KR101674277B1 - Ni 기 합금 - Google Patents

Abstract

측정 시야 면적 S₀ 으로 관찰을 실시하여 시야 내에 존재하는 최대 사이즈의 질화물의 면적 A 에 대해 D = A^1/2 로 정의되는 면적 등경 D 를 산출하고, 이 작업을 측정 시야수 n 으로 반복 실시하여 n 개의 면적 등경 D 의 데이터를 취득하고, 이들 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열하여 D₁, D₂, …, D_n 으로 하여, 기준화 변수 y_j 를 구하고, X 축을 면적 등경 D 로 하고, Y 축을 기준화 변수 y_j 로 하여, XY 축 좌표 상에 플롯하여, 회귀 직선 y_j = a × D ＋ b (a, b 는 정수) 를 구하고, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 하여 y_j 를 구하여, 얻어진 y_j 의 값을 상기 회귀 직선에 대입함으로써 질화물의 추정 최대 사이즈를 산출한 경우에 있어서, 이 Ni 기 합금은, 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

Ni 기 합금 {Ni-BASE ALLOY}

이 발명은 항공기, 가스 터빈의 동익, 정익, 링, 연소통 등에 사용되는 기계적 특성, 특히 피로 강도가 우수한 Ni 기 합금에 관한 것이다.

본원은 2012년 2월 7일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2012-024294호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 예를 들어 특허문헌 1, 2 에 나타내는 바와 같이, 항공기, 가스 터빈 등에 사용되는 부재의 소재로서, Ni 기 합금이 널리 적용되고 있다.

특허문헌 1 에서는, Ni 기 합금 중에 존재하는 질소량을 0.01 질량％ 이하로 하는 것이 제안되어 있다. 질소는 티타늄 질화물, 및 그 밖의 유해 질화물을 형성하기 쉽고, 이들 질화물이 피로 균열의 원인으로서 생각되기 때문이다.

또, 특허문헌 2 에서는, 탄화물 및 질화물의 최대 입경이 10 ㎛ 이하인 것을 제안하고 있다. 그 입경이 10 ㎛ 이상이면, 상온에서의 가공 중에 탄화물 및 질화물과 모상의 계면으로부터 균열을 일으키는 것을 지적하고 있다.

또, 철강 분야에 있어서는, 특허문헌 3, 4 에 나타내는 바와 같이, Fe-36 ％ Ni, Fe-42 ％ Ni 와 같은 Fe-Ni 합금에 있어서, 비금속 개재물, 특히 산화물의 최대 입경을 추정하여 평가하는 수법이 제안되어 있다.

그러나, 특허문헌 1 에서는, 질소량의 상한값에 대하여 규제되어 있지만, 질화물의 최대 입경과 관련지어져 있지 않다. 이 때문에, 질소량을 저감시켜도 피로 강도에 있어서 충분한 Ni 기 합금을 안정적으로 얻을 수 없다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 2 에서는, 탄화물 및 질화물의 최대 입경이 10 ㎛ 이하인 것을 규정하고 있다. 그러나, Ni 기 합금은, 항공기, 발전용 가스 터빈 부품으로서 사용되고 있기 때문에, 원래 매우 청정도가 높다. 이 때문에, 모든 부위를 관찰하여 최대 입경을 파악하는 것은 현실적으로 어려운 점이 존재한다. 특허문헌 2 의 실시예에서는, 탄화물의 입경을 측정하고 있으며, 이 점에 있어서도 질화물의 최대 입경을 파악하는 것이 어려운 것을 시사하고 있다. 또, 질화물의 최대 입경을 예측하기 위해서는, 실제로 측정한 시야에 있어서의 최대 질화물 입경의 분포가 중요해진다. 그러나, 인용 문헌 2 에는 그 점에 대하여 전혀 기재되어 있지 않기 때문에, 질화물의 추정 최대 입경을 예측할 수 없다.

