JPH03501980A - 耐疲れ亀裂性ニッケル基超合金 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 耐疲れ亀裂性ニッケル基超合金 関連出願 本出願は、一般に、１９８６年９月１５日に出願された出願番号第９０７，５５ ０号の主題および１９８７年７月３１日に出願された出願番号第０８０．３５３ 号に関連している。これらの出願は本出願と同じ譲受人に譲渡されている。また 、本出願は、１９８７年１０月２日に出願された出願番号第１０３．８５１号、 １９８７年１０月２日に出願された番号第１０４．００１号、および１９８７年 １０月２日に出願された番号第１０３．９９６号にも関連している。この出願も 本出願と同じ譲受人に譲渡されている。

さらに、本出願は、　に出願された番号（代理人整理番号ＲＤ−１７，１４７） 、に出願された番号　（代理人整理番号ＲＤ−１８，１５２）、　に出願された 番号 （代理人整理番号ＲＤ−１８，４００）、およびに出願された番号　（代理人整 理番号ＲＤ−１８，４２８）に関連している。

これらの関連出願の明細書を援用して本明細書中に含まれるものとする。

発明の背景 ニッケル基超合金が高性能を必要とする環境で広く使われていることはよく知ら れている。そのような合金は、ジェットエンジン、陸上ガスタービンおよび１０ ００’Ｆ以上の高温で高強度その他の望ましい物性を保持しなければならないよ うな他の機関に広く使用されて来ている。

これらの合金の多くはいろいろな体積割合（％）のγ′析出物を含んでいる。こ のγ′析出物はこのような合金の高い使用温度での高性能特性を担っている。

γ′の相化学の特性は、ホール（Ｅ、Ｌ、　Ｈａｌｌ）　、クー（Ｙ、Ｍ、　Ｋ ｏｕｈ）およびチャン（Ｋ、Ｍ、　Ｃｈａｎｇ）によって、「超合金の析出強化 における相化学（Ｐｈａｓｅ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｉｅｓ　ｉｎ　Ｐｒｅｃｉｐｉ ｔａｔｉｏｎ−Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　！１ｉｕｐｅｒａｌｌｏｙ）　Ｊ 　［１９ｇ　３年８月のアメリカ電子顕微鏡検査学会節４１回年金会報（Ｐｒｏ ｃｅｅｄｌｎｇｓ　ｏｆ　４１ｓｔ　Ａｎｎｕａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　ｏｒ　Ｅ ｌｅｃｔｒｏｎ　ＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＳｏｃｉｅｔｙ　ｏｒ　Ａｍｅｒｉｃａ ）第２４８頁］中にさらに詳しく述べられている。

米国特許第２．５７０，１９３号、第２．６２１．１２２号、第３，０４６，１ ０８号、第３．０６１，４２６号、第３，１５１．９８１号、第３．１６６．４ １２号、第３゜３２２．５３４号、第３．３４３，９５０号、第３，５７５．７ ３４号、第３，５７６．８６１号、第４．２０７゜０９８号および第４，３３６ ．３１２号にはさまざまなニッケル基合金組成物が開示されている。これらの特 許は今日までに報告されたたくさんの合金化の開発の代表的なものであり、元素 間のいろいろな異なる機能上の関連をつかむために、さまざまな物理的・機械的 特性をもった合金系をもたらす相が形成されるように多くの同じ元素を組合せて いる。しかしながら、ニッケル基合金に関して利用できるデータは豊富にあるに もかかわらず、当業者が、公知の元素をある濃度で組合せて使用して形成したそ のような合金が示すはずの物理的・機械的性質を、特に、そのような組合せが業 界で一般化されている広い教示範囲内に入るものであっても、その合金を従来使 用されていた熱処理とは異なる熱処理を用いて加工したときには、ある程度の正 確さをもって予想することはいまだに不可能である。

多くのこのようなニッケル基超合金でますます重要視され認識されて来ている問 題は、製造の際または使用の際のいずれかにおいて亀裂が形成されたりあるいは 亀裂の兆しが生じたりしやすく、しかもガスタービンやジェットエンジンなどの ような構造体中でその合金を使用している間にその亀裂が応力下で現実に広がっ たりまたは大きくなったりし得るということである。亀裂の伝播や拡大により部 品の破壊その他の故障が起こり得る。亀裂の発生および伝播に基づく可動機械部 品の故障の結果は充分に理解されている。ジェットエンジンの場合は特に危険を 招き得る。

