JPH02225642A - ニオブ基高温用合金 - Google Patents
ニオブ基高温用合金Info
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- JPH02225642A JPH02225642A JP1331494A JP33149489A JPH02225642A JP H02225642 A JPH02225642 A JP H02225642A JP 1331494 A JP1331494 A JP 1331494A JP 33149489 A JP33149489 A JP 33149489A JP H02225642 A JPH02225642 A JP H02225642A
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- Japan
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- alloys
- temperature
- niobium
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は概略すると高温構造用合金及び成形された成形
物品に関する。さらに具体的には、ニオブ、チタン及び
ハフニウムを含有する基本合金に関する。基本合金はそ
れ自体が価値のある合金であるとともに他の添加元素を
包含させて改良することのできる合金を意味する。
物品に関する。さらに具体的には、ニオブ、チタン及び
ハフニウムを含有する基本合金に関する。基本合金はそ
れ自体が価値のある合金であるとともに他の添加元素を
包含させて改良することのできる合金を意味する。
高温度で高強度を保有する金属には多数の用途がある。
高温用合金、特に高温度で高強度を示す合金の分野では
、いくつかの事項により該合金を用いることが可能な用
途が決まる。かかる事項の一つに合金の使用される環境
に対する該合金の適合性がある。環境が大気の場合には
、この事項は酸化すなわち合金の耐酸化性の問題である
。
、いくつかの事項により該合金を用いることが可能な用
途が決まる。かかる事項の一つに合金の使用される環境
に対する該合金の適合性がある。環境が大気の場合には
、この事項は酸化すなわち合金の耐酸化性の問題である
。
もう一つのかかる事項には合金の密度がある。
高温用途に一般に用いられている合金群の中の一つの群
として鉄基超合金、ニッケル基超合金及びコバルト基超
合金からなる群がある。ここで用いている「基」なる用
語は合金の主要な成分がそれぞれ鉄、ニッケルあるいは
コバルトであることを意味する。これらの超合金は８〜
９ｇ／ｌｘの比較的高い密度を保存する。相当に低い密
度を保有するにもかかわらず高温度で高強度を保有する
合金を提供するために努力がなされてきた。
として鉄基超合金、ニッケル基超合金及びコバルト基超
合金からなる群がある。ここで用いている「基」なる用
語は合金の主要な成分がそれぞれ鉄、ニッケルあるいは
コバルトであることを意味する。これらの超合金は８〜
９ｇ／ｌｘの比較的高い密度を保存する。相当に低い密
度を保有するにもかかわらず高温度で高強度を保有する
合金を提供するために努力がなされてきた。
高温度で高強度を必要とする用途用の既成の金属は群分
けすることができ、そのような群分けを第１図にグラフ
により図示する。第１図において、グラフの縦軸を合金
の密度、横軸を温度範囲として航空機エンジン用途に有
用な構造体特性を合金が提供する最高温度を示す。この
グラフに示す先行技術による合金を密度の高い順でしか
も供用温度の高い順に検討する。
けすることができ、そのような群分けを第１図にグラフ
により図示する。第１図において、グラフの縦軸を合金
の密度、横軸を温度範囲として航空機エンジン用途に有
用な構造体特性を合金が提供する最高温度を示す。この
グラフに示す先行技術による合金を密度の高い順でしか
も供用温度の高い順に検討する。
第１図において、最も密度が高くかつ供用温度が最も高
い材料は隆部と記して囲い込んだ材料であり、図の右上
角部に示されている。密度は約８゜７〜約９．７ｒ／ｃ
ｓ３の範囲であり供用温度は２２００”Ｆ未満から約２
６００”Ｆの範囲である。
い材料は隆部と記して囲い込んだ材料であり、図の右上
角部に示されている。密度は約８゜７〜約９．７ｒ／ｃ
ｓ３の範囲であり供用温度は２２００”Ｆ未満から約２
６００”Ｆの範囲である。
再び第１図によれば、先行技術による鉄基超合金、ニッ
ケル基超合金およびコバル）・基超合金からなる群は次
に高い密度を有するとともに約り００℃〜約１２（１０
℃の範囲の供用温度域を保存することがわかる。
ケル基超合金およびコバル）・基超合金からなる群は次
に高い密度を有するとともに約り００℃〜約１２（１０
℃の範囲の供用温度域を保存することがわかる。
