JPH0356296B2 - - Google Patents

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JPH0356296B2
JPH0356296B2 JP59014577A JP1457784A JPH0356296B2 JP H0356296 B2 JPH0356296 B2 JP H0356296B2 JP 59014577 A JP59014577 A JP 59014577A JP 1457784 A JP1457784 A JP 1457784A JP H0356296 B2 JPH0356296 B2 JP H0356296B2
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/42—Induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念によ
る構造部材および特許請求の範囲第３項の上位概
念によるその製法に関する。
酸化物分散硬化による超合金はこの分散物なし
の相当する材料より高い熱間強度を有する。した
がつてこれから製造した構造部材は長い寿命を有
し、または高い運転温度で使用することができ
る。しかしこれは一般に高温腐食とくに酸化に対
する改善された安定性も必要とする。高温におけ
るできるだけ高いクリープ強度のため超合金はと
くに粗粒子組織状態（主応力方向に配向した桿状
結晶がもつとも有利）で使用される。
他面粒度を小さくすることによつて耐酸化性お
よび耐食性ならびに特定保護層の付着性も上昇し
うることが公知である（Ｃ，Ｇ，Giggins，Ｆ，
Ｓ，Pettit，“The effect of alloy grain size
and surface deformation on the selective oxi
−dation of chromium in nickel−chromium
all−oys at temperatures of 900and1100℃”、
Trans，TMS−AIME，245，2509ページ，
1969；Ｐ，Huber，Ｇ，Ｈ，Gessinger，
“Materia−Is and coatings to resist high
temperatu−re oxidation and corrosion”
Conf，Proc，Du¨s−seldorf 1977；Ｔ，Ｋ，
Glasgow，Ｇ，Ｊ，Santoro，“Oxidation and
hot corrosion of coated and bare oxide
dispersion strengthened Super−alloy MA−
755E”，Oxid，Met，15251ページ1981参照）。微
粒子材料の使用による高温耐食性の改善法はこれ
が比較的でなく大きい熱間強度の損失を伴うの
で、採用されなかつた。
それゆえタービンエンジンの高負荷構造部材用
に高い熱間強度を高い酸化安定性と組合せた材料
を得ることが必要である。
本発明の目的は超合金の高いクリープ強度の最
大可能の利用を保証し、同時に高温腐食に対する
できるだけ大きい抵抗力を有する分散硬化形超合
金からなる構造部材およびその製法を得ることで
ある。
この目的は特許請求の範囲第１項および第３項
の特徴部に記載の特徴によつて解決される。
次に本発明の実施例を図面により説明する。
第１図にはタービンエンジンの羽根の形の構造
部材の縦断面が示される。この例はとくにガスタ
ービンの羽根に関する。１はこの場合ほぼ長さ方
向に向く粗粒子の桿状結晶からなるコアである。
コア１は部材の微粒子周縁ゾーン２を形成する外
殻によつて全面的に包囲される。サイズ、組成お
よび使用目的に応じてコア１内の平均結晶粒度は
縦方向に0.2〜50mm，横方向に0.1〜10mmである。
微粒子周縁ゾーンの微結晶粒度はこれに反し0.1
〜5μの平均値を有する。
第２図は第１図構造部材の横断面図である。こ
の横断面は羽根に関し、参照番号は第１図と同じ
である。
例 １ 第１および２図参照。
MA6000の商標（メーカInconel）の分散硬化
形ニツケル系超合金からなる粉末治金的に製造し
た鍛造素材からまず最終製品に近い前成形体を製
