JPH0323613B2

JPH0323613B2 -

Info

Publication number: JPH0323613B2
Application number: JP55054429A
Authority: JP
Inventors: Furanshisu Zabie Jiguriotsutei Maikeru; Robaato Jakuson Meruin; Furanshisu Henrii Maikeru; Ooburi Utsudofuoodo Deuitsuto; Suii Uoon Yaan Shaauin; Andoryuu Burutsuku Chaaruzu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1980-04-25
Publication date: 1991-03-29
Also published as: GB2047741B; JPS565943A; DE3016027A1; IT1141492B; DE3016027C2; FR2455090A1; GB2047741A; IT8021614A0; US4292076A; FR2455090B1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、重量基準で0.001−0.02％のＢを含
むことを特徴とし、Ni以外の構成元素が0.5−９
％Re、0.8％以下のTi、２−20％Cr、２−10％
Al、３−15％Ta、0.1−１％Ｃ、20％をこえない
Co、20％をこえないＷ、７％をこえないＶ、10
％をこえないMo、３％をこえないCb、0.15％を
こえないHf、および1.5％をこえないZrであるNi
基超合金マトリツクスと、該マトリツクス中に整
列状態で埋めこまれている、Ti、Ｖ、Cb、Hf、
ZrおよびTaよりなる群から選ばれた元素の炭化
物繊維共晶補強相とからなる、横方向延性と強度
特性の優れた、一方向凝固異方性金属複合対物品
に関する。実施例に、さらに望ましいNi基成分は約重量
基準で0.5−7.0％Re、約0.8％以下のTi、と少な
くともＢの不純物量以上の量を含有する。マトリ
ツクス中の埋込物は整列炭化物補強繊維相で、望
ましくはTa、Ｖ、および他の合金あるいはその
混合物のモノカーバイドから選択されたものであ
る。耐熱金属（Ti、Ｖ、Cb、Hf、Zr、Ta）モノ
カーバイドにより補強されるNi基共晶はレムキ
ーU.S.3528808、スマセイU.S.3904402、ターシス
他U.S.3799769、ウオルター他U.S.3793012、ウオ
ルターU.S.3944416とビブリング他U.S.3871835に
より記述されている。一般に、彼等は整列された
ニツケル基繊維補強構造から得られる高強度超合
金を発表している。それらの合金における強度の
改良の焦点は繊維列の方向に平行な方向中にあ
り、繊維列に対する軸から外れた方向における妥
当な引張りとラプチユアー延性の性質を提供する
ために要求される合金特性には無関係である。実例としては、スマセイのU.S.3904402、発行
1975年９月９日、（出願1973.6.1）はレニウムと
改良された高温応力ラプチユアー性質を示す炭化
物補強繊維相とを含有する共晶ニツケル基合金を
広く記述している。スマセイはマトリツクス強化
のみならず炭化物繊維の向上のための４−７％の
Ｖの使用と約３％以下のモリブデン（しかしMo
の使用を除くのが望ましいの）の使用が望まし
く、そしてニツケル基超合金中の約２−４％タン
グステンの使用が望ましいことを教えている。ス
マセイはバナジウムの添加使用とモリブデンとタ
ングステンの限定使用を概略的に教えている。最近のスマセイの合金の評価は一般に限定的な
もろい（無延性）横方向性質を実証した。例え
ば、繊維列の方向に垂直に方向を合わせた例13の
スマセイの合金の試材で実施された引張り試験は
下記データを供給した：以下の記載において、温
度（°Ｆ）は1.8×温度（℃）＋32であり、ksiは
70.307×Kg／cm²である。