「疲れ耐性ニッケル基超合金および方法（Ｆａｔｉｇｕｅ−Ｒｅｓｔｓｔａｎｔ 　Ｎ１ｃｋｅｌ−Ｂａｓｅ　５ｕｐｅｒａｌｌｏｙ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ）　 Ｊと題する米国特許第４．６８５，９７７号は、本出願と同じ譲受人に譲渡され ており、合金化学、γ′析出物含量および結晶粒組織に基づいて疲れ亀裂伝播に 対して優れた抵抗性を有する合金を開示している。製造法も教示されている。

しかし、最近の研究がなされるまであまり良く理解されていなかったことは、超 合金で形成されている構造体における亀裂の発生と伝播が、すべての亀裂が同じ 機構、同じ速度で、しかも同じ基準に従って発生して伝播するような単純な現象 ではないということである。対照的に、亀裂の発生と伝播さらに一般的に亀裂現 象は複雑であり、近年はそのような伝播と応力のかかり方との間の相互の関連に 新しい重要な情報が集められている。亀裂が発生または伝播するまでに部材に応 力がかけられる時間、かかる応力の強さ、その部材に応力をかけたり除いたりす る際の速度、およびこの応力をかける予定・計画がもたらす影響が合金によって いるいろに変化することは、（米国）国家航空宇宙局（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｅ ｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　５ｐａｃｅ　Ａｄｍｉｎｌｓｔｒａｔｉｏｎ）と の契約に基づいである研究がなされるまで良く理解されていなかった。この研究 は、１９８０年８月に（米国）国家航空宇宙局（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｅｒｏｎ ａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　５ｐａｃｅ　Ａｄｍｌｎｉｓｔｒａｔｌｏｎ）から発行 されたＮＡＳＡ第ＣＲ−１６５１２３号という技術レポートに報告され、カウル ズ（Ｂ、Ａ、　Ｃｏｖｌｅｓ）、ワレン（Ｊ、Ｒ，警ａｒｒｅｎ）およびホーク （Ｐ、）Ｆ、　Ｈａｕｋｅ）により「航空機タービンディスク合金の反復挙動の 評価（）：ｖＢｌｕａｔｔｏｎ　ｏｆ’　ｔｈｅ　Ｃｙｃｌｉｃ　Ｂｅｈａｖｉ ｏｒ　ｏｆ’　Ａｌｒｃｒａｒｔ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　ＤｉｓｋＡｌｌｏｙｓ）　 Ｊ第■部、最終報告とされており、（米国）国家航空宇宙局（Ｎａｔｉｏｎａｌ 　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　５ｐａｃｅ　Ａｄｌｎｌｓｔｒａｔｌｏｎ ）　、ＮＡＳＡルイス研究センター（ＮＡＳＡ　Ｌｅｖｌｓ　Ｒｅ５ｅａｒａｈ 　ｃｅｎｔｅｒ）、契約ＮＡＳ３−２１３７９に基づいて作成されたものである 。

このＮＡＳＡの後援による研究の主要な発見は、疲れ現象に基づく伝播の速度、 すなわち疲れ亀裂伝播（Ｆ　ＣＰ）の速度が、かけられた応力すべてに対して一 様ではなく、しかも応力のあらゆるかけ方に対しても一様でないということであ る。さらに重要なことは、応力が亀裂を拡大するような様式でかけられている部 材に対してその応力をかける頻度に応じて現実に疲れ亀裂伝播が変化するという 発見である。さらに驚くべきことに、ＮＡＳＡの後援による研究の重大な発見は 、過去の研究で使用されていた高い頻度より低い頻度で応力をかけると現実に亀 裂伝播の速度が増大するということである。いいかえると、このＮＡＳＡの研究 によって、疲れ亀裂伝播に時間依存性があることが確かめられたのである。さら に、この疲れ亀裂伝播の時間依存性は、頻度のみに依存するのではなく、その部 材が応力下に保持されている時間、すなわちいわゆる保持時間にも依存すること が判明した。

