JPS6152339A - Ｎｉ基耐熱合金 - Google Patents

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】 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
ビンの出力、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動翼材が必要
である。

現在、発電用大型ガスタービンの動翼材にはｌＮ−７３
８ＬＣ（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動翼材にはＭａｒＭ２００　（マ
ーチンマリエタ社製、組成後記）が優れたものとして使
用され、またＭａｒＭ２４７　（マーチンマリエタ社製
、組成後記）の実用化が検討されている。

しかし、これらの合金はクリープ破断強度が優れ々いた
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
ＡＶＩ−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ＮＡＳＡＶ［−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Ｎｔ基耐熱合
金を提供するにある。

本発明のＮｉ基耐熱合金は、Ｃｏ６〜１１ｑ６、Ｃｒ３
〜７％、Ｗ１２．５〜１６％、Ａｌ４〜′６％、Ｔｉ０
．２〜２’ｌ、Ｔａ３〜９％、Ｃ０，００１〜０．２％
、Ｂ０．００１〜０．０４％、Ｚｒ０．００１〜０．２
％を含み、残部は実質的にＮｉよりなり、同時にＷ＋Ｔ
ａ＝１６〜２２チを満たすＮｉ基耐熱合金である。

ただし、前記成分に０．５〜３％のＭｏを含ませても、
また、前記成分に０．５〜２チのＮｂを含ませてもよく
、更に前記成分に０．２〜２ｆｊのＨｆを含１せても同
様にクリープ破断強度の優れたものが得られる。

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γ相および化学量論的にＮ　ｆ　ｓ　Ａ　ｌで表
わされるγ′相中に固溶して、これらの相の固溶化に寄
与すると共に、γ相中におけるγｌ相の析出量を増加し
て析出強化を助長する作用をする。

その量が１１チを超えると、σ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７〜１０％である。

Ｃｒｔ；ｌ：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σ相やμ相など
の有害相が板上に生成して、クリープ破断強度が低下す
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、８００〜９００℃の比較的低温度で５０００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チ〜６％と低くするのが好ましい。

Ｗはγ相およびγ′相中に固溶して、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チを超えると、μ相などの有害析出物
を生成し、クリープ破断寿命が低下する欠点を生ずる。

ＭｏｔｉＷと同様にγ相およびγ′相に固溶してこれら
の相を強化する。しかし、３％を超えるとμ相などの有
害析出物を生じ、クリープ破断寿命が低下する欠点を生
ずる。

Ａｌはγ′相を生成するために必要な元素であシ、γ′
相を十分に析出させるため旧も４チ以上含有させること
が必要である。しかし、６チを超えると共晶γ′と呼ば
れる粗大なγ′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γ′相に固溶し、γ′相を強化する
と共に、γ′相の量を増加させて析出強化に寄与する。

そのためＫＦｉ、０．２１以上含有させる必要があるが
、２チを超えるとη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γ′相に固溶して著しく固溶強化す
ると共に１　γ′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け３チ以上必要である。しか
し、９％を超えるとｄ相などの有害析出物が生じてクリ
ープ破断寿命が低下する。

ＮｂはＴａと同様な作用をする。そのためには０．５−
以上含有させる必要があるが、　Ｎｂの含有量が２−を
超えるとγ相などの有害析出物を生じ、クリープ破断寿
命を低下する。

Ｃは、よく知られているようにＭｅ型％　Ｍ富ｓＣ＊型
、′ＭｓＣ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．
００１％以上必要である。しかし、０．２俤を超えると
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。好ましい範囲は０．０５〜０．２であ
る。

Ｂは粒界に偏析して高温での粒界強度を向上させ、クリ
ープ破断強度と破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チ以上必要である。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チ以上必要である。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。

前記のような組成のものからなるものに、更にＨｆを２
％以下含有させてもよい。

Ｈｆは粒界強化の作用をする。そのためには０．２チ以
上含有させる必要がある。しかし、２チを超えると有害
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０．２〜２チ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、γ相またはγ′相の固溶強化に有効な元素である
ＷとＴａの合計量が１６チ〜２２％であることが必要で
ある。Ｗ＋Ｔａが１６チ未満であると、固溶強化量が不
足し、十分なりリープ破断強度が得られない。逆にその
合計量が２２％を超えるとｄ相、μ相などの有害析出物
が生成し、クリープ破断強度が低下する欠点を生ずる。