先行技術の合金の次なる高さの密度を保有する群はチタ
ン基本合金である。図から明らかなように、これらの合
金は上記の超合金に比較してかなりに低い密度を保有す
るが約２００”Ｆ〜約９００丁とかなりに低い供用温度
範囲を保有する。
ン基本合金である。図から明らかなように、これらの合
金は上記の超合金に比較してかなりに低い密度を保有す
るが約２００”Ｆ〜約９００丁とかなりに低い供用温度
範囲を保有する。
最後に、先行技術の合金の最も密度の低い群はアルミニ
ウム基本合金である。グラフから明らかなように、これ
らの合金は相当に低い密度を一般的に保有する。さらに
、これらの合金は溶融点が低いため供用可能温度範囲も
比較的低い。
ウム基本合金である。グラフから明らかなように、これ
らの合金は相当に低い密度を一般的に保有する。さらに
、これらの合金は溶融点が低いため供用可能温度範囲も
比較的低い。
図には新規のもう一つの群の合金が示されており、該合
金はチタン基本合金の密度よりは高いが超合金よりは低
い密度である７、０〜７．３ｇ／ｅｌｌ１３の密度を保
有する。これらの合金は超合金の供用温度範囲を超え得
る有用な温度範囲を保有する。該温度及び密度範囲は本
発明が提供する合金の温度及び密度範囲を含んでおり該
合金はニオブ、チタン及びハフニウムで形成される。
金はチタン基本合金の密度よりは高いが超合金よりは低
い密度である７、０〜７．３ｇ／ｅｌｌ１３の密度を保
有する。これらの合金は超合金の供用温度範囲を超え得
る有用な温度範囲を保有する。該温度及び密度範囲は本
発明が提供する合金の温度及び密度範囲を含んでおり該
合金はニオブ、チタン及びハフニウムで形成される。
発明の概説
従って、本発明の一つの目的は重量に比較してかなりに
高い温度強度を保有する合金系を提供することである。
高い温度強度を保有する合金系を提供することである。
もう一つの目的は高温用途で現在用いられている要素の
重量を軽減することである。
重量を軽減することである。
もう一つの目的は高温度で高強度が必要とされる場合に
使用することのできる合金及び構造部材を提供すること
である。
使用することのできる合金及び構造部材を提供すること
である。
その他の目的は一部は自明であり、また一部は以下の説
明において指摘されるであろう。
明において指摘されるであろう。
本発明の一般的な側面の一つにおいて、本発明の目的は
ニオブ、チタン及びハフニウムを下記の範囲の成分濃度
として合金化した合金を提供することにより達成するこ
とができる。
ニオブ、チタン及びハフニウムを下記の範囲の成分濃度
として合金化した合金を提供することにより達成するこ
とができる。
成分 濃度（原子％）
ニオブ 本質的な残部
チタン ３５ ４５
ハフニウム ８ １５
ここで用いる「本質的な残部」は合金の残部量のニオブ
に加えて少量の不純物及び随伴する元素を特性及び量に
おいて悪影響がなくかつ合金の効果的な側面を改善する
ことのある限りにおいて含むことを意味する。
に加えて少量の不純物及び随伴する元素を特性及び量に
おいて悪影響がなくかつ合金の効果的な側面を改善する
ことのある限りにおいて含むことを意味する。
発明の詳しい記述
金属間化合物、すなわち化学量論的比率に非常に近い濃
度比率の成分からなる金属組成物は数多くの興味あるか
つ潜在的に価値のある特性を保有することは知られてい
る。しかし、これらの金属間化合物の多くは低温度であ
るいは高温度でさえ脆性であり、そのため工業的に使用
されなかった。
度比率の成分からなる金属組成物は数多くの興味あるか
つ潜在的に価値のある特性を保有することは知られてい
る。しかし、これらの金属間化合物の多くは低温度であ
るいは高温度でさえ脆性であり、そのため工業的に使用
されなかった。
成分比率が金属間化合物比ではない合金組成物であって
高温度および中〜低温度で良好な延性を保有する合金組
成物は価値がある。さらに価値のある合金組成物は、成
分をある範囲にわたって変化させることができるととも
に高温度での高強度とある温度範囲での良好な延性とを
保有する合金組成物である。本発明の組成物はこれらの
基準を満足する。これらの組成物が有用である温度範囲
は２００ Ｑ”Ｆ未満から２５００″Ｆを越える温度に
違する。この青用温度範囲を第１図に示す。さらに、第
１図には本発明の組成物の密度範囲が約７． ０〜約７
．３であることをも図示しである。
高温度および中〜低温度で良好な延性を保有する合金組
成物は価値がある。さらに価値のある合金組成物は、成
分をある範囲にわたって変化させることができるととも
に高温度での高強度とある温度範囲での良好な延性とを
保有する合金組成物である。本発明の組成物はこれらの
基準を満足する。これらの組成物が有用である温度範囲
は２００ Ｑ”Ｆ未満から２５００″Ｆを越える温度に
違する。この青用温度範囲を第１図に示す。さらに、第
１図には本発明の組成物の密度範囲が約７． ０〜約７