この低めの応力頻度で増大した疲れ亀裂伝播の程度が尋常でないことが実証され た後、産業界では、この新たに発見された現象によって、ニッケル基超合金をタ ービンおよび航空機エンジンの応力がかかる部品に使用できる可能性が究極的に 限定され、この聞届を迂回して設計するためにあらゆる設計努力をしなければな らないと信じられていた。

しかし、大幅に低下した亀裂伝播速度と良好な高温強度をもち、タービンおよび 航空機エンジン中高応力で使用するニッケル基超合金の部品を構築できることが 発見された。

超合金に一番要求される性質の組がジェットエンジンの構築に関して必要とされ るものであることは知られている。

必要とされる性質の組のうち、エンジンのいろいろな要素によって必要とされる 性質の組はさまざまではあるが、普通、エンジンの可動部分に対して必要とされ るものは固定部分に対して必要とされるものより重要で多い。

鋳造合金材料ではいくつかの性質の組合せが得られないので、部品を製造するの に粉末冶金技術を使用しなければならないことがある。しかし、ジェットエンジ ン用の可動部品の製造の際に粉末冶金技術を使用することに伴う制限のひとつは 、粉末の純度の問題である。もし粉末が微小なセラミックまたは酸化物などのよ うな不純物を含有していると、可動部品中でそれがある所は亀裂が発生し得る潜 在的に弱い点になる。そのような弱い点は本質的に潜在的な亀裂である。そのよ うな潜在的亀裂が存在する可能性のために、亀裂伝播速度を低下・抑制するとい う問題がいっそう重要になる。本発明者は、合金組成の調整とそのような金属合 金の製造方法との両方を適用することによって亀裂伝播を抑えることが可能なこ とを発見した。

本発明によって、粉末冶金技術で製造することができる超合金が提供される。ま た、この超合金を加工処理して、最先端技術のエンジンディスク用途に使用する のに優れた性質の紹または組合せをもった材料を製造する方法も提供される。デ ィスク用途に使用される材料に対して従来から必要とされている性質には高い引 張強さと高い応力破壊強度が包含される。さらに、本発明の合金は時間依存性の 亀裂成長伝播に抵抗するという望ましい性質を示す。このような亀裂の成長に抵 抗できる能力は部品のＬＣＦ寿命にとって本質的である。

タービンとジェットエンジンに使用する合金製品が開発されるにつれて、エンジ ンやタービンのいろいろな部品に使用される部品に対してさまざまな組の性質が 必要とされることが明らかになって来た。ジェットエンジンの場合、航空機のエ ンジンの性能要求が増大するにつれて、より進んだ航空機エンジンの材料に関す る要件はさらに厳しくなり続けている。このいろいろな要件は、たとえば、多く のブレード合金が鋳造、状態で非常に良好な高温特性を示すという事実によって 立証される。しかし、ブレード合金は中間的な温度で不十分な強度を示すので、 鋳造ブレード合金からディスク合金への直接変換は極めてありそうもないことで ある。さらに、ブレード合金は鍛造するのが極めて困難であることが判明してお り、しかもディスク合金からディスクを製造するのには鍛造が望ましいことが分 かっている。また、ディスク合金の耐亀裂成長性は評価されていない。したがっ て、増大したエンジン効率とより大きな性能を引出すために、航空機エンジンに 使用される特別な合金の一群としてのディスク合金の強度と温度性能を改良する ことが常に望まれている。

したがって、本発明に至った研究を遂行する上で望まれていたことは、疲れ亀裂 伝播の時間依存性が低いかまたは最低であり、さらに耐疲れ亀裂性が高いディス ク合金の開発であった。またやはり望まれていたことは、特性、特に引張特性、 クリープ特性および疲れ特性のバランスであった。さらに望まれていたことは、 亀裂成長現象の阻止に関して確立されていた合金系の強化であった。

