JP3339111B2 - 単結晶ニッケル基超耐熱合金 - Google Patents
単結晶ニッケル基超耐熱合金Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機、ガスタービン
などの高温下の動・静翼用に用いられる単結晶ニッケル
基超耐熱合金に関するものである。
などの高温下の動・静翼用に用いられる単結晶ニッケル
基超耐熱合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、航空機、ガスタービンなどの高温
下の動・静翼用の材料として開発されている単結晶ニッ
ケル基超耐熱合金の代表的組成は、表１に示したものが
挙げられる。
下の動・静翼用の材料として開発されている単結晶ニッ
ケル基超耐熱合金の代表的組成は、表１に示したものが
挙げられる。
【０００３】
【表１】
【０００４】上記耐熱合金は、所定の温度で溶体化処理
を行った後、時効処理を行って単結晶ニッケル基超耐熱
合金とする。
を行った後、時効処理を行って単結晶ニッケル基超耐熱
合金とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】表１においてAlloy-45
4 はＴａ量が過大のため、共晶γ′量が多く、高温の溶
体化処理後も共晶γ′量が多く残存し、高温強度は低
い。CMSX-2合金は第１世代の中では優れた合金である
が、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａなどの固溶強化元素が少ないため、
より高温化を目指すと強度的に不足する。CMSX-4合金
は、第２世代合金として高強度化を指向した合金で強度
的に優れているが、Ｒｅ及びＴａなどの高価格原料を多
用しているため、高コストであり、しかもＲｅを多く含
有（１．５〜４．０重量％）しているため、均質化（デ
ンドライト模様の消失と共晶γ′量の消失）のために６
段階にもわたる溶体化処理を要することから実際に使用
する上で簡便とはいえず、事実上、動・静翼に上記の熱
処理を適用することは困難である。
4 はＴａ量が過大のため、共晶γ′量が多く、高温の溶
体化処理後も共晶γ′量が多く残存し、高温強度は低
い。CMSX-2合金は第１世代の中では優れた合金である
が、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａなどの固溶強化元素が少ないため、
より高温化を目指すと強度的に不足する。CMSX-4合金
は、第２世代合金として高強度化を指向した合金で強度
的に優れているが、Ｒｅ及びＴａなどの高価格原料を多
用しているため、高コストであり、しかもＲｅを多く含
有（１．５〜４．０重量％）しているため、均質化（デ
ンドライト模様の消失と共晶γ′量の消失）のために６
段階にもわたる溶体化処理を要することから実際に使用
する上で簡便とはいえず、事実上、動・静翼に上記の熱
処理を適用することは困難である。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、高温強度に優れしかも熱処理を簡便に行える単結晶
ニッケル基超耐熱合金を提供することにある。
し、高温強度に優れしかも熱処理を簡便に行える単結晶
ニッケル基超耐熱合金を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る単結晶ニッケル基超耐熱合金は、成分が
重量％で、Ｃｒ：５．０〜６．５、 Ｍｏ：２．０〜
５．０、 Ｗ： ２．０〜６．０、Ｃｏ：４．５〜５．
５、 Ｔａ：４．０〜６．０、 Ａｌ：４．０〜６．
０、Ｔｉ：０．８〜１．２、 Ｒｅ：０．８〜１．２、
Ｎｉ：残部で、かつ、Ｗ＋Ｍｏ＋Ｒｅ＝６〜１２、Ａ
ｌ＋Ｔｉ＝５〜７の合金に、１２８０〜１３３０℃の温
度範囲で２段階の溶体化処理を施した後、７６０〜１１
００℃の温度範囲で時効処理を施したものである。
に本発明に係る単結晶ニッケル基超耐熱合金は、成分が
重量％で、Ｃｒ：５．０〜６．５、 Ｍｏ：２．０〜
５．０、 Ｗ： ２．０〜６．０、Ｃｏ：４．５〜５．
５、 Ｔａ：４．０〜６．０、 Ａｌ：４．０〜６．
０、Ｔｉ：０．８〜１．２、 Ｒｅ：０．８〜１．２、
Ｎｉ：残部で、かつ、Ｗ＋Ｍｏ＋Ｒｅ＝６〜１２、Ａ
ｌ＋Ｔｉ＝５〜７の合金に、１２８０〜１３３０℃の温
度範囲で２段階の溶体化処理を施した後、７６０〜１１
００℃の温度範囲で時効処理を施したものである。
【０００８】
【作用】上記構成によれば、固溶強化に寄与するＷ，Ｍ
ｏ，Ｒｅ，Ｔａを上記した固溶範囲で添加して過大・過
少とならないように最適化し、同時に相安定性（α，
σ，μ相）と耐食性・鋳造性に優れたものとでき、また
Ｔａ，Ｒｅなど高コスト原料を低目とし、しかもＲｅに
ついては少量添加のため溶体化処理工程を少なくでき
る。