특허문헌 3, 4 에서는, 비교적 큰 비금속 개재물이 많이 석출되는 Fe-Ni 합금에 있어서, 특히 입경이 커지기 쉬운 산화물을 측정 대상으로 하고 있다. 이 때문에, Ni 기 합금으로 피로 강도를 향상시키기 위해 질화물의 최대 입경을 추정하는 것은 매우 어려워, 여러 가지 검토를 필요로 한다. 또, Ni 기 합금에 있어서는, 재용해나 진공 용해 등에 의해, 산소량 및 질소량이 저감되어 있다.

이 때문에, Ni 기 합금에서는, 철강 재료와 비교하여 비금속 개재물의 수가 적고, 사이즈도 작다. 또한, Ni 기 합금은, 여러 가지 상을 포함하기 때문에, 발광 패턴의 분리나 비금속 개재물의 관찰을 철강 분야와 동일하게 실시할 수 없다.

이 때문에, 철강 분야에서 실시되고 있는 수법을 단순히 적용해도, Ni 기 합금 중의 질화물과 피로 강도의 관계를 충분히 평가할 수는 없었다.

일본 공개특허공보 소61-139633호 일본 공개특허공보 2009-185352호 일본 공개특허공보 2005-265544호 일본 공개특허공보 2005-274401호

이 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 발명자들은 Ni 기 합금 중에 있어서의 질화물의 최대 입경이 피로 강도에 큰 영향을 준다는 지견을 얻었다. 또, 대상이 되는 단면 전부를 관찰하는 것은 현실적으로 어렵기 때문에, 예측 대상 단면적에 있어서의 질화물의 추정 최대 사이즈와 피로 강도의 관계를 고찰하였다. 발명자들은 상기 지견 및 고찰의 결과에 기초하여 본 발명에 이르렀다. 본 발명은 기계적 특성, 특히 피로 강도가 우수한 Ni 기 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하여, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 관련된 Ni 기 합금은, 측정 시야 면적 S₀ 으로 관찰을 실시하여 시야 내에 존재하는 최대 사이즈의 질화물의 면적 A 에 대해 D = A^1/2 로 정의되는 면적 등경 D 를 산출하고, 이 작업을 측정 시야수 n 으로 반복 실시하여 n 개의 면적 등경 D 의 데이터를 취득하고, 이들 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열하여 D₁, D₂, …, D_n 으로 하여, 하기 식 (1) 로 정의되는 기준화 변수 y_j 를 구하고,

[수학식 1]

(단, 상기 식 (1) 에 있어서, j 는, 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열했을 때의 순위수를 나타낸다.)

X 축을 면적 등경 D 로 하고, Y 축을 기준화 변수 y_j 로 하여, XY 축 좌표 상에 플롯하여, 회귀 직선 y_j = a × D ＋ b (a, b 는 정수 (定數)) 를 구하고, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 하여, y_j 를 하기 식 (2) 로부터 구하고,

[수학식 2]

얻어진 y_j 의 값을 상기 회귀 직선에 대입함으로써 질화물의 추정 최대 사이즈를 산출한 경우에 있어서, 이 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 Ni 기 합금에 있어서는, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 한 경우에 있어서의 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 이하이므로, Ni 기 합금의 내부에 사이즈가 큰 질화물이 존재하지 않게 된다. 이 때문에, Ni 기 합금의 기계적 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 질화물의 관찰은, 배율 400 ∼ 1000 배이고, 측정 시야수 n 을 30 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 질화물의 면적의 측정에서는, 먼저 화상 처리를 이용하여 휘도 분포를 취득하여, 휘도의 임계값을 결정하고, 질화물, 모상, 탄화물 등을 분리하고, 이어서 질화물의 면적을 측정하는 것이 바람직하다. 이 때, 휘도 대신에 색차 (RGB) 를 이용해도 된다.

여기서, 본 발명의 일 양태에 관련된 Ni 기 합금은, Cr ; 13 질량％ 이상 30 질량％ 이하, Al 및 Ti 중 적어도 1 종 이상을 8 질량％ 이하를 함유하는 것이 바람직하다.