本発明の超合金組成物およびその加工処理方法の開発では、疲れ特性に注目し１ 、特に亀裂成長の時間依存性を処理している。

高強度合金物体における亀裂成長、すなわち亀裂伝播速度は、かかっている応力 （σ）と亀裂の長さくａ）に依存することが知られている。これらのふたつのフ ァクターは破壊力学によって組合せられると、単一の亀裂成長駆動力すなわち応 力度因子Ｋになる。この因子にはσＪａに比例する。疲れ条件下で疲れサイクル 中のこの応力度はふたつの成分、すなわち反復成分と静的成分のふたつから成り 得る。前者は、反復応力度の最大の変化（ΔＫ）、すなわちＫＩＩｌａｘとＫｓ ｉｎとの差を表わす。中程度の温度では、亀裂成長は主として、静的破壊靭性Ｋ ＩＣに達するまで反復応力度（ΔＫ）によって決定される。亀裂成長速度は数学 的にｄ　ａ　／　ｄ　Ｎα（ΔＫ）ｎと表わされる。Ｎはサイクルの数を示し、 ｎは材料に依存する。反復頻度と波形形状は亀裂成長速度を決定する重要なパラ メーターである。ある反復応力度では、小さめの反復頻度の方が速い亀裂成長速 度になり得る。疲れ亀裂伝播のこの望ましくない時間依存性の挙動はほとんどの 高強度超合金で見ることができる。この時間依存性の現象の複雑さに加えて、温 度がある点より高く上がると、亀裂は、反復成分がまったくかからずに（すなわ ちΔに−０）ある強度にの静的応力下で成長し得る。

設計の目標は、できるだけ小さくてできるだけ時間依存性をもたないｄ　ａ　／ 　ｄ　ＮＯ値を見出すことである。応力度の成分は、亀裂成長が反復および静的 の両方の応力度、すなわちΔにとＫの関数となるように、ある温度範囲ではお互 いに相互作用することができる。

発明の詳細な説明 したがって、本発明のひとつの目的は、亀裂発生に対する抵抗性が高くなったニ ッケル基超合金製品を提供することである。

もうひとつ別の目的は、確立されている公知のニッケル基超合金で亀裂が発生し 易い傾向を低下せしめる方法を提供することである。

また、別の目的は、反復する高応力下で使用される疲れ亀裂伝播に対する抵抗力 が高くなった物品を提供することである。

さらに、別の目的は、ある範囲の願文（周波数）に亘って反復して加えられる応 力下で亀裂に対する抵抗性をニッケル基超合金に付与することを可能にする組成 物および方法を提供することである。

その他の目的の一部は以下の説明から明らかであろうし、一部は以下で指摘する 。

その一般的な側面のひとつにおいて、本発明の目的は、次の概略含量の組成物を 提供することによって達成することができる。

成　分　本発明組成物中の濃度（重量％）（下限量）〜（上限量） Ｎｉ　残部 Ａｌ　ｌ、５〜３．０ Ｔｉ　４．０〜５．０ Ｔａ２．０〜４．Ｏ Ｎｂ　１．０〜２．０ Ｚｒ　Ｏ，０〜０．１０ ■０．０〜２．Ｏ ＣＯ，Ｏ〜０．２０ ＢＯ１０〜０，１０ 本発明の目的は、また、その別な側面のひとつにおいて、次の概略含量の組成物 を提供することによって達成することができる。

成　分　本発明組成物中の濃度（重量％）（下限量）〜（上限量） Ｎｉ　残部 Ｃｏ　ｇ〜１６ Ａｌ　１．５〜３．０ Ｔｉ　４．０〜５．０ Ｔａ　２．　Ｏ〜４．　Ｏ Ｎｂ　１．０〜２８０ Ｒｅ　Ｏ，０〜３．０ Ｈｆ　Ｑ、Ｑ〜０．７５ Ｚｒ　Ｏ，０〜０．１０ Ｖ　Ｏ，Ｏ〜２．０ ＣＯ，Ｏ〜０．２０ ＢＯ１θ〜０，１０ ＷＯ０θ〜１．０ Ｙｏ、０〜０．１０ 図面の簡単な説明 以下の詳細説明は、添付の図面を参照するとより分かり易くなるであろう。