．３であることをも図示しである。
実施例１
下記の第１表に示すがごとき合金組成物を作製した。
第１表
実施例１ 成分及び濃度（原子％）
Ｎｂ Ｔ＋ Ｈｒ
作成した溶融体を急速凝固法によりリボンとした。急速
凝固法は金属を非常に高速度で冷却することを含む。必
要とする高冷却速度を得るには幾つかの方法がある。そ
のような方法の一つに溶融紡糸冷却法がある。必要な冷
却速度を得る好ましい実験室的方法はチルブロック溶融
紡糸法である。
凝固法は金属を非常に高速度で冷却することを含む。必
要とする高冷却速度を得るには幾つかの方法がある。そ
のような方法の一つに溶融紡糸冷却法がある。必要な冷
却速度を得る好ましい実験室的方法はチルブロック溶融
紡糸法である。
簡単にかつ典型的には、溶融紡糸法では溶融金属を一般
的には不活性ガス圧のもとでるつぼからノズルを介して
供給して溶融金属の自由な直立した流れあるいはノズル
と接した溶融金属柱を形成させ、次に該流れあるいは柱
を銅等の材料でできたチルブロックすなわち冷却基本の
急速に動いている表面に衝突あるいは接触させる。溶融
すべき材料は必要な元素を別々の固体としてるつぼに供
給し該るつぼの周囲に配置した誘導コイル等によってる
つぼ内で溶融することができる。別法として、実施例１
に示したような合金をるつぼ内に導入して溶融すること
もできる。
的には不活性ガス圧のもとでるつぼからノズルを介して
供給して溶融金属の自由な直立した流れあるいはノズル
と接した溶融金属柱を形成させ、次に該流れあるいは柱
を銅等の材料でできたチルブロックすなわち冷却基本の
急速に動いている表面に衝突あるいは接触させる。溶融
すべき材料は必要な元素を別々の固体としてるつぼに供
給し該るつぼの周囲に配置した誘導コイル等によってる
つぼ内で溶融することができる。別法として、実施例１
に示したような合金をるつぼ内に導入して溶融すること
もできる。
液状融体が低い温度のチルブロックに接すると該融体は
約り０３℃／分〜１０７℃／分の速度で急速に冷却され
凝固して比較的に連続的な長さの薄いリボンとなる。リ
ボンの幅は厚さよりかなり大きい。チルブロック溶融紡
糸法のさらなる詳細な説明はたとえば米国特許第２．８
２５，１０８号、第４，２２１．２５７号および第４．
２８２゜９２１号明細書に記載がある。これらの特許明
細書の本文を引用してここに包含する。
約り０３℃／分〜１０７℃／分の速度で急速に冷却され
凝固して比較的に連続的な長さの薄いリボンとなる。リ
ボンの幅は厚さよりかなり大きい。チルブロック溶融紡
糸法のさらなる詳細な説明はたとえば米国特許第２．８
２５，１０８号、第４，２２１．２５７号および第４．
２８２゜９２１号明細書に記載がある。これらの特許明
細書の本文を引用してここに包含する。
このようにして作製したリボンを通常の静水圧圧縮成形
（ＨＩＰ）法による方法で圧密した。通常の静水圧圧縮
成形法はリボン同士が相互に溶融することなく結合して
１個の固体となるような水準の熱と圧力とを同時に適用
することを含む方法である。
（ＨＩＰ）法による方法で圧密した。通常の静水圧圧縮
成形法はリボン同士が相互に溶融することなく結合して
１個の固体となるような水準の熱と圧力とを同時に適用
することを含む方法である。
先に作製した合金の試料について、圧密したリボン試料
から通常の引張試験片を作製し通常の引張試験を室温、
７６０℃、９８０℃及び１２００℃で実施した。これら
の試験の結果を下記の第２表に示す。
から通常の引張試験片を作製し通常の引張試験を室温、
７６０℃、９８０℃及び１２００℃で実施した。これら
の試験の結果を下記の第２表に示す。
第２表
試験温度 降伏強さ 極限強さ 絞り
実施例１ ℃ ｋｓ ！ ｋｓ Ｉ
％７６０ ４．９ ５３ ７７ 第２表に示されたデータから、合金が相当の常温強度を
保有していることが明らかである。７６０℃、９８０℃
及び１２００℃の高温度での測定値は該合金がこれらの
高温度において非常に意味のある強度を保有しているこ
とを示す。
％７６０ ４．９ ５３ ７７ 第２表に示されたデータから、合金が相当の常温強度を
保有していることが明らかである。７６０℃、９８０℃
及び１２００℃の高温度での測定値は該合金がこれらの
高温度において非常に意味のある強度を保有しているこ
とを示す。
本発明の合金について、引張降伏強さの結果を第２図に
示す。高温用金属薄板として用いられる鍛錬コバルト基
本合金ＭＳ−１８８の圧延材の引張降伏強さをも同時に
示す。本発明の合金はすべての試験温度において優れて
おり、しかも同一容積の材料について重量は２０％軽い
。
示す。高温用金属薄板として用いられる鍛錬コバルト基
本合金ＭＳ−１８８の圧延材の引張降伏強さをも同時に
示す。本発明の合金はすべての試験温度において優れて
おり、しかも同一容積の材料について重量は２０％軽い
。
高温度における延性はすべての温度で良好である。しか