크롬 (Cr) 은, 양호한 보호 피막을 형성하여 합금의 고온 내산화성 및 고온내황화성 등의 고온 내식성을 향상시키기 위해 Cr 을 첨가하는 것이 바람직하다. 또, 그 함유량이 13 질량％ 미만에서는, 고온 내식성의 관점에서 바람직하지 않다. 또, 그 함유량이 30 질량％ 를 초과하면, 유해한 금속간 화합물상이 석출되기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.

또, 알루미늄 (Al), 티탄 (Ti) 은, 주요한 석출 강화상인 γ'상 (Ni₃Al) 을 구성하여 고온 인장 특성, 크리프 특성, 및 크리프 피로 특성을 향상시켜, 고온 강도를 초래하는 작용을 갖는다. 이 때문에, Al 및 Ti 중 어느 일방 또는 양방을 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 그 함유량이 8 질량％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되는 관점에서 바람직하지 않다.

또한, 상기 서술한 Cr, Al, 및 Ti 에 추가하여, Fe ; 25 질량％ 이하를 함유하고 있어도 된다.

철 (Fe) 은 저렴하여 경제적임과 함께 열간 가공성을 향상시키는 작용이 있으므로, 필요에 따라 Fe 를 첨가하는 것이 바람직하다. 그 함유량은 고온 강도의 관점에서 25 질량％ 이하가 바람직하다.

또, Ti ; 0.01 질량％ 이상 6 질량％ 이하를 함유하고 있어도 된다.

이들 조성의 Ni 기 합금에 있어서는, 내열성 및 강도가 우수하여, 항공기, 가스 터빈 등의 고온 환경하에서 사용되는 부재에 적용할 수 있다.

또, 상기 질화물로서는, 질화티탄을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

Ti 는 활성 원소이기 때문에, 질화물을 생성하기 쉽다. 질화티탄의 단면은 다각 형상을 이루고 있기 때문에, 사이즈가 작아도 기계적 특성에 큰 영향을 주게 된다. 그래서, 상기 서술한 수법에 의해, Ni 기 합금 중의 질화티탄의 최대 사이즈를 양호한 정밀도로 평가함으로써, Ni 기 합금의 기계적 특성을 확실하게 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 내부에 존재하는 질화물에 대하여 적정하게 평가되어, 기계적 특성, 특히 피로 강도가 우수한 Ni 기 합금을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 실시형태인 Ni 기 합금에 있어서, 현미경 관찰의 시야 내로부터 최대 사이즈의 질화물을 추출하는 순서를 나타내는 설명도이다.
도 2 는 본 실시형태인 Ni 기 합금에 있어서, 질화물의 면적 등경과 기준화 변수를 XY 좌표에 플롯한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 실시예에 있어서, 질화물의 면적 등경과 기준화 변수를 XY 좌표에 플롯한 결과를 나타내는 그래프이다.

이하에, 본 발명의 일 실시형태인 Ni 기 합금에 대하여 설명한다.

본 실시형태인 Ni 기 합금은, Cr ; 13 질량％ 이상 30 질량％ 이하, Fe ; 25 질량％ 이하, Ti ; 0.01 질량％ 이상 6 질량％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피 불순물이다.

그리고, 본 실시형태인 Ni 기 합금에 있어서는, 측정 시야 면적 S₀ 으로 관찰을 실시하여 시야 내에 존재하는 최대 사이즈의 질화물의 면적 A 에 대해 D = A^1/2 로 정의되는 면적 등경 D 를 산출하고, 이 작업을 측정 시야수 n 으로 반복 실시하여 n 개의 면적 등경 D 의 데이터를 취득하고, 이들 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열하여 D₁, D₂, …, D_n 으로 하여, 하기 식 (1) 로 정의되는 기준화 변수 y_j 를 구하고,

[수학식 3]

(단, 상기 식 (1) 에 있어서, j 는, 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열했을 때의 순위수이다.)