第１図は、極限引張強さくｋｓｉ）に対して疲れ亀裂成長（インチ／サイクル） を対数目盛りでプロットしたグラフである。

第２図は、第１図と同様なプロットであるが、横軸はクロム含量（重量％）を表 わしである。

第３図は、試験片に繰返して応力をかけた場合の、保持時間（秒）に対して亀裂 成長速度の対数をプロットしたグラフである。

第４図は、亀裂伝播速度ｄａ／ｄＮ（インチ／サイクル）を冷却速度（７Ｆ／分 ）に対してプロットしたグラフである。

第５図は、対数目盛りの冷却速度じ１７分）に対してプロットした７５０’Ｆで の降伏応力（ｋｓｉ）のグラフである。

第６図は、対数目盛りの冷却速度（”１７分）に対してプロットした７５０”Ｆ での極限引張強さくｋｓｉ）のグラフである。

第７図は、冷却速度（０Ｆ／分）に対してプロットした１４００”Ｆでの降伏応 力（ｋｓｉ）のグラフである。

第８図は、冷却速度（”１７分）に対してプロットした１４００＠Ｆでの極限引 張強さくｋｓｉ）のグラフである。

発明の詳細な説明 本発明者は、高温で高強度を必要とする構造体に使用される現在市販の合金を研 究することによって従来の超合金があるパターンをもっていることを発見した。

このパターンは、前記の最終レポートＮＡＳＡ第ＣＲ−１６５１２３号にあるデ ータを本発明者が考案した方法でプロットしたことに基づくものである。本発明 者は、１９８０年のこのＮＡＳＡレポートのデータを、第１図に示したパラメー ターを用いてプロットした。図面の第１図を見ると明らかなように、データはほ ぼ対角線上に並んでいる。

第１図では、亀裂成長速度（インチ／サイクル）が極限引張強さくｋｓｉ）に対 してプロットされている。個々の合金はこのグラフ上にプラス（＋）の記号で示 しであるが、この記号は、それぞれの合金の特徴である極限引張強さくｋｓｉ） の値におけるその合金の対応する特性である各々の亀裂成長速度Ｃインチ／サイ クル）を示している。見て分かるように、滞留時間９００秒と表示した直線は、 これら従来周知の合金の亀裂成長速度と極限引張強さとの間の特徴的な関係を示 している。このグラフの底部には、表示した＋の記号の点に対応する類似の点が 、０．３３ヘルツ（Ｈｚ）すなわちいいかえるとより高い頻度で行なった亀裂伝 播速度試験に関して示されている。菱形で示されたデータは、このグラフの上部 に示したそれぞれの合金に対して、０．３３Ｈｚと表示した直線に沿う領域にあ る。

第１図から、長い滞留時間に対してこのグラフの右下隅の座標をもつ合金組成物 はないということが明らかである。

実際、長めの滞留時間の亀裂成長試験に対するデータ点はすべてこのグラフの対 角線に沿って並んでいるので、形成された合金組成物はいずれもこのグラフの対 角線Ｊ二沿ったどこかに位置することになるのが可能なよう仁思わし／：。

いいかえると、第１図にプロットした／ぐラメ−ターによって長い滞留時間で高 い極限引張強さと低い亀裂成長速度とを両方とも有する合金組成物を見出すこと は不可能なように思われた。

しかし、本発明者は、高い極限強度と低い亀裂成長速度とのユニークな組合せを 達成することが可能な組成を存する合金を製造するのが可能であることを発見し た。

本発明者が仮説的に到達した結論のひとつは、クロム濃度が各種合金の亀裂成長 速度に対しである影響を及ぼし得るということであった。このため本発明者は、 １９８０年のＮＡＳＡレポートのデータを用いて、亀裂成長速度に対してクロム 含量（重量％）をプロットした。このプロットの結果を第２図に示す。この図で 、クロム含量は約９％から約１９９６まで変化していることが分かり、対応する 亀裂成長速度の測定値は、クロム含量が増大すると共に亀裂成長速度が概して低 下することを示している。このグラフによると、クロム含量が低くて、しかも同 時に長い滞留時間で低い亀裂成長速度をもつ合金組成を考案することは極めて困 難であるかまたは不可能であるかもしれないように思われた。

しかしながら、本発明者は、ある超合金組成物の成分を組合せて適切に合金化す ることによって、低いクロム含量と長い滞留時間での低い亀裂成長速度とを存す る組成物を形成するのが可能であることを見出した。