し、常温延性は極めて良好であり、高温度で使用され高
強度を保有する合金では常温の延性が製作の容易性のた
めに一般に最も重要である。
し、常温延性は極めて良好であり、高温度で使用され高
強度を保有する合金では常温の延性が製作の容易性のた
めに一般に最も重要である。
第３表
８００℃ １時間
２２゜５履ｇ／ｃｊ
１０００℃ １時間 試料消耗
１６時間
３５時間
１時間
３時間
９時間
１２００℃ １時間 試料消耗
１時間
２時間
８−ｈｇ／ｃＪ
１２．４厘ｇ／ｃシ
フ。３１ｇ／ｃＪ
ｊ２．ｏｍｇ／ｃ−伽
著しい
スポーリング
３７．１ｍｇ／ｃ−
Ｂ８．７ｍｇ／ｃｊ
Ｃｂ７５２は０．０７６ｃｍｍ厚さであった。試験のデ
ータは第３表に示す。市販合金は非常に急速に酸化し、
１２００℃及び１０００℃では１時間で消耗してしまい
８００℃では１時間で著しく侵かされた。実施例１の合
金は３つの試験条件すべてにおいて明らかに優位性を示
す。
ータは第３表に示す。市販合金は非常に急速に酸化し、
１２００℃及び１０００℃では１時間で消耗してしまい
８００℃では１時間で著しく侵かされた。実施例１の合
金は３つの試験条件すべてにおいて明らかに優位性を示
す。
本発明の合金は在来のインゴット冶金技法によってもま
た効果的に作成することができる。
た効果的に作成することができる。
第１図は合金の密度を供用温度に対応してプロットした
グラフである。 第２図は、本発明により提供される合金を現在市販で入
手できる合金と対比させて摂氏温度を降伏強さ（ｋｓｆ
）に対してプロットしたグラフである。
グラフである。 第２図は、本発明により提供される合金を現在市販で入
手できる合金と対比させて摂氏温度を降伏強さ（ｋｓｆ
）に対してプロットしたグラフである。
Claims (6)
- （１）下記の成分を下記の成分濃度（原子％）で保有す
る合金； ・￥成分￥ ￥成分濃度（原子％）￥ ￥下限￥ ￥上限￥ Ｎｂ 本質的な残部 Ｔｉ ３５ ４５ Ｈｆ ８ １５ - （２）Ｔｉ濃度が４０〜４５原子％であることを特徴と
する請求項（１）に記載の合金。 - （３）Ｔｉ濃度が４２〜４５原子％であることを特徴と
する請求項（１）に記載の合金。 - （４）Ｈｆ濃度が８〜１２原子％であることを特徴とす
る請求項（１）に記載の合金。 - （５）Ｈｆ濃度が８〜１０原子％であることを特徴とす
る請求項（１）に記載の合金。 - （６）Ｔｉ濃度が４０〜４５原子％でありしかもＨｆ濃
度が８〜１２原子％であることを特徴とする請求項（１
）に記載の合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/288,667 US5026522A (en) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | Nb-Ti-Hf high temperature alloys |
| US288,667 | 1988-12-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02225642A true JPH02225642A (ja) | 1990-09-07 |
Family
ID=23108112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1331494A Pending JPH02225642A (ja) | 1988-12-22 | 1989-12-22 | ニオブ基高温用合金 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5026522A (ja) |
| EP (1) | EP0374507A1 (ja) |
| JP (1) | JPH02225642A (ja) |
| CA (1) | CA2002634A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6607693B1 (en) | 1999-06-11 | 2003-08-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Titanium alloy and method for producing the same |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5264293A (en) * | 1992-01-02 | 1993-11-23 | General Electric Company | Composite structure with NbTiHf alloy matrix and niobium base metal |