X 축을 면적 등경 D 로 하고, Y 축을 기준화 변수 y_j 로 하여, XY 축 좌표 상에 플롯하여, 회귀 직선 y_j = a × D ＋ b (a, b 는 정수) 를 구하고, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 하여, y_j 를 하기 식 (2) 로부터 구하고,

[수학시 4]

얻어진 y_j 의 값을 상기 회귀 직선에 대입함으로써 질화물의 추정 최대 사이즈를 산출한 경우에 있어서, 이 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 이하이다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 이 질화물은 주로 질화티탄이다.

여기서, 상기 서술한 질화물의 추정 최대 사이즈의 추정 방법에 대하여, 도 1, 2 를 참조하여 설명한다.

먼저, 현미경으로 관찰하는 측정 시야 면적 S₀ 을 설정하고, 이 측정 시야 면적 S₀ 내에 있어서의 질화물을 관찰한다. 이 때, 관찰 배율을 400 ∼ 1000 배로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 측정 시야 면적 S₀ 내에서 관찰된 질화물 중 최대 사이즈의 질화물을 선택한다. 양호한 정밀도로 사이즈를 계측하기 위해, 선택한 질화물을 확대하여, 그 면적 A 를 측정하고, 면적 등경 D = A^1/2 를 산출한다. 이 때, 관찰 배율을 1000 배 ∼ 3000 배로 하는 것이 바람직하다.

또한, 질화물의 관찰은, 배율 400 ∼ 1000 배로 실시하는 것이 바람직하고, 측정 시야수 n 은, 30 이상이 바람직하고, 50 이상이 보다 바람직하다. 또, 질화물의 면적의 측정에서는, 먼저 화상 처리를 이용하여 휘도 분포를 취득하여, 휘도의 임계값을 결정하고, 질화물, 모상, 탄화물 등을 분리하고, 이어서 질화물의 면적을 측정하는 것이 바람직하다. 이 때, 휘도 대신에 색차 (RGB) 를 이용해도 된다. 특히, 특허문헌 1 에 있는 바와 같은 탄화물이 존재하는 경우, 휘도만으로는 질화물과 구별하기 어려운 경우가 있다. 이 때문에, 색차 (RGB) 로 분리하는 것이 보다 바람직하다. 또, 관찰에 제공한 시험편을 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 주사형 전자 현미경에 구비되어 있는 에너지 분산형 X 선 분석 장치 (EDS) 를 사용하여 분석하였다. 그 결과, 질화물은 질화티탄인 것을 확인하였다.

이 작업을 측정 시야수 n 회 반복 실시하여, n 개의 면적 등경 D 의 데이터를 얻는다. 그리고, 이 n 개의 면적 등경 D 를 면적 등경이 작은 순으로 바꿔 나열하여, D₁, D₂, …, D_n 의 데이터를 얻는다.

그리고, D₁, D₂, …, D_n 의 데이터를 이용하여, 하기 식 (1) 로 정의되는 기준화 변수 y_j 를 구한다.

[수학식 5]

단, 상기 식 (1) 에 있어서, j 는, 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열했을 때의 순위수를 나타낸다.

다음으로, 도 2 에 나타내는 바와 같이, n 개의 면적 등경 D₁, D₂, …, D_n 의 데이터를 X 축으로 하고, 이들 데이터에 대응하는 기준화 변수 y₁, y₂, …, y_n 의 값을 Y 축으로 하여, XY 좌표에 이들 데이터를 플롯한다.

그리고, 이 플롯으로부터 회귀 직선 y_j = a × D_j ＋ b (a, b 는 정수) 를 구한다.

다음으로, y_j 의 값을 이하의 식 (2) 로부터 산출한다. 이 때, 예측 대상 단면적 S 를 S = 100 ㎟ 로 한다. 즉, 예측 대상 단면적 S (=100 ㎟) 에 대응하는 y_j 의 값을 식 (2) 로부터 산출한다.

