JPS62116748A - 単結晶Ｎｉ基超耐熱合金 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主としてガスタービンエンジンのグレードに用
いられる、クリープ破断強度のすぐれた単結晶Ｎｉ基超
超耐熱合金関するものである。

〔従来の技術〕

一般に金属の高温での破壊は結晶粒界で起こるため、タ
ービングレードを結晶粒界の存在しない単結晶組織とし
、かつ適切な熱処理を行なうことによりその高温でのク
リープ破断強度は大巾に向上する。この概念に基づき、
ユナイテッドテクノロジー社よりＡ４ｄｏｙ　４４４　
（米国特許第４　、１１６．７２５号に記載）、Ａ１１
ｏｙ　４５４（米国特許第４．２０９　、５４８号に記
載）　、　ｋｌｌＯＹ２０５Ｋ（米国特許第４　、２２
２　、７９４号に記載）。

エアリサーチ社よりＮＡＳＡ工Ｒ１００，また中ヤノン
マスケゴン社よりＣＭＥＩＸ−２（％開昭５７−８９４
５１号に記載）、ＣＭＳＸ−ｓ　（％開昭５９−１９０
５４２号に記載）等の単結晶専用Ｎｉ基超超耐熱合金開
発された。

発明が解決しようとする問題点〕 上記の単結晶合金は、従来の多結晶合金に比べるとはる
かにすぐれたクリープ破断強度を有するが、まだ成分バ
ランス、組織制御等の点で十分とは百えない。例えばＮ
ＡＳＡ工Ｒ１００はα−Ｗ相やμ相などの有害相が析出
し、クリープ破断強度を低下させることが見出されてい
る。

α−Ｗ相等の有害相の析出を防ぐためにはＷ。

ＭＯＩ　ＴＩ＋Ｌ等の添加量を少なくすることが必要で
あるが、これらは合金強化元素であるため必要以上に少
なくするとクリープ破断強度を低下さ亡る。

本発明の目的は単結晶合金金構成する合金元素について
その個々の麻加童および合金相互の成分バランスについ
て詳細に検討し、クリープ破断強度がすぐれかつ組織的
に安定した合金を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は％重瓜慢でＣｒ４〜１０チ１Ａ１４〜６．５％
、Ｗ４〜１０％　Ｔａ　４〜９　％　、　Ｍｏ　１．５
〜６％、残部Ｎｉおよび不純物からなり、かつン４　Ｗ
−）−３Ｔａ−）−ＭＯ：９．５〜１５．５俤であるこ
とを特徴とする単結晶Ｎｉ基超超耐熱合金ある。

以下に本発明合金の成分限定理由について述べる。

Ｃｒは合金の耐酸化性、耐食性を向上させる作用を持つ
が、過度の添加はδ相などの有害析出相を生じクリープ
破断強度を琳下させるため。

４〜１０チに限定する。

ＡＩはＮｉ蓬超超耐熱合金析出強化するＴ相と呼ばれる
金部間化合物を形成する主要元素である。ｉ′相は基本
組成は旧ｓｋｇで表わされるがｋｅ以外にもＴｉ、Ｔａ
、Ｗ、Ｍｏなどを固溶することによりさらに強化される
。これらの元素の作用は後述する。単結晶合金は通常体
積率で５０％以上もの多量のＴ′相を含むが、凝固終了
時には共晶１′相と呼ばれる粗大１′相が存在するので
。

これを母相（１相と呼ばれる。）中へ一旦固溶させるた
め高温で固溶化処理を行なう。固溶化処理で固溶したＴ
′相は、冷却中およびその後の時効処理により均一微細
に析出することにより合金を強化する。Ａｌは４％未満
では７相の生成量が十分でなく、また６、５−を越える
と７相が多過ぎ、共晶１′相を固溶化処理で完全に固溶
させることができないためクリープ破断強度は低下する
。従ってＡｌは４〜６．５％に限定する。

Ｗは１相および１′相に固溶して、両相を強化する元素
であり最低４％は必要である。しかしながら過度の添加
はα−Ｗ相と呼ばれる相を析出し、却ってクリープ破断
強度を低下させる。

従ってＷは４〜１０優に限定する。

Ｊ＋Ｌμ王とし１？預艮園澄し１１　州τ預１こすると
共に７′相の量も増加させる。従ってＴ４は最低４％は
必要であるが、過度に添加すると共晶１′相を固溶させ
ることが困難となり、また１相の形態も変化することに
よりクリープ破断強度は低下する。従ってＴａは４−９
％に限定する。

Ｍｌ）は主として７′相に固溶して７相を強化するので
最低１，５ｔｓ必要であるが、過度の添加はα−ＭＯ相
を生じてクリープ破断強度を低下させるため、１．５−
６％に限定する。

以上述べたＷ、Ｔａ、ＰＡｏの３元素はそれぞれ異なっ
た強化作用を持つため、３元素を共に添加することがＪ
ｔ要である。本発明においてはこの６元素の添加量の合
計２　′／２ｗ　＋　’／２Ｔｌｌ　＋　Ｍｏ・という
瀘で規定した。ここでｗ、’ｒａをそれぞれン、とした
のは本発明がｉｔｓよりも原子憾に１よって行なわれた
ことに基づく。′／／２Ｗ＋１／２Ｔａ−ｌ−Ｍｏが９
．５％より低いとｉ′、？　　両相の固溶強化は十分で
なく、１５．５％より多いとａ−（ｗ。