造した。合金の組成は下記のとおりであつた： Ni 69重量％ Cr 15 〃 Ｗ 4.0 〃 Mo 2.0 〃 AI 4.5 〃 Ti 2.5 〃 Ta 2.0 〃 Ｃ 0.05 〃 Ｂ 0.01 〃 Zr 0.15 〃 Y2O3 1.1 〃 前成形体は長さ120mm，幅70mm，最大厚さ15mm
のタービン羽根であつた。素材をそのコア１が
900℃の温度、その表面に近い周縁ゾーン２が
1100℃の温度になるように加熱した。次に1050℃
に予熱したモリブデン合金（TZM）からなる鍛
造型へ素材を挿入し、羽根のもつとも厚い部分の
鍛造比が10％になるように鍛造処理した。熱間加
工後、素材を冷却し、次にコアの再結晶のため
1280℃で１時間空気循環炉内で焼鈍した。次に素
材のバリを取つた。試験の結果コア１中の桿状結
晶は平均幅200μ，厚さ50μ，長さ400μであつた。
再結晶しない微粒子周縁ゾーン２は平均深さ１mm
であり、平均直径0.4μの微結晶によつて形成され
た。
例 ２ 例１と同じ組成および寸法の鍛造素材を粗粒子
焼鈍まで同じ方法で処理した。粗粒化焼鈍は例１
と異なり素材の縦方向に進行する温度前線により
1280℃で帯域焼鈍した。送り速度は１mm／min，
温度勾配は10°／mmであつた。コアの桿状結晶は
平均幅２mm，厚さ0.2mm，長さ８mmであつた。
例 ３ 例１と同じ組成の鍛造素材からタービン羽根の
近似寸法の前成形体、次に最終形体を等温鍛造し
た。次に素材に石英ランプの光線を照射した。熱
伝導によつて熱の一部は素材の内部へ流れた。
200℃／minの加熱速度を維持して表面を1140℃
の最終温度にもたらし、４分間この温度に保持し
た。この処理後素材を冷却し、次に1280℃の温度
で１時間焼鈍した。冷却後、再結晶しない微粒子
周縁ゾーン２は厚さ1.2mmであり、再結晶した粗
粒子コア１が第１および２図のように確認され
た。
例 ４ 分散硬化形ニツケル系超合金から回転熱機関の
羽根車の羽根をプレスした。合金の組成は次のと
おりであつた： Ｃ 0.11重量％ Co 8.5 〃 Cr 16 〃 Mo 1.75 〃 Ｗ 2.60 〃 Ta 1.75 〃 Nb 0.9 〃 Al 3.4 〃 Ti 3.4 〃 Ｂ 0.01 〃 Zr 0.05 〃 Ni 残部 長さ70mm，幅35mmおよび厚さ８mmの羽根を中周
波加熱装置により誘導加熱した。周波数は1KHz
であつた。素材の周縁ゾーンをコアより低温に保
持するため、その表面を同時にブロアによつて強
力に冷却した。コア内を1230〜1280℃の温度が支
配し、周縁ゾーンを1140℃に保持した。この場合
周縁ゾーンは微粒子に留まつたけれど、コアは粗
粒子に再結晶した。周縁ゾーンの厚さは平均0.3
mmであつた。
本発明は実施例に制限されない。前記方法によ
りコア１内の平均結晶粒度が縦軸方向に0.2〜50
mm，横軸方向に0.1〜10mm、外殻を形成する周縁
ゾーン２内で直径0.1〜5μである構造部材を製造
することができる。周縁ゾーンは20〜2000μの厚
さ（深さ）を有することができる。この方法はと
くにタービン原動機の羽根の製造に適する。先行
する成形過程ですべての場合に望まれる素材の微
粒子状基本状態がつねに前提となる。引続く熱的
および（または）熱機械的処理によつてコア１が
粗粒子形成の形で組織変化し、周縁ゾーン２
（壁）の再結晶が阻止され、微粒子に留まるよう
に処理される。
この処理は素材の周縁ゾーン２を再結晶温度直
下に加熱し、そのコア１を150〜350℃低い温度に
保持することからなる。次に再結晶温度により最
大350℃低く保持した予熱した型内でさらに処理
することができ、その際鍛造比は素材断面のもつ
とも厚い位置で10〜30％である。続いて再結晶温
度より高い温度で焼鈍する。この焼鈍処理を帯域
焼鈍法で実施する場合、送り速度は有利に１mm／
min，温度勾配は10℃／mmである。素材は再結晶
温度より低い温度で仕上鍛造し、次に石英ランプ
の光線により同時に内部へ熱伝導しながら50〜
250℃／minの速度で再結晶温度の直下の温度へ
加熱し、最大30分間この状態に保持することもで
きる。鍛造作業は有利に等温で実施される。この
方法のもう１つの実施例によれば、素材は誘導加
熱され、同時に放射および（または）対流によつ