[수학식 6]

도 2 에 나타내는 그래프에 있어서, 예측 대상 단면적 S 에 대응하는 y_j 의 값 (도 2 에 있어서의 직선 H) 에 있어서의 회귀 직선의 D_j 의 값이 질화물의 추정 최대 사이즈가 된다. 본 실시형태에서는, 이 추정 최대 사이즈가 25 ㎛ 이하이다.

이하에, 본 실시형태인 Ni 기 합금의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.

Ti, Al 이외의 원소를 함유하는 용해 원료를 배합하고, 진공 용해로에서 용해를 실시한다. 이 때, Ni, Cr, 또는 Fe 등의 원료로서, 질소 함유량이 적은 고순도 원료를 사용한다.

용해 개시 전에, 로 내 분위기를 고순도 아르곤으로 3 회 이상 반복하여 치환한다. 그 후, 진공 빼기를 실시하여, 로 내 온도를 올린다. 그리고, 용탕을 소정 시간 유지하고, 이어서 활성 금속인 Ti, Al 을 첨가하고, 소정 시간 유지한다. 그리고, 주형에 출탕 (出湯) 하여 잉곳을 얻는다. 질화물의 조대화를 방지하는 관점에서, Ti 의 첨가는 가능한 한 출탕 직전에 실시하는 것이 바람직하다. 이 잉곳에 대해 소성 가공을 실시하여, 주조 조직이 없는 빌릿을 생산한다.

이와 같은 제조 방법에 의해 제조된 Ni 기 합금 중의 질소 농도는 낮다. 또, 활성 원소인 Ti 가 고온에서 유지되는 시간이 짧다. 이 때문에, 질화티탄의 발생이나 성장을 억제할 수 있다. 이로써, 상기 서술한 바와 같이, 예측 대상 단면적 S 를 S = 100 ㎟ 로 했을 때의 질화물 (질화티탄) 의 추정 최대 사이즈가 25 ㎛ 이하가 된다.

이상과 같은 특징을 갖는 본 실시형태의 Ni 기 합금에 의하면, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 한 경우에 있어서의 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경 D_j 로 25 ㎛ 이하이다. 이 때문에, Ni 기 합금의 내부에 사이즈가 큰 질화물이 존재하지 않게 되어, Ni 기 합금의 기계적 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 본 실시형태에서는, 활성 원소인 Ti 를 함유하고 있어, 질화물이 질화티탄이다. 질화티탄은, 다각 형상의 단면을 갖고 있기 때문에, 사이즈가 작아도 기계적 특성에 큰 영향을 준다. 그래서, 상기 서술한 수법에 의해, Ni 기 합금 중의 질화티탄의 최대 사이즈를 양호한 정밀도로 평가함으로써, Ni 기 합금의 기계적 특성을 확실하게 향상시킬 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시형태인 Ni 기 합금에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 요건을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.

예를 들어, Cr ; 13 질량％ 이상 30 질량％ 이하, Fe ; 25 질량％ 이하, 및 Ti ; 0.01 질량％ 이상 6 질량％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피 불순물인 조성을 갖는 Ni 기 합금에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 그 밖의 조성의 Ni 기 합금이어도 된다. 예를 들어, Al 을 함유해도 된다.

또, 이 Ni 기 합금의 제조 방법은, 본 실시형태에 예시한 방법에 한정되지 않고, 다른 제조 방법을 적용해도 된다. 상기 서술한 수법에 의해 질화물을 평가한 결과, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 했을 때의 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 이하이면 된다.

예를 들어, 진공 용해로 내에서 용해된 용탕에 대해 고순도 Ar 가스를 버블링하여 용탕 중의 질소 농도를 저감시키고, 이어서 Ti 등의 활성 원소를 첨가하는 방법을 채용해도 된다.

또, 진공 용해로의 챔버 내를 감압하고, 이어서 고순도 Ar 가스를 챔버 내에 도입하여 챔버 내를 정압으로 하여 외기의 혼입을 방지하고, 이 상태에서, Ti 등의 활성 원소를 첨가하여 용해시키는 방법을 채용해도 된다.

실시예

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 실시한 확인 실험의 결과에 대하여 설명한다.