試験片に応力をかける際の保持時間と亀裂成長が変化する速度止の関係の一例を 第３図に示す。この図では、亀裂成長速度の対数が縦軸ｌ；プロブトされ、滞留 時間または保持筒・間（秒）が横軸にプロットされている。５Ｘ１０’という亀 裂成長速度は、反復応力度因子が２５ｋｓｉ／ｉｎの場合理想的な速度であると 考えられるかもしれない。もし理想的な合金が形成されれば、その合金は亀裂ま たは試片に応力をかけている保持時間の間ずっとこの速度を示すであろう。その ような現象は第３図の直線（ａ）で表わされるであろう。この直線は、亀裂成長 速度が試片に応力をかけている間保持時間すなわち滞留時間と本質的に無関係で あることを示している。

これとは対照的に、非理想的ではあるが現実の亀裂生成現象により近い現実に即 した亀裂成長速度を、第３図にプロットした曲線（ｂ）として示す。１秒または 数秒以内の非常に短い保持時間の間、理想的な直線（ａ）と実際的な曲線（ｂ） はあまり大きくは離れないことが分かる。このように高い頻度すなわち低い保持 時間で試料に応力をかける場合には、亀裂成長速度は比較的低い。

しかし、試料に応力をかける保持時間が長くなると、従来の合金に対する実験で 得られる結果は曲線（ｂ）に従う。

したがって、応力負荷の頻度が低くなり応力負荷に要する保持時間が長くなると 、直線的な速度からのずれが大きくなることが分かる。約５００秒という保持時 間を任意に選択してみると、亀裂成長速度は標準的な速度の５Ｘ１０””から５ Ｘ１０’へと１００倍も増大し得ることが第３図から明らかである。

二二でもまた、亀裂成長速度が時間に依存しなければ望ましいことであろうし、 これは保持時間が長くなり応力をかける頻度が少なくなるとき直線（ａ）をたど ることで理想的に表現されるであろう。

驚くべきことに、本発明者は、超合金の成分を少しだけ変えることによって、そ の合金の長い滞留時間の亀裂成長伝播に対する抵抗性を大きく改良することが可 能であることを見出した。換言すると、合金の合金化処理の修正により亀裂成長 の速度を低下させることが可能であることが判明したのである。合金の処理によ ってもさらに増大させることが可能である。そのような処理は主として熱処理で ある。

実施例 ＨＫ９３に似た合金を製造した。この合金の組成は本質的に次の通りである。

成　分　濃度（重量％） Ｎｉ　残部 Ｚｒ　Ｏ，０３ ＣＯ，０３ Ｂ　Ｏ，０１５ この合金を各種の試験に供し、その試験結果を第４〜８図にプロットした。ここ で、「スーパーソルバス」処理した材料に対してデータを採取した合金はｒ−Ｓ ＳＪの文字をつけて表わしである。すなわち、この材料に対して行なった高温の 固体状態熱処理は、強化性のγ′析出物が溶解する温度よりは高くて初期融点よ りは低い温度で行なった。

この結果、通常はその材料中の結晶粒度が粗くなる。強化性のγ′相はその後の 冷却および時効の際にふたたび析出する。

ここで第４図を参照すると、冷却速度じＦ／分）に対して亀裂伝播速度（インチ ／サイクル）がプロットされている。ルネ（Ｒｅｎｅ’）　９５−　Ｓ　ＳとＨ Ｋ−９３−ＳＳのサンプルは、最大の応力度因子で保持時間を１０００秒として １２００”Ｆの空気中で試験した。明らかに、試験したすべての速度で冷却した サンプルで、ＨＫ−９３−３Ｓはルネ（Ｒｅｎｅ゛）　９５−　Ｓ　Ｓより低い 亀裂成長速度を存している。

このような超合金から成分を製造するための冷却速度の範囲は１００°Ｆ／分か ら６００”Ｆ／分の範囲であると予想されることに注意すべきである。

以上のことから明らかなように、本発明は、成分の種類とその相対濃度の両方に 関してユニークな組合せを有する合金を提供する。また、本発明によって提案さ れる合金は亀裂伝播抑制に関して新規で独特な能力を有していることも明らかで ある。第４図から明らかなＨＫ−９３−５Ｓ合金の低い亀裂伝播速度ｄａ／ｄＮ は本発明だけの新規で顕著な結果である。

