JP3286332B2 - ニッケル基超合金およびそれから製造された単結晶形の工業用ガスタービン高温域部品 - Google Patents
ニッケル基超合金およびそれから製造された単結晶形の工業用ガスタービン高温域部品Info
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- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は超合金に関するものである。更
に詳しく言えば本発明は、新規なレニウム含有ニッケル
基合金およびかかる合金から製造された新規な単結晶形
のガスタービンエンジン羽根に関する。かかるガスター
ビンエンジン羽根は通常の運転条件下において特異な組
合せの機械的性質および耐食性を有しており、従って特
に工業用ガスタービンエンジンにおいて使用するのに適
している。
に詳しく言えば本発明は、新規なレニウム含有ニッケル
基合金およびかかる合金から製造された新規な単結晶形
のガスタービンエンジン羽根に関する。かかるガスター
ビンエンジン羽根は通常の運転条件下において特異な組
合せの機械的性質および耐食性を有しており、従って特
に工業用ガスタービンエンジンにおいて使用するのに適
している。
【０００２】
【発明の背景】単結晶形のガスタービンエンジン羽根
は、主要な機械的性質について見れば、等軸晶系の顕微
鏡組織を有するものよりも有利であることが知られてい
る。しばらくの間、かかる部品は軍事用航空機のジェッ
トエンジンの主たる製造業者によって使用されてきた
が、現在ではかかる技術を商業用航空機に適用する作業
が進行中である。
は、主要な機械的性質について見れば、等軸晶系の顕微
鏡組織を有するものよりも有利であることが知られてい
る。しばらくの間、かかる部品は軍事用航空機のジェッ
トエンジンの主たる製造業者によって使用されてきた
が、現在ではかかる技術を商業用航空機に適用する作業
が進行中である。
【０００３】それに伴い、工業用ガスタービンエンジン
においても等軸晶系の顕微鏡組織を有する羽根を単結晶
形の羽根と交換することが試みられている。そうすれ
ば、もっぱら結晶粒界強化相を生成させる目的で添加さ
れる元素を削除することができ、それによって脆い相の
体積分率を低下させると共に、元素の分配状態を変化さ
せて合金強化相（γ' 相）を生成させることが可能とな
るはずである。
においても等軸晶系の顕微鏡組織を有する羽根を単結晶
形の羽根と交換することが試みられている。そうすれ
ば、もっぱら結晶粒界強化相を生成させる目的で添加さ
れる元素を削除することができ、それによって脆い相の
体積分率を低下させると共に、元素の分配状態を変化さ
せて合金強化相（γ' 相）を生成させることが可能とな
るはずである。
【０００４】合金元素の添加、低減および削除が主要な
性質に及ぼす効果を予測することは不可能であるから、
単結晶形の航空機用ガスタービンエンジン羽根の開発経
験をこの場合に適用することはほとんど価値が無い。
性質に及ぼす効果を予測することは不可能であるから、
単結晶形の航空機用ガスタービンエンジン羽根の開発経
験をこの場合に適用することはほとんど価値が無い。
【０００５】
【発明の概要】本発明に従えば、特定の条件下では比較
的少量のレニウムが単結晶合金製品の機械的性質を劇的
に改善することが見出された。また、最適量を僅かに越
えただけでもそれらの性質が顕著に低下するという点か
ら見て、レニウムの量は極めて重要であることも判明し
た。
的少量のレニウムが単結晶合金製品の機械的性質を劇的
に改善することが見出された。また、最適量を僅かに越
えただけでもそれらの性質が顕著に低下するという点か
ら見て、レニウムの量は極めて重要であることも判明し
た。
【０００６】更にまた、ある種の条件下でかかる合金中
のアルミニウム／チタン比を逆転させると、最終製品の
機械的性質の顕著な改善が得られることも見出された。
最後に、上記のごときレニウムの改善効果はこのような
アルミニウム／チタン比の変化には無関係であると共
に、かかる合金の破壊寿命は約２％のレニウム含量にお
いて最大となることも見出された。
のアルミニウム／チタン比を逆転させると、最終製品の
機械的性質の顕著な改善が得られることも見出された。
最後に、上記のごときレニウムの改善効果はこのような
アルミニウム／チタン比の変化には無関係であると共
に、かかる合金の破壊寿命は約２％のレニウム含量にお
いて最大となることも見出された。
【０００７】本発明の新規な合金は、簡単に述べれば、
約１〜３％のレニウム、約１４％のクロム、約９．５％
のコバルト、約３．８％のタングステン、約２％のタン
タル、約１．５％のモリブデン、約０．０５％の炭素、
約０．００４％のホウ素、約３〜４．８％のアルミニウ
ム、アルミニウムに対応して約４．８〜３％のチタン、