(본 발명예 A ∼ E)

표 1 에 나타내는 합금 10 ㎏ 를 진공 용해로에서 용해시켰다. 먼저, 산세한 Ni, Cr, Fe, Nb, Mo, Co 등의 원료를 도가니 내에 장전하고, 고주파 용해시켰다. 이 때, 용해 온도는 1450 ℃ 로 하고, 고순도 MgO 로 이루어지는 도가니를 사용하였다. Ni, Cr, Fe, Nb, Mo, Co 등의 원료를 장전하고, 이어서, 용해 개시 전에, 로 내 분위기를 고순도 아르곤으로 3 회 이상 반복하여 치환하였다. 그 후, 진공 빼기를 실시하여, 로 내 온도를 올렸다.

또, 활성 원소인 Ti, Al 의 첨가를 이하의 (ⅰ), (ⅱ) 의 2 가지로 실시하였다.

(ⅰ) 활성 원소인 Ti, Al 의 첨가량의 절반을 Ni, Cr, Fe, Nb, Mo, Co 등의 원료와 동시에 도가니 내에 장전하였다. 또, 용해되고 나서 10 분 경과한 후에 나머지 절반을 첨가하였다.

(ⅱ) 원료가 용해되고 나서 10 분 경과한 후에 Ti, Al 의 전체량을 첨가하였다.

성분 조정된 용탕을 3 분 유지하고, 이어서 주철제의 주형 (φ 80 × 250 H) 에 출탕하여, 잉곳을 생산하였다. 이 잉곳에 대해, 단신에 의해 소성 변형을 1.5 가하는 분괴 단조를 실시하여, 주조 조직이 없는 빌릿을 생산하였다. 이 경우, 잉곳 중의 질소 함유량은, 50 ∼ 300 ppm 의 범위 내였다.

(비교예 F, G)

표 1 에 나타내는 합금 10 ㎏ 을 고주파 용해로에서 대기 용해시켰다.

먼저, 산세되지 않은 Ni, Cr, Fe, Nb, Mo, Co, Ti, 및 Al 등의 원료를 도가니 내에 장전하고, 용해시켰다. 이 때, 용해 후, 1500 ℃ 에서 10 분간 유지하고, 이어서, 1450 ℃ 에서 10 분간 유지하였다. 고순도 MgO 로 이루어지는 도가니를 사용하였다. 1450 ℃ 에서 10 분간 유지하고, 이어서 주철제의 주형 (φ 80 × 250 H) 에 출탕하여, 잉곳을 생산하였다. 이 잉곳에 대해, 단신에 의해 소성 변형을 1.5 가하는 분괴 단조를 실시하여, 주조 조직이 없는 빌릿을 생산하였다. 이 경우, 잉곳 중의 질소 함유량은, 300 ∼ 500 ppm 의 범위 내였다.

얻어진 빌릿으로부터 조직 관찰용의 시료를 잘라내어, 연마하고 현미경 관찰을 실시하였다. 그리고, 상기 서술한 순서에 따라, 예측 대상 단면적 S 를 S = 100 ㎟ 로 한 경우에 있어서의 질화물의 추정 최대 사이즈를 산출하였다. 또한, 본 실시예에서는, 측정 시야 면적 S₀ 를 S₀ = 0.306 ㎟ 로 하였다. 측정 시야 면적 S₀ 내에서의 최대 사이즈의 질화물의 선택은 배율 450 배의 관찰로 실시하고, 선택한 질화물의 면적 측정은 1000 배의 관찰로 실시하였다. 측정 시야수 n 을 n = 50 으로 하였다.

도 3 은, XY 좌표에 데이터를 플롯하여 얻어진 회귀 직선을 나타낸다. 여기서, 예측 대상 단면적 S 를 S = 100 ㎟ 로 하고, 측정 시야 면적 S₀ 를 S₀ = 0.306 ㎟ 로 한 경우의 기준화 변수 y_j 는, y_j = 5.78 이다. y_j = 5.78 의 직선과 회귀 직선의 교점의 X 좌표의 값 (면적 등경 D_j) 이 질화물의 추정 최대 사이즈이다. 본 발명예 A ∼ E 는, 질화물의 추정 최대 사이즈 (면적 등경 D_j) 가 25 ㎛ 이하인 것이 확인된다. 한편, 비교예 F, G 는, 질화물의 추정 최대 사이즈(면적 등경 D_j) 가 25 ㎛ 를 초과하고 있는 것이 확인된다.

