高い
場合に、その優位性は広がることが解る。同様のことが
、クリープ破壊を生ずるために必要な応力を前述のラー
ソンーミラーのパラメータの関数として表わしている第
3図についても古えよう。
第4図は、従来技術の組成と本発明の組成との酸化挙動
を示すグラフである。この図は、繰返しの条件下で異な
る温度の下で試験された試料の表面に、深さ76.2μ
1m (3m1l)の酸化層が形成されるために必要
な時間を示している。この図中のデータは、ジェット燃
料の燃焼によって形成された高温下に試料を曝すことと
空気冷却とを交互に行うバーナ・リグ・テストによって
得られたものである。この試験は、ガスタービンエンジ
ンの苛酷な運転条件を再現する。第4図から、本発明の
組成は従来技術の組成と較べて、同様な金屑損失が観察
される温度が36〜39℃(65〜70下)高いことが
解る。換言すると、成る一定の温度、例えば1149℃
(2100°「)の下で、従来技術の組成は約43時間
の間に76.2μm(3m1l)の゛厚さの金属損失が
生ずるが、−力木発明の組成はそれと同じ量の金属損失
が生ずるのに70時間かかり、酸化寿命が63%改善し
ている。
を示すグラフである。この図は、繰返しの条件下で異な
る温度の下で試験された試料の表面に、深さ76.2μ
1m (3m1l)の酸化層が形成されるために必要
な時間を示している。この図中のデータは、ジェット燃
料の燃焼によって形成された高温下に試料を曝すことと
空気冷却とを交互に行うバーナ・リグ・テストによって
得られたものである。この試験は、ガスタービンエンジ
ンの苛酷な運転条件を再現する。第4図から、本発明の
組成は従来技術の組成と較べて、同様な金屑損失が観察
される温度が36〜39℃(65〜70下)高いことが
解る。換言すると、成る一定の温度、例えば1149℃
(2100°「)の下で、従来技術の組成は約43時間
の間に76.2μm(3m1l)の゛厚さの金属損失が
生ずるが、−力木発明の組成はそれと同じ量の金属損失
が生ずるのに70時間かかり、酸化寿命が63%改善し
ている。
第5図は、22%Co、17%Cr、12.5%Al
、0.25%Hf、0.4%St 、 0.6%Y1残
りNiの公称組成を有するMCrAlY材料が試験前に
厚さ127μIll (5ail)だけコーティング
された材料が用いてられているという点以外は、第4図
と同じである。第5図に示されている時間は、コーティ
ング層が貫通されるために要する時間である。図は、本
発明の組成は従来技術の組成に較べて33℃(60下)
の温度向上があることを示している。1149℃(21
00’F )に於てコーティング層が貫通されるために
要する時間で比較すると、本発明の組成は64%だけよ
り長い時間を要している。1149℃(2100下)に
於て、従来技術の組成のコーティング層は1400時間
で貫通されているのに対し、本発明の組成のコーティン
グ層は2300時間で貫通されている。この2300時
間という数字が、第4図に示された本発明のコーティン
グされていない試料の1149℃(2100″F)に於
ける寿命が厚さ76.2μm (3ail)に対して
70時間であり厚さ127μm (511)に対して
200時間以下であることと比較されれば、MCr A
1Yコーティングの有利さが理解されよう。
、0.25%Hf、0.4%St 、 0.6%Y1残
りNiの公称組成を有するMCrAlY材料が試験前に
厚さ127μIll (5ail)だけコーティング
された材料が用いてられているという点以外は、第4図
と同じである。第5図に示されている時間は、コーティ
ング層が貫通されるために要する時間である。図は、本
発明の組成は従来技術の組成に較べて33℃(60下)
の温度向上があることを示している。1149℃(21
00’F )に於てコーティング層が貫通されるために
要する時間で比較すると、本発明の組成は64%だけよ
り長い時間を要している。1149℃(2100下)に
於て、従来技術の組成のコーティング層は1400時間
で貫通されているのに対し、本発明の組成のコーティン
グ層は2300時間で貫通されている。この2300時
間という数字が、第4図に示された本発明のコーティン
グされていない試料の1149℃(2100″F)に於
ける寿命が厚さ76.2μm (3ail)に対して
70時間であり厚さ127μm (511)に対して
200時間以下であることと比較されれば、MCr A
1Yコーティングの有利さが理解されよう。
第6図は、熱疲労挙動に於ける本発明の組成の従来技術
の組成に対する優位性を示している。熱疲労は繰り返し
の不均一な加熱によって生ずる応力に起因する。第6図
は、それぞれのサイクルで試料に生ずる全ひずみ歴を、