【表】本願発明は、ニツケル基耐熱金属モノカーバイ
ド補強超合金へのホウ素添加が軸方向を外れた引
張りとラプチユアー延性の性質を改良すること
を、明らかにする。本発明は、ホウ素を含むニツケル基耐火金属モ
ノカーバイド補強共晶超合金を包含する高い横方
向延性と強度性質を示す、単一方向凝固異方性金
属複合物を具体化する。共晶超合金の補強相は整
列炭化物補強繊維相で、Ti、Ｖ、Cb、Zr、Hf、
Taおよびそれらの合金あるいはそれらの混合物
のモノカーバイドから選択されたものが望まし
い。本発明に用いられる合金は、重量基準で、
0.001−0.02％のＢ、９％以下のRe、0.8％未満の
Ti、20％以下のCr、10％以下のAl、３−15％の
Ta、0.1−１％のＣ、20％以下のCo、20％以下の
Ｗ、７％以下のＶ、10％以下のMo、３％以下の
Cb、0.15％未満のHf、1.5％以下のZr、残余に本
質的なNiと付随不純物を含むニツケル基超合金
である。Ｂの影響については別記したが、上記の範囲
は、試験した組成から妥当と判断される範囲であ
る。 Reの含有量は、臨界的意義はなく、上記の範
囲は、試験した組成から妥当と判断される範囲で
ある。しかしながら、Re含量が高過ぎると、Co、
Cr、Al、Ti、Ta及びＶの高含有量と相まつて、
高温脆性を示すシグマ相を助長することがあるこ
とに注意しなければならない。 Tiの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Tiの適正水準が、Al、Ta、Cb及び
Ｖの含量の関数であることを示している。注意す
べきことは、Ti含量が高過ぎるとイーター相を
助長することがあり得、また、Co、Cr、Al、
Ta、Cb及びＶの高水準と組合わされると、脆性
を示すシグマ相を助長することがあり得るという
ことである。 Crの含有量には、臨界的意義はなく、上記の
範囲は、試験した組成から妥当と判断される範囲
である。注意すべきことは、Cr含量が高過ぎる
と、Co、Al、Ti、Ta、Cb及びＶの高含量と相
まつて、脆性を示すシグマ相を助長することがあ
り得るということであり、また、Cr含量が低過
ぎると、得られる合金の酸化抵抗性が不十分とい
うことがあり得る。 Alの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Alの適正水準が、Ti、Ta、Cb及び
Ｖ含量の関数であることを示している。然しなが
ら、注意すべきことは、Al含量が高過ぎると、
Co、Cr、Ti、Ta、Cb及びＶの高含量と相まつ
て、脆性を示すシグマ相を助長することがあり得
る。 Taの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Taの適正水準がAl、Ti、Cb及びＶ
含量の関数であることを示している。注意すべき
ことは、Ta含量が高過ぎると、デルタ相を助長
することがあり得、Co、Cr、Al、Ti、Cb及びＶ
の高含量と組合わされると、脆性のシグマ相を助
長することがあり得るということである。 Co及びＣの含有量には、臨界的意義はなく、
上記の範囲は、試験した組成から妥当と判断され
る範囲である。Ｗの含有量には、恐らく臨界性が存在すると思
われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥当
と判断される範囲である。Ｖの含有量には、恐らく臨界性が存在すると思
われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥当
と判断される範囲である。注意すべきことは、Ｖ
含量が高過ぎると、Co、Cr、Al、Ti、Ta及び
Cbの高含量と相まつて、脆性のシグマ相を助長
することがあり得るということである。更に、Ｖ
は低融点の酸化物を形成するため、Ｖ含量が高過
ぎると、酸化抵抗性不十分という結果にもなり得
る。 Moの含有量には、臨界的意義はなく、上記の
範囲は、試験した組成から妥当と判断される範囲
である。 Cbの含有量には、恐らく臨界性が存在すると
思われるが、上記の範囲は、試験した組成から妥
当と判断される範囲である。多数の合金について
のデータは、Cbの適正水準が、Al、Ti、Ta及び
Ｖ含量の関数であることを示しでいる。然しなが
ら、注意すべきことは、Cb含量が高過ぎると、
デルタ相を助長することがあり得、またCo、Cr、
Al、Ti、Ta及びＶの高含量と組合わされると、