| US5405708A (en) * | 1992-09-30 | 1995-04-11 | General Electric Company | Clad structural member with NbTiHf alloy cladding and niobium base metal core |
| US5366565A (en) * | 1993-03-03 | 1994-11-22 | General Electric Company | NbTiAlCrHf alloy and structures |
| US5472794A (en) * | 1994-06-27 | 1995-12-05 | General Electric Company | Composite structure with NbTiAlHfCrV or NbTiAlHfCrVZrC allow matrix and niobium base metal reinforcement |
| US5985299A (en) * | 1998-04-20 | 1999-11-16 | Hercon Laboratories Corporation | Pore cleaning product |
| USD427370S (en) * | 1998-06-15 | 2000-06-27 | Avon Products, Inc. | Nose strip |
| US7001151B2 (en) * | 2004-03-02 | 2006-02-21 | General Electric Company | Gas turbine bucket tip cap |
| US11846008B1 (en) | 2019-09-26 | 2023-12-19 | United States Of America As Represented By Secretary Of The Air Force | Niobium alloys for high temperature, structural applications |
| US11198927B1 (en) | 2019-09-26 | 2021-12-14 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Niobium alloys for high temperature, structural applications |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3027255A (en) * | 1960-02-08 | 1962-03-27 | Westinghouse Electric Corp | High strength niobium base alloys |
| FR1464036A (fr) * | 1965-11-16 | 1966-07-22 | Pechiney Prod Chimiques Sa | Alliage à base de niobium à grande résistance mécanique aux températures élevées |
| US3753699A (en) * | 1971-12-30 | 1973-08-21 | Trw Inc | Refractory metal alloys for use in oxidation environments |
-
1988
- 1988-12-22 US US07/288,667 patent/US5026522A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-11-09 CA CA002002634A patent/CA2002634A1/en not_active Abandoned
- 1989-11-23 EP EP89121624A patent/EP0374507A1/en not_active Withdrawn
- 1989-12-22 JP JP1331494A patent/JPH02225642A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6607693B1 (en) | 1999-06-11 | 2003-08-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Titanium alloy and method for producing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0374507A1 (en) | 1990-06-27 |
| CA2002634A1 (en) | 1990-06-22 |
| US5026522A (en) | 1991-06-25 |
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