破断を生ずるために要するサイクル数の関数として表わ
している。本発明の組成は破断するまでに従来技術の組
成よりも70%多いサイクル数を要する。このことは、
本発明が従来技術の組成よりも36℃(65下)の温度
向上を示していることと対応する。
の組成に対する優位性を示している。熱疲労は繰り返し
の不均一な加熱によって生ずる応力に起因する。第6図
は、それぞれのサイクルで試料に生ずる全ひずみ歴を、
破断を生ずるために要するサイクル数の関数として表わ
している。本発明の組成は破断するまでに従来技術の組
成よりも70%多いサイクル数を要する。このことは、
本発明が従来技術の組成よりも36℃(65下)の温度
向上を示していることと対応する。
!&後の重要な材料特性は、耐腐食性である。耐腐食性
に於ては、本発明の組成は従来技術の組成とほぼ同等の
性能を有している。S食に関するデータは、表IVに示
されている。
に於ては、本発明の組成は従来技術の組成とほぼ同等の
性能を有している。S食に関するデータは、表IVに示
されている。
結論として、本発明の組成、特に上述の実施例は、本発
明の合金が従来技術の材料とほぼ同等の特性を示した高
温腐食性以外の全ての点で、これまで最もよくバランス
がとれた特性を示すとされてきた従来技術の組成よりも
、33〜39℃(60〜70下〉の温度向上を示すので
ある。とりゎけ合金849は特に好ましい性質を示す。
明の合金が従来技術の材料とほぼ同等の特性を示した高
温腐食性以外の全ての点で、これまで最もよくバランス
がとれた特性を示すとされてきた従来技術の組成よりも
、33〜39℃(60〜70下〉の温度向上を示すので
ある。とりゎけ合金849は特に好ましい性質を示す。
CとBとZrとを人為的に加えることは好ましくなく、
これらの元素が合金内に含まれている場合には、0O2
00pp 、 830ppm 、 Zr 75ppm
以下に:抑えることが好ましい。
これらの元素が合金内に含まれている場合には、0O2
00pp 、 830ppm 、 Zr 75ppm
以下に:抑えることが好ましい。
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、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて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。。
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて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。。
第1A図は、本発明の材料と従来技術の材料とに対して
、応力を温度の関数として表わしたグラフである。 第1B図は、本発明の材料と従来技術の材料とに対して
、300時間でクリープ破壊を生ずるために必要な応力
を温度の関数として表わしたグラフである。 第2図は、1%クリープを生ずる時間を示すラーソンー
ミラー図であり、本発明を従来技術の材料と比較してい
る。 第3図は、クリープ破壊を生ずる時間を示すラーソンー
ミラー図であり、本発明を従来技術の材料と比較してい
る。 第4図は、本発明の材料の酸化挙動を従来技術の材料の
一例の酸化挙動と比較する図である。 第5図は、本発明のコーティングされた材料の酸化挙動
を従来技術の材料の酸化挙動と比較する図である。 第6図は、本発明の材料の熱機械的疲労挙動を従来技術
の材料のそれと比較する図である。 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代 理 人 弁理士 明 石 昌
毅懐汽・F(・。)・ ε FIG、 4 「 % 7t ’F(°c) FIG、 5
、応力を温度の関数として表わしたグラフである。 第1B図は、本発明の材料と従来技術の材料とに対して
、300時間でクリープ破壊を生ずるために必要な応力
を温度の関数として表わしたグラフである。 第2図は、1%クリープを生ずる時間を示すラーソンー
ミラー図であり、本発明を従来技術の材料と比較してい
る。 第3図は、クリープ破壊を生ずる時間を示すラーソンー
ミラー図であり、本発明を従来技術の材料と比較してい
る。 第4図は、本発明の材料の酸化挙動を従来技術の材料の
一例の酸化挙動と比較する図である。 第5図は、本発明のコーティングされた材料の酸化挙動
を従来技術の材料の酸化挙動と比較する図である。 第6図は、本発明の材料の熱機械的疲労挙動を従来技術
の材料のそれと比較する図である。 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代 理 人 弁理士 明 石 昌
