JPS6293333A - Ｎｉ基合金 - 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〕 本発明はガスタービンの主要部品であるディスク、ベー
ン、ノズル、ブレード等やジェットエンジン、高温パル
プ、高温ガス炉など長時間高温にさらされる構造材料に
関する。

〔従来の技術〕

ガスタービンやジェットエンジン、高温バルブ、高温ガ
ス炉など高温に長時間さらされる構造材としてはＮｉ基
超超合金利用されている。このＮｉ基超合金の場合、金
属間化合物のγ′相〔Ｎｉ１（Ａｌ、Ｔｉ）　〕を６０
　ｖｎ１％以上析出させ高温強度の強化を図シ、またオ
ーステナイト相の母相で延性、靭性を生み出している。

しかし、この種の材料の場合、マトリックス相がＮｉ相
であるため高温において著しく強度が低下してしまう根
本的な欠点がある。

これに対しＮｉ基超合金の主要強化相である金属間化合
物のＮｉ１ｌＡｌは温度が高くなるほど強さが増すとい
う特異な性質があるが、通常延性、靭性がなく引張試験
を行っても伸びはほとんど零に等しく構造材としてはま
ったく成り立たないものであシ、とのＮｉ、Ａｌを高温
の構造材料として利用することは長い間の大きな課題で
あった。

最近になりこのＮｉ５Ａｌ　Ｉｃ　Ｂを３％以下添加す
ると常温の延性が改善できるとの提案がなされている。

（特開昭５５〜５８３４６）Ｌかし、このＢを添加した
Ｎｉ５Ａｌは常温および常温近傍では十分な延性は得ら
れるが、高温特に６００℃以上では延性はほとんど零に
等しい。また、高温での強度や耐酸化性も十分ではない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

金属間化合物のＮｉ、Ａｌは単結晶体を除いて延性はま
ったくない。また、前記提案のようＩｃＢを添加すると
常温の延性は改善できるが高温特に６００℃以上での十
分な延性は得られない。

また、温度が上昇すると強度が増すという強さの正の温
度依存性はあるが高温における絶対的な強度は必ずしも
十分ではない。さらに、高温における耐酸化性も十分な
ものではない。

本発明は高温における高い延性、十分に高い強度および
良好な耐酸化性を有するＮｉ、Ａｌ系の当該合金のほと
んどがＴ＝Ｉｔ型金璃型金合間化合物基合金を提供しよ
うとするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明はＡｌ　４〜１３ｗｔ％、Ｂ　３　ｗｔ％以下、
Ｗｅ　　Ｏ，００５〜１２　ｗｔ％、Ｃｒ　０．０１〜
２５　ｗｔ％を含み、かつＨｆ　Ｏ，ＯＯ５〜２２　ｗ
ｔ％またはＺｒα０口５〜４　ｗｔ％を複合または単独
で含み、残部がＮｉおよび不可避不純物の組成よりなシ
、該合金のはとんどがＬ工７Ｍ金属間化合物により構成
される高強度および高延性Ｎｉ基合金である。

本発明者らはＮｉ、Ａｌ金合金添加元素を種々組合わせ
ることにより常温だけでなく高温でも延性に富み、しか
もＮｉ、Ａｌよりもはるかに高い高温強度と十分な耐酸
化性をもつＮｉ基合金が得られることを見い出した。

以下に本発明合金における成分組成限定理由について述
べる。

Ａｌ：　　ＡｌはＬＩ２型金属間化合物を形成するのに
不可欠な元素であり、その必要な組成範囲は４〜１３ｗ
ｔ％である。４　ｗｔ％未満ではＡｌは母相に固溶し、
ＬＩ２型金属間化合物を形成しない。また、１３ｗｔ％
を超えてもＬ１之型構造は形成するが、十分な延性は得
られない。この範囲中、好ましい範囲は６〜１３ｗｔ％
、特に好ましい範囲は８〜１３ｗｔ％である。

Ｂ：　Ｂは常温および常温近傍での延性改善に効果があ
る。しかし、３％を超えても十分な延性は得られず逆に
脆くなる。この範囲中、好ましい範囲は１０１〜３ｖｔ
％、特に好ましい範囲は［１，０３〜［１１ｗｔ％であ
る。

Ｆｅ：　　ＩＦｅはＮｉ、Ａｌの延性を大きく改善する
働きがある。しかし、Ｏ，１１［＋５ｗｔ％未満ではそ
の効果は十分ではない。また、１２ｗｔ％を超えてもＮ
ｉＲＡｌの強さの正の温度依存性を弱め、高温における
強度が十分に得られない。この範囲中、好ましい範囲は
１〜１２ｖｔ％、特に好ましい範囲は５〜１２ｗｔ％で
ある。