本発明の合金のその他の性質に関して、ここで第５図、第６図、第７図および第 ８図を参照して説明する。

本発明の合金はいくつかの点でワスボロイ（ＷＡＳＰＯＬＯＹ）と似ているが、 本発明の合金をワスパロイ（ＷＡＳＰＡＬＯＹ）よりずっと強い合金と比較する 基礎とするために本発明の合金とルネ（Ｒｅｎｅ’）　９５−　Ｓ　Ｓのサンプ ルの比較試験を実施した。７５０’Ｆで得られた試験結果は第５図と第６図にプ ロットして示し、また１４００’Ｆで得られた試験結果については第７図と第８ 図にプロットして示す。

まず、第５図にプロットした試験データを参照する。第５図には、７５０”Ｆで 試験を行なった２種の合金サンプルＨＫ−９３−ＳＳとルネ（Ｒｅｎｅ’）　９ ５−　Ｓ　Ｓについて、降伏応力（ｋｓｉ）と冷却速度（”Ｆ／分）との関係が プロットされている。このプロットにおいて、部品が形成されると期待される範 囲の冷却速度で、ルネ（Ｒｅｎｅ’）　９５−８Ｓサンプルと比較してＨＫ−９ ３−３Ｓ合金サンプルの優秀さが明らかである。ＨＫ−９３−ＳＳとルネ（Ｒｅ ｎｅ’）９５−ＳＳのサンプルはすべて粉末冶金技術によって製造したものであ り、したがって強度およびその他の性質の点でお互いに非常に良く似ている。

第６図は、上記の実施例に従って製造した合金ＨＫ−９３−ＳＳのサンプルおよ び比較としてルネ（Ｒｅｎｅ’）　９５−５Ｓのサンプルについて、極限引張強 さくｋｓｉ）を冷却速度（”Ｆ／分）に対してプロットしたものである。試験し たサンプルは７５０”Ｆで測定した。ルネ（Ｒｅｎｅ’）　９５が市販されてい る公知の超合金の中では最も強いもののひとつであることはよく知られている。

第６図から明らかなように、ＨＫ−９３−ＳＳ合金とルネ（Ｒｅｎｅ’）　９５ −　Ｓ　Ｓ合金のそれぞれのサンプルに対して行なった極限引張強さの測定の結 果は、ＨＫ−９３−ＳＳ合金が現実にルネ（Ｒｅｎｅ’）９５−３Ｓ材料より高 い引張強さをもち、特に極限引張強さを有していることを立証していた。

第７図のプロットから明らかなように、合金が有する１４００＠Ｆでの降伏強さ の範囲は、約７５°Ｆ／分で冷却された合金サンプルの場合の約１４０から、１ ０００”Ｆ／分以上で冷却されたサンプルの場合の約１５４以上の降伏強さまで の範囲に亘っている。

ここで、第８図を参照すると、いずれも１４００”Ｆで試験した２種のサンプル 、すなわちルネ（Ｒｅｎｅ’）　９５−　ＳＳ合金とＨＫ−９３−ＳＳ合金につ いて、１４００”Ｆでの極限引張と冷却速度（’　Ｆ／分）との間の関係がプロ ットされている。

また、第５図、第６図、第７図および第８図にプロットされているデータは、本 発明の合金が、現実の市販機器で期待される冷却速度に対して、７５０＠Ｆでは ルネ（Ｒｅｎｅ’）９５−ＳＳより秀れており１４００”Ｆではルネ（Ｒｅｎｅ ’）９５−ＳＳとほとんど同じ程度の一組の引張強さ特性を有していることも比 較の上で立証している。

さらに、疲れ亀裂伝播の抑制に関して、本発明の合金は、ルネ（（Ｒｅｎｅ’） 　９５、特に本発明の合金の工業生産で使用されるはずの速度である１００”Ｆ ／分から６００°Ｆ／分の冷却速度で製造された合金よりずっと秀れている。

本発明の達成に関して顕著なのは、ワスパロイ（ＷＡＳＰＡＬＯＹ）合金の成分 と比較してＨＫ−９３合金の成分を比較的少し変えただけで、疲れ亀裂伝播耐性 が驚く程の改良がなされたことである。