Ｍｏ）などの有害相が析出する。また実施例にオイて後
述するが、’／”２　Ｗ＋　１／２Ｔａ　十Ｍ　□が１
３．５ｃｌｂ以下であっても各元素の添加量が規定する
範囲以外の場合α−（Ｗ、Ｍｏ）相が析出することがあ
る。これは１例えばＷの添加量が非常に高くＴｅＬ、　
ＭＯ、が無添加あるいは添加量が低い場合に見られるも
のであり、３元素を一定量以上共に添加することはα−
（Ｗ、Ｍｏ）の析出を防止し１組織を安定化することか
らも重要である。

前述のＮＡｆ７Ａ工Ｒ１００合金はα−Ｗ相の析出が見
られるが、これはＷが１０．５％とかなり高いことによ
るものであり、これを改良したＣＭＳＸ−２合金は、Ｗ
を低め、代わりにＴ４を増加することによりα−Ｗの析
出をおさえているが、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏによる固溶強化は
まだ十分でない。本発明合。

金はＷ、Ｔａ、Ｍｏの５元素のうち特にＭＯの添加量を
従来合金より高くシ、各元素の個々ならびに総計の添加
量を規定することにより、α−（Ｗ、Ｍｏ）寺の有害相
を生じない範囲で７，７′相の固溶強化を最大としたも
のである。

なお従来の単結晶合金にはＴ１が添加されてい。

ることか多い。Ｔｉはフ相に固溶し、ア相の形成ならび
に固溶強化に役立つが、共晶７相をつくりやすくかつ合
金の融点を下げるため固溶化処理温度を十分高くするこ
とができず、共晶１を固溶させることが困難である。従
って本発明合金にはＴｉを無添加とした。

他の単結晶合金と同様、本発明合金においても、Ｃ、Ｂ
　、　Ｚｒ等は合金の初期溶融温度を低めるため不純物
レベルにおさえることが必要である。

（実施例〕 第１表に本発明合金、比較合金および従来合金の特性を
比較するために用いた試料の化学成分、および温度１０
５０°０、応力１５．０ｔ−ｆ／ｎｎで行なったクリー
プ破断試験結果における破断時間を示す。なおりリープ
破断試験に用いた試料は単結晶に鋳造恢、以下の熱処理
を行なった。すなわち、本発明合金および比較合金はす
べて１３１０〜１６４５“０で４時間加熱後空冷、さら
に１０８０°０で５時間加熱後空冷、さらに８７０℃で
２０時間加熱後空冷の熱処理を施した。比・紋に用いた
ＮＡＳＡ工Ｒ１００は、１３２０℃で４時間加熱後空冷
、さらに９８０℃で５時間加熱後空冷。

さらに８７０℃で２０時間加熱後空冷の熱処理、またＣ
ＭＳＫ−２は、１３１６　’Ｏで４時間加熱後空冷、さ
らに９８０°０で５時間加熱後空冷、さらに８７０℃で
２０時間加熱後空冷の熱処理を施した。

本発明合金、比較合金共、にＷ十（１／２）Ｔａ十ＭＯ
は９．５〜１６．５チであるが、本発明合金はＷ４〜１
０％　、Ｔａ４〜９％　、Ｍｏ１．５〜６％の範囲であ
るのに対し、比較合金はその範囲以外の成分を含んでい
る。比較合金のうち、Ｗが高（Ｔａが無添加または低い
％　Ｎｏ１，２，５．６合金は、いずれも熱処理後ある
いはクリープ試験中にα−（Ｗ、Ｍｏ）相の析出が見ら
れ、クリープ破断時間は短かい。一方、Ｔａが高くＷが
無添加または低いＮＯ５，４，７，８合金は、α−（Ｗ
、Ｍｏ）相の析出は見られないが、共晶ｉ相が熱処理に
より完全に固溶せず１部残存しており、またＴ相の形状
が球状に近い形に変化しており、クリープ破断時間は短
かい。またＭＯが高いＮＯ９合金には、α−（Ｗ、Ｍｏ
）相は見られないが、ＷＴａｉｉが低すぎ゛るため、ク
リープ破断時間は短い０ これに対し本うと明合金は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏの５元素ｔ
バランスよく添刀口しているため、α−（Ｗ　、　Ｍｏ
　）相の析出が見らｎず、クリープ破断時間も長い。従
来合金の１１ｆｌＳについてクリープ破断試枳結未を示
すが１本発明合金がすぐれていることは明らかである。

以下余白 〔発明の効果〕 以上のように、本発明合金は既存合金に比べてすぐれた
クリープ破断強度を有するため、ガスタービングレード
に用いてその効率向上に大きく寄与するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量％にてＣｒ４〜１０％、Ａｌ４〜６．５％、Ｗ
   ４〜１０％、Ｔａ４〜９％、Ｍｏ１．５〜６％、残部Ｎ
   ｉおよび不純物からなり、かつ（１／２）Ｗ＋（１／２
   ）Ｔａ＋Ｍｏ＝９．５〜１３．５％であることを特徴と
   する単結晶Ｎｉ基超耐熱合金。