다음으로, 얻어진 빌릿으로부터 측정 시료를 잘라 내어, Ni 기 합금 중의 질소 농도의 측정을 실시하였다. 질소 농도는, 불활성 가스 중에서 융해시켜, 열전도법에 의해 구하였다. TiN 은 잘 분해되지 않기 때문에, 온도 3000 ℃ 까지 승온시켜 측정하였다.

또, 얻어진 빌릿으로부터 시험편을 제조하여, 저사이클 피로 시험에 의해 피로 강도를 평가하였다. 저사이클 피로 시험은, ASTM E606 에 준거하여, 분위기 온도 600 ℃, 최대 변형 0.94 ％, 최대 최소 응력비 0, 및 주파수 0.5 ㎐ 의 조건으로 실시하여, 파단 횟수 (파단에 이를 때까지의 시험 사이클의 반복수) 를 측정하였다. 이 파단 횟수에 따라 피로 강도를 평가하였다. 또한, 시험편의 표면은, 기계 가공하고, 이어서 연마로 마무리하였다. 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.

예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 한 경우에 있어서의 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 를 초과한 비교예 F, G 에 있어서는, 파단 횟수가 적고, 피로 강도가 낮은 것이 확인된다.

이에 반해, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 한 경우에 있어서의 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 이하인 본 발명예 A ∼ E 에 있어서는, 피로 강도가 대폭 향상되어 있는 것이 확인된다.

산업상 이용가능성

본 발명의 일 양태에 관련된 Ni 기 합금은, 기계적 특성, 특히 피로 강도가 우수하다. 이 때문에, 본 발명의 일 양태에 관련된 Ni 기 합금은, 항공기, 가스 터빈의 동익, 정익, 디스크, 케이스, 연소기 등의 부재의 소재로서 적합하다.

Claims (6)

1. Ti : 0.01 질량% 이상 6 질량% 이하, Cr : 13 질량% 이상 30 질량% 이하, Al : 8 질량% 이하, 및 Fe : 25 질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피 불순물을 함유하고,
   측정 시야 면적 S₀ 으로 관찰을 실시하여 시야 내에 존재하는 최대 사이즈의 질화물의 면적 A 에 대해 D = A^1/2 로 정의되는 면적 등경 D 를 산출하고, 이 작업을 측정 시야수 n 으로 반복 실시하여 n 개의 면적 등경 D 의 데이터를 취득하고, 이들 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열하여 D₁, D₂, …, D_n 으로 하여, 하기 식 (1) 로 정의되는 기준화 변수 y_j 를 구하고,
   [수학식 1]
   

   

   
   (단, 상기 식 (1) 에 있어서, j 는, 면적 등경 D 의 데이터를 작은 순으로 바꿔 나열했을 때의 순위 수를 나타낸다.)
   X 축을 면적 등경 D 로 하고, Y 축을 기준화 변수 y_j 로 하여, XY 축 좌표 상에 플롯하여, 회귀 직선 y_j = a × D ＋ b (a, b 는 정수) 를 구하고, 예측 대상 단면적 S 를 100 ㎟ 로 하여, y_j 를 하기 식 (2) 로부터 구하고,
   [수학식 2]
   

   

   
   얻어진 y_j 의 값을 상기 회귀 직선에 대입함으로써 질화물의 추정 최대 사이즈를 산출한 경우에 있어서, 이 질화물의 추정 최대 사이즈가 면적 등경으로 25 ㎛ 이하로 되어 있고,
   상기 질화물은, 질화티탄인 것을 특징으로 하는 Ni 기 합금.
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