ｏ，Ｒｅ，Ｔａを上記した固溶範囲で添加して過大・過
少とならないように最適化し、同時に相安定性（α，
σ，μ相）と耐食性・鋳造性に優れたものとでき、また
Ｔａ，Ｒｅなど高コスト原料を低目とし、しかもＲｅに
ついては少量添加のため溶体化処理工程を少なくでき
る。
【０００９】成分中、Ｃｒは、耐食性を向上させる作用
をもち、５．０重量％を下回るとその作用が不十分とな
り、６．５重量％を超えると強度向上が期待できないた
め、５．０〜６．５重量％の範囲とする。
をもち、５．０重量％を下回るとその作用が不十分とな
り、６．５重量％を超えると強度向上が期待できないた
め、５．０〜６．５重量％の範囲とする。
【００１０】Ｍｏは、Ｎｉに固溶し、固溶強化の作用に
有効な元素で、５．０重量％を越えると有害相が析出
し、２．０重量％、特に１重量％を下回ると強度向上に
有効でないため、２．０〜５．０重量％の範囲とする。
有効な元素で、５．０重量％を越えると有害相が析出
し、２．０重量％、特に１重量％を下回ると強度向上に
有効でないため、２．０〜５．０重量％の範囲とする。
【００１１】Ｗは、Ｍｏと同様な効果があり、６重量
％、特に１０重量％を越えると有害相を析出しやすく、
２重量％以下では強度向上が期待できないため、２．０
〜６．０重量％の範囲とする。
％、特に１０重量％を越えると有害相を析出しやすく、
２重量％以下では強度向上が期待できないため、２．０
〜６．０重量％の範囲とする。
【００１２】Ｃｏは、ＭｏやＷの固溶度を高める作用が
あり、４．５重量％を下回るとその作用が十分でなく、
また５．５重量％を越えても十分でないため、４．５〜
５．５重量％の範囲とする。
あり、４．５重量％を下回るとその作用が十分でなく、
また５．５重量％を越えても十分でないため、４．５〜
５．５重量％の範囲とする。
【００１３】Ｔａは、γ′相に固溶してγ′相を増大さ
せると共に強化させるが、４．０重量％を下回ると効果
がなく、６．０重量％、特に８重量％を越えると共晶
γ′相量が過多となり強度向上のメリットが小さくなる
ので好ましくないため、４．０〜６．０重量％の範囲と
する。
せると共に強化させるが、４．０重量％を下回ると効果
がなく、６．０重量％、特に８重量％を越えると共晶
γ′相量が過多となり強度向上のメリットが小さくなる
ので好ましくないため、４．０〜６．０重量％の範囲と
する。
【００１４】Ａｌ及びＴｉは、Ｔａと同様の効果があ
り、Ａｌについては４．０〜６．０重量％の範囲、Ｔｉ
については０．８〜１．２重量％の範囲が望ましいが、
その両者合計は、Ａｌ＋Ｔｉが５〜７重量％の範囲にな
るようにする必要があり、この範囲外であると強度向上
が望めなくなり好ましくない。
り、Ａｌについては４．０〜６．０重量％の範囲、Ｔｉ
については０．８〜１．２重量％の範囲が望ましいが、
その両者合計は、Ａｌ＋Ｔｉが５〜７重量％の範囲にな
るようにする必要があり、この範囲外であると強度向上
が望めなくなり好ましくない。
【００１５】Ｒｅは、Ｗ，Ｍｏと同様に固溶強化の作用
を持つが、０．８重量％を下回ると固溶強化の効果がな
く、１．２重量％を越えると、鋳造後にデンドライトの
消失と共晶γ′相の消失が望ましいが、そのための溶体
化処理が数段階になり熱処理が難しくなるので０．８〜
１．２重量％の範囲とする。
を持つが、０．８重量％を下回ると固溶強化の効果がな
く、１．２重量％を越えると、鋳造後にデンドライトの
消失と共晶γ′相の消失が望ましいが、そのための溶体
化処理が数段階になり熱処理が難しくなるので０．８〜
１．２重量％の範囲とする。
【００１６】またＷ，Ｍｏ，Ｒｅの合計は、Ｗ＋Ｍｏ＋
Ｒｅ＝６〜１２重量％の範囲とすることで固溶強化の効
果が向上する。
Ｒｅ＝６〜１２重量％の範囲とすることで固溶強化の効
果が向上する。
【００１７】本発明の単結晶ニッケル基超耐熱合金は、
一方向凝固法による単結晶化が可能であり、γ′溶解度
温度は、１２００〜１２６０℃で、固相線温度は約１３
４０℃であり、溶体化処理温度は１２８０〜１３３０℃
の範囲で部分溶融することなく２段階の溶体化処理を行
い、７６０〜１１００℃の温度範囲で時効処理すること
により、γ′相が整列し、高温強度を保有し、耐酸化
性、鋳造性の良好な合金とすることができる。
一方向凝固法による単結晶化が可能であり、γ′溶解度
温度は、１２００〜１２６０℃で、固相線温度は約１３
４０℃であり、溶体化処理温度は１２８０〜１３３０℃
の範囲で部分溶融することなく２段階の溶体化処理を行
い、７６０〜１１００℃の温度範囲で時効処理すること
により、γ′相が整列し、高温強度を保有し、耐酸化
性、鋳造性の良好な合金とすることができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を比較例と併せて説
明する。
明する。
【００１９】先ず本発明の実施例１〜３の合金組成は表