および残部のニッケルから成るニッケル基超合金であ
る。
約１〜３％のレニウム、約１４％のクロム、約９．５％
のコバルト、約３．８％のタングステン、約２％のタン
タル、約１．５％のモリブデン、約０．０５％の炭素、
約０．００４％のホウ素、約３〜４．８％のアルミニウ
ム、アルミニウムに対応して約４．８〜３％のチタン、
および残部のニッケルから成るニッケル基超合金であ
る。
【０００８】
【発明の詳しい説明】本発明の好適な実施の態様に従え
ば、特に工業用ガスタービンエンジンの正規の運転温度
範囲（すなわち、１６００〜１８００°Ｆの温度範囲）
内において機械的性質の顕著な改善が得られるように単
結晶形ニッケル基超合金の組成が変更される。かかる目
的を達成するためには、炭素含量およびホウ素含量が実
質的に低減されると共に、タンタル含量が顕著に低減さ
れる。すなわち、単結晶の使用がもたらす利点を考慮し
ながら、各種の陸上用および船舶用ガスタービンエンジ
ンにおいて現在広く使用されているニッケル基合金の組
成が変更される。詳しく述べれば、炭素含量を1/2 に
（すなわち、０．１％から０．０５％に）低減させ、ホ
ウ素含量を1/3 に（すなわち、０．０１２％から０．０
０４％に）低減させ、かつタンタル含量も（２．８％か
ら２．０％に）低減させることにより、結晶粒界強化効
果は大幅に排除される。更にまた、本発明に基づく一部
の合金においては元来のアルミニウム含量（３％）およ
びチタン含量（４．８％）が保持されるのに対し、別の
合金においてはそれらの含量が逆転される。
ば、特に工業用ガスタービンエンジンの正規の運転温度
範囲（すなわち、１６００〜１８００°Ｆの温度範囲）
内において機械的性質の顕著な改善が得られるように単
結晶形ニッケル基超合金の組成が変更される。かかる目
的を達成するためには、炭素含量およびホウ素含量が実
質的に低減されると共に、タンタル含量が顕著に低減さ
れる。すなわち、単結晶の使用がもたらす利点を考慮し
ながら、各種の陸上用および船舶用ガスタービンエンジ
ンにおいて現在広く使用されているニッケル基合金の組
成が変更される。詳しく述べれば、炭素含量を1/2 に
（すなわち、０．１％から０．０５％に）低減させ、ホ
ウ素含量を1/3 に（すなわち、０．０１２％から０．０
０４％に）低減させ、かつタンタル含量も（２．８％か
ら２．０％に）低減させることにより、結晶粒界強化効
果は大幅に排除される。更にまた、本発明に基づく一部
の合金においては元来のアルミニウム含量（３％）およ
びチタン含量（４．８％）が保持されるのに対し、別の
合金においてはそれらの含量が逆転される。
【０００９】本発明の実施に際しては、当業界において
広く使用されている公知の単結晶鋳造技術（好ましくは
引上げ法）に従い、上記のごとき新規な合金から単結晶
形のガスタービンエンジン羽根が鋳造される。所望なら
ば、得られた鋳造品に均質化のための処理を施すことも
できるし、また溶解状態のγ' 相を完全に析出させるた
めの熱処理を施すこともできる。
広く使用されている公知の単結晶鋳造技術（好ましくは
引上げ法）に従い、上記のごとき新規な合金から単結晶
形のガスタービンエンジン羽根が鋳造される。所望なら
ば、得られた鋳造品に均質化のための処理を施すことも
できるし、また溶解状態のγ' 相を完全に析出させるた
めの熱処理を施すこともできる。
【００１０】当業者が本発明を一層明確に理解し得るよ
うにするため、以下に実施例を示す。これらの実施例は
本発明の実施を例示するものでに過ぎないのであって、
本発明の範囲を制限するものではない。
うにするため、以下に実施例を示す。これらの実施例は
本発明の実施を例示するものでに過ぎないのであって、
本発明の範囲を制限するものではない。
【００１１】
【実施例１】下記のごとき組成を有する合金の溶融物を
調製した。
調製した。
【００１２】クロム １４％ コバルト ９．５％ モリブデン １．５％ タングステン ３．８％ アルミニウム ３％ チタン ４．８％ タンタル ２％ 炭素 ０．０５％ ホウ素 ０．００４％ ニッケル 残 部 単結晶鋳造品を製造するための引上げ法を使用すること
により、機械的性質を評価するための標準的な試験片を
鋳造した。かかる鋳造品を２２〜２８°Ｆで２時間にわ
たり熱処理し、毎分１０４°Ｆの速度で室温にまで冷却
し、更に１４７２°Ｆまで加熱してから２４時間にわた
ってその温度に保ち、次いで室温にまで炉内冷却した。
２７ksi （キロポンド／平方インチ）の応力を加えなが
ら１８００°Ｆで試験したところ、かかる鋳造品の破壊
寿命は３０時間であった。
により、機械的性質を評価するための標準的な試験片を
鋳造した。かかる鋳造品を２２〜２８°Ｆで２時間にわ
たり熱処理し、毎分１０４°Ｆの速度で室温にまで冷却
し、更に１４７２°Ｆまで加熱してから２４時間にわた