毅懐汽・F(・。)・ ε FIG、 4 「 % 7t ’F(°c) FIG、 5
Claims (3)
- (1)単結晶物品の製造に特に適しており、高強度を有
し熱処理可能な安定なニッケル基超合金組成物にして、
実質的に3〜12%Cr、0〜3%Mo、3〜10%W
、0〜5%Re、6〜12%Ta、4〜7%Al、0〜
15%Co、0〜0.02%B、0〜0.1%Zr、0
〜0.045%C、0〜0.8%Hf、0〜2%Nb、
0〜1%V、0〜0.7%Ti、RuとRhとPdとO
sとIrとPtとそれらの混合物とより成る群より選択
された0〜10%の元素、Y、Sc、La、Ce、その
他のランタノイド系列或いはアクチノイド系列の0〜0
.1%の元素、残りNiから成り、重量パーセントで表
わされた次式 P=−200Cr+80Mo−20Mo^2−250T
i^2−50(TixTa) +15Nb+200W−14W^2+30Ta−1.5
Ta^2+2.5Co+1200Al−100Al^2
+100Re+1000Hf−2000Hf^2+70
0Hf^3 −2000V−500C−15000B によって定められるP値が約3360から約4850ま
での値を示すニッケル基超合金組成物。 - (2)高強度単結晶物品として製造されるに適したニッ
ケル基超合金組成物にして、実質的に4.0〜7.5%
Cr、8〜12%Co、0.5〜2.5%Mo、3.5
〜7.5%W、2.5〜4.0%Re、0〜0.4%T
i、5〜6%Al、8〜10%Ta、0〜0.3%Hf
、PtとPdとOsとRhとRuとIrとそれらの混合
物とより成る群より選択された0〜10%の元素、0〜
0.005%B、0〜0.007%Zr、0〜0.02
%C、Y、Sc、La、Ce、その他のランタノイド系
列或いはアクチノイド系列の0〜0.1%の元素、残り
Niから成るニッケル基超合金組成物。 - (3)ニッケル基超合金単結晶物品にして、実質的に3
〜12%Cr、0〜3%Mo、3〜10%W、0〜5%
Re、6〜12%Ta、4〜7%Al、0〜15%Co
、0〜0.02%B、0〜0.1%Zr、0〜0.04
5%C、0〜0.8%Hf、0〜2%Nb、0〜1%V
、0〜0.7%Ti、RuとRhとPdとOsとIrと
Ptとそれらの混合物とより成る群より選択された0〜
10%の元素、Y、Sc、La、Ce、その他のランタ
ノイド系列或いはアクチノイド系列の0〜0.1%の元
素、残りNiから成り、 P=−200Cr+80Mo−20Mo^2−250T
i^2−50(TixTa) +15Nb+200W−14W^2+30Ta−1.5
Ta^2+2.5Co+1200Al−100Al^2
+100Re+1000Hf−2000Hf^2+70
0Hf^3 −2000V−500C−15000B によって定義されるP値が約3360から約4850ま
での値を示すニッケル基超合金単結晶物品。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/743,138 US4719080A (en) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | Advanced high strength single crystal superalloy compositions |
US743138 | 1985-06-10 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61284545A true JPS61284545A (ja) | 1986-12-15 |
JPH058263B2 JPH058263B2 (ja) | 1993-02-01 |
Family
ID=24987664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61074120A Granted JPS61284545A (ja) | 1985-06-10 | 1986-03-31 | ニツケル基超合金組成物 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4719080A (ja) |
EP (1) | EP0208645B1 (ja) |
JP (1) | JPS61284545A (ja) |
CA (1) | CA1251059A (ja) |
DE (1) | DE3686525T2 (ja) |
IL (1) | IL78072A (ja) |
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