合金組成の小さい変化を例示するためにワスバロイ（ＷＡＳＰＡＬＯＹ）とＨＫ −９３の両者の成分を次に挙げる。

表　１ Ｎｉ　残部　残部 Ｃｏ　１３　１３．５ Ｃｒ　Ｉ６　１９．５ Ｍｏ　４　４．３ ＡＩ　２，５５　１．３ Ｔｉ　４．５　３．０ Ｚｒ　Ｏ，０３０，０３ ＣＯ，０３０，Ｉ Ｂ　Ｏ，０１５０，０１ 上の表１において、合金ＨＫ−９３の組成と比べて合金ワスパロイ（ＷＡＳＰＡ ＬＯＹ）の組成で意味のある違いは、本合金が１．２５重量％のアルミニウムと １，５０重量％のチタンを多く含み、しかも３．０重量％のタンタルと１．５重 量％のニオブも含むことであると考えられる。

このような組成の変化によって、合金の基本的な強度特性はルネ（Ｒｅｎｅ’） 　９５の特性まで増大または改良しながら、同時にこの合金の長い滞留時間での 疲れ亀裂抑制が得られるということはむしろ驚くべきことであると思われる。し かし、これは、図面に挙げ、上で詳細に述べたデータによって明らかにされてい るように、まさに組成の変化の結果なのである。

上記のような特性の顕著な変化に関係しない成分のその他の変更、特にいくつか の成分の小さな変更をしてもよい。

たとえば、ＨＫ−９３合金で見出されたユニークな特性の存益な組合せを変更す ることなく、特にそのような特性を損うことのない程度にレニウムを少量添加し てもよい。

本発明の合金を特に亀裂伝播の抑制に関して独特に有利な割合を与える成分およ び成分のパーセントの点から記載して来たが、その他の成分、たとえばイツトリ ウム、バナジウムなどを新規な亀裂伝播抑制に干渉することのないパーセントで 組成物中に含ませることができるということが分かるであろう。０〜０．２％程 度の少量のイツトリウムを、本発明の合金のユニークで価値の高い組合せの特性 を損うことなく本発明の合金中に含ませることができる。

ｊｈｐｌζ／　？Ｉｌ　ｙ主、’　（Ｋｓｉ）ＦＩＧ、／ りＯム塩童　（重↑Ｘ） ＦＩＧ、２ イ呆　Ｊ＋　５乎八７ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ 才４１　戸シ　イＩ　（各　ζ余、ｊ　（ｋｔｉ）ｒ斉　イ丈゛ｆ二カ　（ｋｓ ｉ） オシ！戸ルイＩ弓典−？会・う′（ｋｓｉ）膚酪調審緋失 国際調査報告 ＩＪｓ　８９０４１７１

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）以下の成分を以下の割合で含有する合金組成物。 成分組成物中の濃度（重量％） Ｎｉ残部 Ｃｏ８〜１６ Ｃｒ１３〜１９ Ｍｏ２〜６ Ａｌ１．５〜３．０ Ｔｉ４．０〜５．０ Ｔａ２．０〜４．０ Ｎｂ１．０〜２．０ Ｒｅ０．０〜３．０ Ｈｆ０．０〜０．７５ Ｚｒ０．００〜０．１０ Ｖ０．０〜２．０ Ｃ０．０〜０．２０ Ｂ０．０１〜０．１０ Ｗ０．０〜１．０ Ｙ０．０〜０．１
2. （２）約６００°Ｆ／分以下の速度で冷却されたものである請求の範囲１記載の 組成物。
3. （３）５０〜６００°Ｆ／分の速度で冷却されたものである請求の範囲１記載の 組成物。
4. （４）以下の成分を以下の割合で含有する合金組成物。 成分組成物中の濃度（重量％） Ｎｉ残部 Ｃｏ１３ Ｃｒ１６ Ｍｏ４ Ａｌ２．５５ Ｔｉ４．５ Ｔａ３．０ Ｎｂ１．５ Ｚｒ０．０３ Ｃ０．０３ Ｂ０．０１５
5. （５）約６００°Ｆ／分以下の速度で冷却されたものである請求の範囲４記載の 組成物。
6. （６）５０〜６００°Ｆ／分の速度で冷却されたものである請求の範囲４記載の 組成物。