Ｗ、Ｔａおよび、Ｎｂ、Ｍｏのどちらか一方あるいは両
者を加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１６チ〜２２−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６種と既存合金４種を溶解鋳造し、クリープ
破断試験を行った。溶解は高周波真空溶解炉で行い、８
００℃に保温した６■ｆクリープ破断試験片１２本どす
のロストワックス型に鋳込んだ。試験片は鋳造のままク
リープ破断試験に供した。しか１、粉末冶金法によりて
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、朱印はラーソンミラーパラメー
タ（定数＝２０）を用いた推定値である。

前記衣の結果が示すように、本発明合金のクリープ破断
寿命は、ｌＮ−７３８ＬＣ，ＭａｒＭ２００゜Ｍａｒ　
Ｍ２４７の現在最強合金とされている合金よシも大きい
ことが分かる。この原因は主として固溶強化量（Ｗ＋　
Ｍｏ　＋　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、９Ｗ、Ｔａと同
等の固溶強化の効果をもつので、Ｗ＋　Ｍｏ　＋　Ｔａ
　＋　Ｎｂを固溶強化量とみてよい。） ＩＮ−７３８ＬＣは固溶強化量が本発明合金に比べ大巾
に少なく、またＷ量も少なく、Ｃｒが多い。

ＭａｒＭ２００合金とＭａｒＭ２４７合金も本発明合金
に比べてＷ＋　Ｍｏ　＋　Ｔａ　＋　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。

ＮＡＳＡＭ−Ａ合金は本発明合金と同等程度のクリープ
破断寿命を示している。この合金はＴａによるγ′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
の固溶強化を利用したものである。従って、本発明合金
けＮＡＳＡＶＩ−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
の高効率化が可能となる。

また、この合金は耐酸化あるいは耐硫化コーティングを
行って使用することも可能である。

更に一方向凝固材あるいけ単結晶材としての使用も可能
であり、これによって高温での強度と延性の向上が得ら
れる。このほか粒子分散強化合金の基地としての使用も
可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）重量％で、Ｃｏ６〜１１％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ１２
   ．５〜１６％、Ａｌ４〜６％、Ｔｉ０．２〜２％、Ｔａ
   ３〜９％、Ｃ０．００１〜０．２％、Ｂ０．００１〜０
   ．０４％、Ｚｒ０．００１〜０．２％を含み、残部は実
   質的にＮｉよりなり、同時にＷ＋Ｔａ＝１６〜２２％を
   満たすＮｉ基耐熱合金。 ２）重量％で、Ｃｏ６〜１１％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ１２
   ．５〜１６％、Ａｌ４〜６％、Ｔｉ０．２〜２％、Ｔａ
   ３〜９％、Ｃ０．００１〜０．２％、Ｂ０．００１〜０
   ．０４％、Ｚｒ０．００１〜０．２％、Ｈｆ０．２〜２
   ％を含み、残部は実質的にＮｉよりなり、同時にＷ＋Ｔ
   ａ＝１６〜２２％を満たすＮｉ基耐熱合金。 ３）重量％で、Ｃｏ６〜１１％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ１２
   ．５〜１６％、Ａｌ４〜６％、Ｔｉ０．２〜２％、Ｔａ
   ３〜９％、Ｍｏ０．５〜３％、Ｃ０．００１〜０．２％
   、Ｂ０．００１〜０．０４％、Ｚｒ０．００１〜０．２
   ％を含み、残部は実質的にＮｉよりなり、同時にＷ＋Ｔ
   ａ＋Ｍｏ＝１６〜２２％を満たすＮｉ基耐熱合金。 ４）重量％で、Ｃｏ６〜１１％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ１２
   ．５〜１６％、Ａｌ４〜６％、Ｔｉ０．２〜２％、Ｔａ
   ３〜９％、Ｍｏ０．５〜３％、Ｃ０．００１〜０．２％
   、Ｂ０．００１〜０．０４％、Ｚｒ０．００１〜０．２
   ％、Ｈｆ０．２〜２％を含み、残部は実質的にＮｉより
   なり、同時にＷ＋Ｔａ＋Ｎｂ＝１６〜２２％を満たすＮ
   ｉ基耐熱合金。 ５）重量％で、Ｃｏ６〜１１％、Ｃｒ３〜７％、Ｗ１２
   ．５〜１６％、Ａｌ４〜６％、Ｔｉ０．２〜２％、Ｔａ
   ３〜９％、Ｍｏ０．５〜３％、Ｎｂ０．５〜２％、Ｃ０
   ．００１〜０．２％、Ｂ０．００１〜０．０４％、Ｚｒ
   ０．００１〜０．２％、Ｈｆ０．２〜２％を含み、残部
   は実質的にＮｉよりなり、同時にＷ＋Ｔａ＋Ｍｏ＋Ｎｂ
   ＝１６〜２２％、Ｔａ＋Ｎｂ＝３〜９％を満すＮｉ基耐
   熱合金。