て表面が冷却され、コア１は再結晶温度より高い
温度にもたされ、周縁ゾーン２は再結晶温度より
低い温度に留まる。磁場の侵入深さを決定する周
波数および冷却の強さの選択によつて作業パラメ
ータを素材の形およびサイズに適合させ、表面に
向つて降下する所望の温度勾配を得ることができ
る。すべての実施例においてコア１内の粗粒子形
成に必要な再結晶焼鈍を帯域焼鈍として実施しう
ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図はタービンの羽根の縦断面図、第２図は
その横断面図である。 １……コア、２……周縁ゾーン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 分散硬化形超合金からなる耐食性および耐酸
    化性の高い構造部材において、平均結晶粒度が縦
    軸方向で0.2〜50mm，横軸方向で0.1〜10mmである
    粗粒子コア１および厚さ20〜2000μ，平均結晶粒
    度0.1〜5μの外殻を形成する微粒子周縁ゾーン２
    からなることを特徴とする耐食性および耐酸化性
    の高い構造部材。 ２ タービン原動機の羽根である特許請求の範囲
    第１項記載の部材。 ３ 分散硬化形超合金からなる耐食性および耐酸
    化性の高い構造部材の製法において、微粒子の基
    本状態から出発して素材を熱的および（または）
    熱機械的に処理し、そのコア１に再結晶によつて
    粗粒子を形成させ、周縁ゾーン２を形成する外殻
    の再結晶を阻止して微粒子状態に保持することを
    特徴とする耐食性および耐酸化性の高い構造部材
    の製法。 ４ 素材の周縁ゾーン２をまずその再結晶温度直
    下の温度に加熱し、そのコア１をそれより150〜
    350℃低い温度に保持し、このように断面にわた
    つて異なる温度に加熱した素材を再結晶温度によ
    り最大350℃低い温度に予熱した型内でその断面
    のもつとも厚い部分の鍛造比10〜30％をもつて鍛
    造し、次に再結晶温度より高い温度で焼鈍処理す
    る特許請求の範囲第３項記載の製法。 ５ 素材の周縁ゾーン２を1100℃の鍛造温度、コ
    ア１を900℃の鍛造温度に加熱し、1050℃の温度
    の型内でもつとも厚い部分の鍛造比10％をもつて
    鍛造し、次に1280℃の温度で焼鈍する特許請求の
    範囲第４項記載の製法。 ６ 素材を最後に長さ方向に進行する温度前線を
    有する帯域焼鈍法で処理し、その際送り速度が１
    mm／min，温度勾配が10℃／mmである特許請求の
    範囲第５項記載の製法。 ７ 素材をまず再結晶温度より低い温度で鍛造
    し、その周縁ゾーン２を石英ランプの光線により
    同時的熱伝導のもとに50〜250℃／minの加熱速
    度で再結晶温度直下の温度に加熱し、この温度に
    最大30分保持し、次に素材を再結晶温度より高い
    温度で焼鈍処理する特許請求の範囲第３項記載の
    製法。 ８ 素材を等温鍛造し、その周縁ゾーン２を200
    ℃／minの加熱速度で1140℃の温度にもたらし、
    この温度に４分間保持し、次に素材を1280℃の温
    度で１時間焼鈍する特許請求の範囲第７項記載の
    製法。 ９ 素材を誘導加熱し、同時にその周縁ゾーン２
    を冷却しながらコア１を再結晶温度より高い温度
    にもたらし、周縁ゾーン２を再結晶温度直下に保
    持する特許請求の範囲第３項記載の製法。 １０ 素材のコア１を1230〜1280℃の温度に保持
    し、周縁ゾーン２を1140℃の温度に保持する特許
    請求の範囲第９項記載の製法。
JP59014577A 1983-02-01 1984-01-31 耐食性および耐酸化性の高い構造部材およびその製法 Granted JPS59190343A (ja)

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EP83200173.9 1983-02-01

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