ってその温度に保ち、次いで室温にまで炉内冷却した。
２７ksi （キロポンド／平方インチ）の応力を加えなが
ら１８００°Ｆで試験したところ、かかる鋳造品の破壊
寿命は３０時間であった。
【００１３】
【実施例２】１％のレニウムを添加した点を除けば実施
例１の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を調製し、
実施例１の場合と同様にして鋳造品を製造し、次いでや
はり実施例１の場合と同様にしてそれの熱処理および試
験を行った。その結果、かかる鋳造品の破壊寿命は１８
００°Ｆ／２７００ksi の応力条件下において６０時間
であることが判明した。
例１の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を調製し、
実施例１の場合と同様にして鋳造品を製造し、次いでや
はり実施例１の場合と同様にしてそれの熱処理および試
験を行った。その結果、かかる鋳造品の破壊寿命は１８
００°Ｆ／２７００ksi の応力条件下において６０時間
であることが判明した。
【００１４】
【実施例３】２％のレニウムを含有する点を除けば実施
例１および２の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を
調製して鋳造し、次いで上記の場合と同様にして鋳造品
の熱処理および試験を行った。その結果、かかる鋳造品
の破壊寿命は１８００°Ｆ／２７００ksi の応力条件下
において１５０時間であることが判明した。
例１および２の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を
調製して鋳造し、次いで上記の場合と同様にして鋳造品
の熱処理および試験を行った。その結果、かかる鋳造品
の破壊寿命は１８００°Ｆ／２７００ksi の応力条件下
において１５０時間であることが判明した。
【００１５】
【実施例４】実施例１の実験と同様な別の実験を行っ
た。すなわち、下記のごとき組成を有する合金の溶融物
を調製した。
た。すなわち、下記のごとき組成を有する合金の溶融物
を調製した。
【００１６】クロム １４％ コバルト ９．５％ モリブデン １．５％ タングステン ３．８％ アルミニウム ４．８％ チタン ３％ タンタル ２％ 炭素 ０．０５％ ホウ素 ０．００４％ ニッケル 残 部 上記の実施例中に記載されたごとくにして鋳造品の製
造、熱処理および試験を行ったところ、かかる鋳造品は
１８００°Ｆ／２７００ksi の応力条件下において約１
５０時間の破壊寿命を有することが判明した。
造、熱処理および試験を行ったところ、かかる鋳造品は
１８００°Ｆ／２７００ksi の応力条件下において約１
５０時間の破壊寿命を有することが判明した。
【００１７】
【実施例５】２％のレニウムを含有する点を除けば実施
例４の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を用いて単
結晶試験片を鋳造した。次いで、実施例４の場合と同様
にして鋳造品の熱処理および試験を行った。その結果、
かかる鋳造品は２７５時間を越える破壊寿命を有するこ
とが判明した。
例４の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を用いて単
結晶試験片を鋳造した。次いで、実施例４の場合と同様
にして鋳造品の熱処理および試験を行った。その結果、
かかる鋳造品は２７５時間を越える破壊寿命を有するこ
とが判明した。
【００１８】
【実施例６】チタン含量を３％から１．５％に変えかつ
レニウム含量を２％から３％に変えた点を除けば実施例
５の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を調製し、そ
してそれを用いて単結晶試験片を鋳造した。次いで、上
記の実施例中に記載されたごとくにして鋳造品の熱処理
を行い、そして同じ条件下で試験を行った。その結果、
かかる鋳造品は１６０時間の破壊寿命を有することが判
明した。
レニウム含量を２％から３％に変えた点を除けば実施例
５の場合と同じ組成を有する合金の溶融物を調製し、そ
してそれを用いて単結晶試験片を鋳造した。次いで、上
記の実施例中に記載されたごとくにして鋳造品の熱処理
を行い、そして同じ条件下で試験を行った。その結果、
かかる鋳造品は１６０時間の破壊寿命を有することが判
明した。
【００１９】なお、特に明記されない限り、本明細書中
に記載された百分率は重量百分率である。