脆性のシグマ相を助長することがあり得るという
ことである。 HfおよびZrの影響については別記したが、上
記の範囲は、試験した組成から妥当と判断される
範囲である。実例として、さらに望ましいNi基合金は、重
量パーセンドで約0.5−７％Re、0.8％以下のTi、
および少なくともホウ素の不純物以上の量を含有
する。マトリツクス中の埋込物は整列された炭化
物補強繊維相で、望ましくは有効なTaC補強繊
維相である。このさらに望ましいNi基合金は高
い横方向延性、周期酸化抵抗と高温強度性質を示
し、重量基準で、約0.5−７％Re.0.8％以下のTi、
約0.001−0.02％Ｂ、２−８％Cr、４−７％Al、
５−13％Ta、0.1−0.7％Ｃ、＜５％Co、＜６％Ｗ、
＜0.2％Ｖ、＜５％Mo、＜１％Cb、＜0.15％Hf、＜
0.15％Zr、残余特にNiと付随不純物を含有する
ニツケル基合金を包含する。図面について説明すれば、第１図は、単一方向
凝固ニツケル基炭化物繊維補強超合金成分のシリ
ーズの横方向引張り強さの図式表現であつて、超
合金成分は重量パーセントで、69.46％Ni、6.3％
Re、1.9％Cr、6.5％Al、8.0％Ta、0.24％Ｃ、3.7
％Co、3.9％Ｖ、を含有し、それは合金“Ａ”で
ある。第１図はまたハフニウム、ジルコニウム、
ランタン、ホウ素の影響を図示し、それら元素
は、しばしば、ニツケル基合金の結晶粒界強化を
する候補と考えられる。さらに第１図は、Hf、
Zr、La、Ｂが、それにより妥当なマトリツクス
結晶粒界強化が延性横方向引張り性質によつて実
証されることを起す合金の特性を限定しないこと
を例証する。ホウ素は、ある範囲に対し、ホウ素
含有合金の根本的な引張強さにおける増加により
例証されるごとく合金の粒界強さを改良すること
を明らかにする。第２図は指向的に凝固されたニツケル基炭化物
補強超合金成分の横方向引張性質の図式表現であ
つて、その超合金成分は重量基準で64.92％Ni、
6.06％Re、3.4％Cr、5.52％Al、7.7％Ta、0.26％
Ｃ、3.86％Co、3.01％Ｗ、2.92％Ｖ、2.35％Mo、
を含有し、それは合金“Ｂ”である。スマセイの
U.S.3904402の成分範囲内にある合金“Ｂ”は高
温において低い横方向延性を示し、すなわち、高
温横方向引張り伸び値は1650〓ないし1900〓にお
いて0.2％と等しいかあるいはそれより小さい値
であり、特に無延性である。第３図は、合金“Ｂ”プラス約0.015％ホウ素
の単一方向凝固ニツケル基炭化物繊維補強超合金
組成の横方向引張性質の図式表現である。図示の
ごとく、このホウ素含有合金は低温度、すなわち
室温から約1650〓の範囲内の温度、において１％
より大きい横方向引張り伸びの改良された延性を
示す。1650〓以上で横方向引張り伸びはわづか低
下するが、しかし、全温度において、ホウ素添加
は著しい引張の性質を改良する。第４図は単一方向凝固ニツケル基炭化物繊維補
強超合金の横方向引張り性質の図式表示で、その
超合金の成分は重量パーセント基準で：61.44％
Ni、6.44％Re、3.84％Cr、5.34％Al、11.37％
Ta、0.43％Ｃ、3.8％Co、4.33％Ｗ、3.01％Moを
含有する。すなわち合金“Ｃ”である。図示のご
とく、この合金はまた高温において１％以下に下
る横方向引張り伸び値を示す。第５図は合金“Ｃ”プラス0.01重量％ホウ素の
横方向引張り性質の図式表示である。図示のごと
く、ホウ素含有合金は試験した全温度において１
％以上の横方向引張り伸びを示す。第６，７，８図は合金“Ｃ”の単一方向凝固中
に形成された整列した炭化物繊維顕微鏡組織の横
方向と長手方向それぞれの顕微鏡写真である。第１〜５図に表示されたデータは図中に記され
た種々の成分の合金のシリーズの数値にもとづい
ており、合金はAl₂O₃あるいはMgOるつぼ中で不
活性アルゴン雰囲気中で溶解され、銅バー鋳型に
チル鋳込みされた。試験材鋳物は、後の試験のた
め使用される単一方向物品の試験材を提供するた
めに凝固前面が平面状となるようにして凝固され
た長手方向性質のための機械試験材は生長方向に
平行にインゴツトから機械加工された。横方向性
質を得るために、試験材は生長方向に垂直に機械
加工された。下記の第１表に示すものは、第１〜５図によつ
て図示されたデータの基を形成した横方向引張り
試験データの摘要である。例40、41；44、45およ
び48、49は本発明の実施例である。