Ｃｒ：　　Ｃｒは耐酸化性に効果がある。０．０１　ｗ
ｔ％未満ではその効果は十分ではない。また、２５　ｗ
ｔ％を超えて添加してもその効果は顕著でなく、逆に高
温強度が低下する。この範囲のうち、好ましい範囲は７
〜２５　ｖｒｔ％、特に好ましい範囲は１３〜２５　ｉ
ｔ％である。

Ｈｆ：　　ＩｌｆはＮｉ、ＡＩの強度を大きく改善する
。

αＯｎ　５　ｗｔ％未満ではその効果が十分でな（２２
ｗｔ％を超えて添加してもＮｉ、Ａｌに固溶されず、強
度の改善に効果がない。この範囲中、好ましい範囲は５
〜２２　ｗｔ％、特に好ましい範囲は９〜ＩＢｗｔ％で
ある。

Ｚｒ：　　ＺｒもＮｉ、Ａｌの強度の改善に効果がある
。

１１、　Ｏ０５ｗｔ％未満ではその効果が十分でなく、
４　ｉｖｔ％を超えて添加しても、Ｎｉ、Ａｌに固溶さ
れず、強度の改善に効果がない。この範囲中、好ましい
範囲は１〜４　ｗｔ％、特に好ましい範囲は１．７〜′
５．５　ｗｔ％である。

不可避的不純物；　不可避的に９．Ｃｏが混入すること
があるが、前者は約０．　ｎ　３　ｗｔ；％以下、後者
は約ｏ、　ｓ　ｖｔ％以下ならば問題がないようである
。

〔実施例〕

本発明を実施例により具体的に説明する。

第１表および第２表に試験に供した合金の成分を示す。

試験材の溶製はＡ５のＨａｓｔｅｌｌｏ７Ｘ（Ａ８ＴＭ
Ｂ４３５−７７）を除き真空高周波溶解炉にて行つた。

Ｈａｓｔｅｌｌｏｙｘ　　は市販のものを用いた（溶体
化処理材）。Ｈａｓｔθ’１１０ｙＸ　以外の試料は溶
製後、１０５０℃で５０時間均一化処理を施し試験に供
した。

第１表 第１図は室温から９００℃の温度域で行った引張試験結
果を示す図である。本発明材の崖１は比較材のＡ！ｌ、
Ａ４に比べてはるかに高い高温強さを示している。第１
図には本発明材の他のものを示していないが、これはグ
ラフが複雑になるからであって、墓１と同様な曲線を示
す。

第２図は第１図に示す引張試験を行ったときの伸びの測
定結果を示す図である。本発明材のム１は６００℃以上
でも１３％以上の伸びがある。これに対し比較材のム４
は常温では高い延性があるが６００℃以上の温度域では
伸びはほぼ零である。また、第２図には４３の伸びの測
定結果は示していないが、Ａ５は常温から高温までまっ
たく伸びがなく、脆性的に破断する。

Ｉｉ１以外の本発明材を示していないのは前述と同じ理
由による。

第３表は、１０５０℃で１００時間乾燥空気中に曝露す
る酸化試験を実施した結果である。

数値は酸化による減量によって表わした。本発明材のＡ
Ｉ、４２は、比較材の４３．４４よシも酸化による減量
は少なく、比較材のＨａｓｔθ１１ｏｙ′ｘ並もしくは
それ以上の高温における良好な耐酸化性を有することが
わかる。

第３表 〔発明の効果〕 本発明材は高温における強度、延性ならびに耐酸化性が
優れているため、ガスタービン、ジェットエンジン、高
温パルプ、高温ガス炉等長時間高温にさらされる主要な
構造材に適用でき、このため、従来よりも高い温度での
プラントの運転が可能となり、高効率化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は供試材で引張試験を行ったときの試験温度と［
１，２％耐力の関係を示す図。第２図は供試材で引張試
験を行ったときの試験温度と伸びの関係を示す図。 以上 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　萩　原　亮　− 復代理人　　安　西　篤　夫 第１図 試験温度（′Ｃ） 第２図 試験；只反（′Ｃ） 昭和６１年　１月８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ａｌ４〜１３ｗｔ％、Ｂ３ｗｔ％以下、Ｆｅ０．００５
   〜１２ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜２５ｗｔ％を含み、かつ
   Ｈｆ０．００５〜２２ｗｔ％またはＺｒ０．００５〜４
   ｗｔ％を複合または単独で含み、残部がＮｉおよび不可
   避不純物の組成よりなり、該合金のほとんどがＬＩ＿２
   型金属間化合物よりなることを特徴とする高強度高延性
   高耐酸化性Ｎｉ基合金