に記載された百分率は重量百分率である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イオアニス・プラトン・バサティス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリ フトン・パーク、ハンコック・ウェイ、 18番 (56)参考文献 特開 昭62−235450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−2853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−58242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−61244（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−301538（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−284545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−63212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−267440（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/05
Claims (7)
- 【請求項１】 １〜３％のレニウム、１４％のクロム、
９．５％のコバルト、３．８％のタングステン、２％の
タンタル、１．５％のモリブデン、０．０５％の炭素、
０．００４％のホウ素、３〜４．８％のアルミニウム、
４．８〜３％のチタン、および残部のニッケルから成る
ニッケル基合金から製造されたことを特徴とする単結晶
形の工業用ガスタービン高温域部品。 - 【請求項２】 ２％のレニウム、１４％のクロム、９．
５％のコバルト、１．５％のモリブデン、３．８％のタ
ングステン、４．８％のアルミニウム、３％のチタン、
２％のタンタル、０．０５％の炭素、０．００４％のホ
ウ素および残部のニッケルから成る請求項１記載の単結
晶形の工業用ガスタービン高温域部品。 - 【請求項３】 １４％のクロム、９．５％のコバルト、
５％のモリブデン、３．８％のタングステン、２％のレ
ニウム、３％のアルミニウム、４．８％のチタン、２％
のタンタル、０．０５％の炭素、０．００４％のホウ素
および残部のニッケルから成る請求項１記載の単結晶形
の工業用ガスタービン高温域部品。 - 【請求項４】 １４％のクロム、９．５％のコバルト、
５％のモリブデン、３．８％のタングステン、３％のレ
ニウム、３％のアルミニウム、４．８％のチタン、２％
のタンタル、０．０５％の炭素、０．００４％のホウ素
および残部のニッケルから成る請求項１記載の単結晶形
の工業用ガスタービン高温域部品。 - 【請求項５】 １〜３％のレニウム、１４％のクロム、
９．５％のコバルト、３．８％のタングステン、２％の
タンタル、０．０５％の炭素、０．００４％のホウ素、
３〜４．８％のアルミニウム、４．８〜３％のチタン、
および残部のニッケルから成ることを特徴とする、 単結晶形のガスタービンエンジン羽根を製造するために
特に有用なニッケル基超合金。 - 【請求項６】 ２％のレニウム、１４％のクロム、９．
５％のコバルト、３．８％のタングステン、２％のタン
タル、１．５％のモリブデン、０．０５％の炭素、０．
００４％のホウ素、４．８％のアルミニウム、３％のチ
タンおよび残部のニッケルから成る請求項５記載のニッ
ケル基超合金。 - 【請求項７】 １４％のクロム、９．５％のコバルト、
３．８％のタングステン、２％のタンタル、２％のレニ
ウム、１．５％のモリブデン、０．０５％の炭素、０．
００４％のホウ素、３％のアルミニウム、４．８％のチ
タンおよび残部のニッケルから成る請求項５記載のニッ
ケル基超合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62770690A | 1990-12-14 | 1990-12-14 | |
| US627,706 | 1990-12-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04333540A JPH04333540A (ja) | 1992-11-20 |
| JP3286332B2 true JP3286332B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=24515785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34843991A Expired - Lifetime JP3286332B2 (ja) | 1990-12-14 | 1991-12-05 | ニッケル基超合金およびそれから製造された単結晶形の工業用ガスタービン高温域部品 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3286332B2 (ja) |