２に示した通りである。
２に示した通りである。
【００２０】
【表２】
【００２１】次に表２に示した本発明の合金と表１に示
した合金（比較例１〜３）との熱処理条件を表３に示し
た。
した合金（比較例１〜３）との熱処理条件を表３に示し
た。
【００２２】
【表３】
【００２３】表３からわかるように、実施例１〜３の合
金の溶体化処理は２段階であり、比較例１（Alloy454）
及び比較例２（CMSX-2）の第１世代の合金の溶体化処理
（１段階）よりは多いものの、比較例３の（CMSX-4）の
第２世代の合金の溶体化処理（６段階）よりは少なくな
っている。これは、Ｒｅ，Ｗ，Ｍｏの添加量の違いに起
因する。Ｒｅ，Ｗ，Ｍｏは、比較的類似した物性を持つ
元素ではあるが、特にＲｅはＷ，Ｍｏに比べて原子半径
と拡散係数が大き目であることと、偏析係数がＷ，Ｍｏ
より異なって大きく、Ｒｅは凝固組織のデンドライトコ
アの周辺に濃縮しやすい、そのため、この偏析したＲｅ
を一様化するための溶体化処理に何段階もの熱処理を必
要とする。第１世代の合金においては、Ｒｅの添加がな
いため溶体化処理は１回ですむが、第２世代の合金にお
いては、Ｒｅの添加量を３．０重量％としているため、
溶体化処理に６段階もの処理を要する。これに対して、
本発明においては、Ｒｅの添加量を第２世代の合金より
も少ない０．８〜１．２重量％としているため、溶体化
処理を２段階にすることができる。
金の溶体化処理は２段階であり、比較例１（Alloy454）
及び比較例２（CMSX-2）の第１世代の合金の溶体化処理
（１段階）よりは多いものの、比較例３の（CMSX-4）の
第２世代の合金の溶体化処理（６段階）よりは少なくな
っている。これは、Ｒｅ，Ｗ，Ｍｏの添加量の違いに起
因する。Ｒｅ，Ｗ，Ｍｏは、比較的類似した物性を持つ
元素ではあるが、特にＲｅはＷ，Ｍｏに比べて原子半径
と拡散係数が大き目であることと、偏析係数がＷ，Ｍｏ
より異なって大きく、Ｒｅは凝固組織のデンドライトコ
アの周辺に濃縮しやすい、そのため、この偏析したＲｅ
を一様化するための溶体化処理に何段階もの熱処理を必
要とする。第１世代の合金においては、Ｒｅの添加がな
いため溶体化処理は１回ですむが、第２世代の合金にお
いては、Ｒｅの添加量を３．０重量％としているため、
溶体化処理に６段階もの処理を要する。これに対して、
本発明においては、Ｒｅの添加量を第２世代の合金より
も少ない０．８〜１．２重量％としているため、溶体化
処理を２段階にすることができる。
【００２４】次に、表２で得られた実施例１〜３と比較
例１〜３の合金のクリープ寿命を試験した結果を表４に
示した。
例１〜３の合金のクリープ寿命を試験した結果を表４に
示した。
【００２５】
【表４】
【００２６】このクリープ試験は、試験片を１０００℃
の高温下で、２５０ＭＰａの引張強度を与え、試験片が
クリープ破断するまでの時間を寿命として求めたもので
ある。
の高温下で、２５０ＭＰａの引張強度を与え、試験片が
クリープ破断するまでの時間を寿命として求めたもので
ある。
【００２７】この表４からわかるように、本発明の実施
例１〜３の合金は、第１世代の合金よりクリープ寿命が
長く、第２世代の合金より低寿命ではあるが、溶体化処
理の繁雑さを考慮すれば十分実用性に富んだ高温強度と
することができるものである。
例１〜３の合金は、第１世代の合金よりクリープ寿命が
長く、第２世代の合金より低寿命ではあるが、溶体化処
理の繁雑さを考慮すれば十分実用性に富んだ高温強度と
することができるものである。
【００２８】すなわち、Ｒｅ，Ｗ，Ｍｏは、いずれも耐
火金属といわれる高融点金属であり、この種の合金（単
結晶専用合金）ではマトリックス（γ相）の固溶強化と
して作用する。第１世代合金では、これらの添加量が９
重量％以下であり、第２世代合金では１０重量％以上で
あり、このため第２世代合金ではクリープ寿命を格段に
向上できる。しかし第２世代合金では、Ｒｅの添加量も
多くなるため、溶体化処理が問題となるが、本発明にお
いてはＲｅの添加量を少なくし、その代りにＭｏ量を多
くして耐火金属の全体の添加量を高めて高温強度の向上
を図れるようにしたものである。
火金属といわれる高融点金属であり、この種の合金（単
結晶専用合金）ではマトリックス（γ相）の固溶強化と
して作用する。第１世代合金では、これらの添加量が９
重量％以下であり、第２世代合金では１０重量％以上で
あり、このため第２世代合金ではクリープ寿命を格段に
向上できる。しかし第２世代合金では、Ｒｅの添加量も
多くなるため、溶体化処理が問題となるが、本発明にお
いてはＲｅの添加量を少なくし、その代りにＭｏ量を多
くして耐火金属の全体の添加量を高めて高温強度の向上
を図れるようにしたものである。
【００２９】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、熱処理が