【表】

【表】下記の第表に示されたものは、第１〜５図の
成分の合金に関連する長手方向応力ラプチユアー
試験の摘要である。

【表】

【表】＊他試験条件からの推定のも
の
上記表に用いられるものとして、“Y.S.”は降
伏点を意味し、“U.T.S”は最終引張り強さを意
味し、“ksi”は平方インチ当りの1000ポンドを意
味し、“Elong”は伸びを意味し、“R.A.”は断面
の収縮を意味し、“RT”は室温（約70〓）を意
味する。不純物量以上のホウ素の添加により、例えば約
0.001％Ｂより多い、単一方向凝固炭化物繊維補
強ニツケル基超合金は大きく改良された横方向引
張性質を示す。本発明の範囲にあるタンタルカーバイドを補強
相とした合金の溶融組成は下記のごとくである。

【表】この中と添付のクレイムに使われるごとく、本
発明の製造物品は、…しかし制限されないが…ガ
ンマ／ガンマ−プライムマトリツクスを含んだ単
一方向凝固異方性金属物体を包含し、そのマトリ
ツクスは固溶体ガンマ相と整つた等軸析出強化ガ
ンマプライム相を含み、さらにガンマ／ガンマプ
ライムマトリツクスはその中に埋め込まれた整列
共晶補強炭化物相をもつ。以上に記載した図、表および合金組成に基づ
く、炭化物繊維補強共晶ニツケル基超合金の概念
から逸脱しない本発明範囲内の他の合金組成物
は、当業者にとつて自明であろる。本発明の実施様態を下記に示す。１マトリツクスがRe、Ti、Cr、Al、Ta、Ｃ、
Co、Ｗ、Ｖ、Mo、Cb、Hf、Zrから選択され
た元素と付随不純物を含有する物体。２超合金が重量パーセント基準で、0.001−
0.02％Ｂ、０−９％Re、０−＜0.8％Ti、０−
20％Cr、０−10％Al、３−15％Ta、0.1−１％
Ｃ、０−20％Co、０−20％Ｗ、０−７％Ｖ、
０−10％Mo、０−３％Cb、Hf＜0.15％、０−
1.5％Zr、残余Niと付随不純物を含有する物
体。３超合金が重量パーセント基準で、0.001−
0.02％Ｂ、０−９％Re、＜0.8％Ti、２−10％
Cr、２−９％Al、３−15％Ta、0.1−0.8％Ｃ、
＜10％Co、＜12％Ｗ、＜0.5％Ｖ、＜５％Mo、＜
２％Cb、＜0.15％Hf、＜0.2％Zr、残余Niと付随
不純物を含有する物体。４超合金が重量パーセント基準で、0.001−
0.02％Ｂ、0.5−７％Re、＜0.8％Ti、２−８％
Cr、４−７％Al、５−13％Ta、0.1−0.7％Ｃ、
＜５％Co、＜6.0％Ｗ、０−２％Ｖ、＜5.0％Mo、
＜1.0％Cb、＜0.15％Hf.＜0.15％Zr、残余Niお
よび付随不純物を含有する物体。５共晶補強繊維相は主体的にTaCである前項
の物体。６超合金が重量パーセント基準で、0.001−
0.02％Ｂ、０−９％Re、＜0.8％Ti、２−10％
Cr、２−９％Al、３−15％Ta、0.1−0.8％Ｃ、
＜10％Co、＜12％Ｗ、＜0.5％Ｖ、＜５％Mo、＜
２％Cb、＜0.2％Hf、＜0.2％Zr、残余Niおよび
付随不純物を含む合金。７超合金が重量パーセント基準で、0.001−
0.02％Ｂ、0.5−７％Re、＜0.8％Ti、２−８％
Cr、４−７％Al、５−13％Ta、0.1−0.7％Ｃ、
＜５％Co、＜6.0％Ｗ、＜0.2％Ｖ、＜5.0％Mo、＜
1.0％Cb、＜0.15％Hf、＜0.15％Zr、残余Niおよ
び付随不純物を含有する合金。８超合金が重量パーセント基準で、0.01％Ｂ、
6.44％Re、3.84％Cr、5.34％Al、11.37％Ta、
0.43％Ｃ、3.8％Co、4.33％Ｗ、3.01％Mo、
61.44％Niと付随不純物を含有する合金。

【図面の簡単な説明】

第１図は単一方向凝固ニツケル基炭化物繊維補
強超合金シリーズ合金“Ａ”の横方向引張り強さ
の図示、第２図は指向凝固ニツケル基炭化物補強
超合金成分合金“Ｂ”の横方向引張性質の図示、
第３図は合金“Ｂ”プラス約0.015％ホウ素の単
一方向凝固ニツケル基炭化物繊維補強超合金組成
の横方向引張性質の図示、第４図は単一方向凝固
ニツケル基炭化物繊維補強超合金合金“Ｃ”の横
方向引張り性質の図示、第５図は合金“Ｃ”プラ
ス0.01重量％の横方向引張り性質の図示、第６，
７，８図は合金“Ｃ”の単一方向凝固中に形成さ
れた整列炭化物繊維顕微鏡組織の横方向と長手方
向それぞれの顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量基準で0.001−0.02％のＢを含むことを
特徴とし、Ni以外の構成元素が0.5−９％Re、0.8
％以下のTi、２−20％Cr、２−10％Al、３−15
％Ta、0.1−１％Ｃ、20％をこえないCo、20％を
こえないＷ、７％をこえないＶ、10％をこえない
Mo、３％をこえないCb、0.15％をこえないHf、
および1.5％をこえないZrであるNi基超合金マト
リツクスと、該マトリツクス中に整列状態で埋め
こまれている、Ti、Ｖ、Cb、Hf、ZrおよびTa
よりなる群から選ばれた元素の炭化物繊維共晶補
強相とからなる、横方向延性と強度特性の優れ
た、一方向凝固異方性金属複合体物品。