| KR (1) | KR100224950B1 (ja) |
| CN (1) | CN1062399A (ja) |
| NO (1) | NO914919L (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0637476B1 (en) * | 1993-08-06 | 2000-02-23 | Hitachi, Ltd. | Blade for gas turbine, manufacturing method of the same, and gas turbine including the blade |
| US6063212A (en) * | 1998-05-12 | 2000-05-16 | United Technologies Corporation | Heat treated, spray formed superalloy articles and method of making the same |
| GB2403225B (en) * | 2003-06-25 | 2006-06-14 | Howmet Res Corp | Nickel base superalloy and single crystal castings |
| CN101886193A (zh) * | 2010-06-24 | 2010-11-17 | 北京航空航天大学 | 一种抗氧化的含铼Ni3Al基高温合金 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL65897A0 (en) * | 1981-10-02 | 1982-08-31 | Gen Electric | Single crystal nickel-base superalloy,article and method for making |
| GB2153848B (en) * | 1984-02-10 | 1987-09-16 | United Technologies Corp | High strength hot corrosion resistant single crystals |
| IL80227A (en) * | 1985-11-01 | 1990-01-18 | United Technologies Corp | High strength single crystal superalloys |
| CA1291350C (en) * | 1986-04-03 | 1991-10-29 | United Technologies Corporation | Single crystal articles having reduced anisotropy |
| US5122206A (en) * | 1989-05-16 | 1992-06-16 | Mitsubishi Metal Corporation | Precipitation hardening nickel base single crystal cast alloy |
-
1991
- 1991-11-27 EP EP91310951A patent/EP0490527A1/en not_active Withdrawn
- 1991-12-05 JP JP34843991A patent/JP3286332B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-12-13 NO NO91914919A patent/NO914919L/no unknown
- 1991-12-13 KR KR1019910022877A patent/KR100224950B1/ko not_active Expired - Lifetime
- 1991-12-14 CN CN91107971A patent/CN1062399A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100224950B1 (ko) | 1999-10-15 |
| CN1062399A (zh) | 1992-07-01 |
| NO914919L (no) | 1992-06-15 |
| NO914919D0 (no) | 1991-12-13 |
| EP0490527A1 (en) | 1992-06-17 |
| KR920012495A (ko) | 1992-07-27 |
| JPH04333540A (ja) | 1992-11-20 |
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