容易、具体的には２段階の溶体化処理で、十分実用性に
富んだ高温強度を有する単結晶ニッケル基超耐熱合金を
得ることができる。
容易、具体的には２段階の溶体化処理で、十分実用性に
富んだ高温強度を有する単結晶ニッケル基超耐熱合金を
得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−59474（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−124237（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−255636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−9349（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−118037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−177160（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−24029（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/05 C22F 1/10 C30B 29/52
Claims (1)
- 【請求項１】 成分が重量％で、 Ｃｒ：５．０〜６．５、 Ｍｏ：２．０〜５．０、
Ｗ： ２．０〜６．０、 Ｃｏ：４．５〜５．５、 Ｔａ：４．０〜６．０、 Ａ
ｌ：４．０〜６．０、 Ｔｉ：０．８〜１．２、 Ｒｅ：０．８〜１．２、 Ｎ
ｉ：残部で、 かつ、Ｗ＋Ｍｏ＋Ｒｅ＝６〜１２、Ａｌ＋Ｔｉ＝５〜７
の合金に、 １２８０〜１３３０℃の温度範囲で２段階の溶体化処理
を施した後、７６０〜１１００℃の温度範囲で時効処理
を施してなることを特徴とする単結晶ニッケル基超耐熱
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15547493A JP3339111B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 単結晶ニッケル基超耐熱合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15547493A JP3339111B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 単結晶ニッケル基超耐熱合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0711365A JPH0711365A (ja) | 1995-01-13 |
| JP3339111B2 true JP3339111B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=15606845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15547493A Expired - Lifetime JP3339111B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 単結晶ニッケル基超耐熱合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3339111B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110616390A (zh) * | 2019-09-28 | 2019-12-27 | 贵州航天精工制造有限公司 | 一种提高gh4698自锁螺母锁紧性能的热处理方法 |
| CN110747417A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-04 | 河钢股份有限公司 | 一种镍基合金gh4169的时效强化热处理方法 |
| CN115110014B (zh) * | 2022-06-23 | 2023-08-04 | 重庆理工大学 | 基于均匀化热处理与连接技术结合的糊状区固溶处理方法 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP15547493A patent/JP3339111B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0711365A (ja) | 1995-01-13 |
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