JPH04210457A - Ｆｅ −Ｎｉ 基析出硬化型超合金の製造方法 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］この発明は、大型部材への応用を
可能としたＦｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金の製造方法に
関するものである。 ［０００２］ 【従来の技術】従来、Ｆｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金は
、Ｆｅ−Ｎｉベースの超合金を、固溶化処理した後、油
冷または油冷よりも速い冷却速度で急冷し、その後、中
間時効処理を経て時効処理を行っている。上記熱処理で
は、十分な適冷状態と、過飽和固溶体を得るために、固
溶化処理後、極力、急速に冷却することが原則とされて
おり、冷却方法には、冷却速度が大きな油冷や水冷が採
用されている。また、冷却後、時効処理に先立って、中
間時効処理が行われており、この処理によって、比較的
粗大で安定した相（以下「安定相Ｊと称する）を適度に
析出させてクリープ特性の改善を図っている。その後、
時効処理を行って、微細な析出物を析出させ、強度を高
めている ［０００３］上記した従来の熱処理を具体的に説明すれ
ば、例えば、インコネル７０６（商標名）合金では、９
２５〜９８０土１５℃で固溶化処理を行った後、水冷し
、８４５℃で３時間保持する中間時効処理を行う。次い
で、７２０℃で８時間の時効処理を行い、さらに、これ
を５０℃／時間の冷却速度で冷却し、引き続き６２０℃
で８時間時効させる２段時効を行っている。なお、イン
コネル７０６では、上記中間時効処理を安定化処理と称
する場合もある（例えばＡＭＳ規格）。上記した工程で
製造されるＦｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金は、高温強度
、クリープ強度が極めて優れており、ジェットエンジン
のタービンブレードなどの超耐熱材に使用されている。 ［０００４］

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した超
合金を、発電用ガスタービンディスクなどの大型部材に
使用すると、上記製造工程の急冷時に、材料の表層部と
内部とで、小型部材では見られないような極めて大きな
冷却速度差が生じてしまう。この冷却速度差によって、
合金には大きな熱応力が生じて、割れが発生しやすくな
る。また、熱処理効果も、冷却速度差によって著しく差
が生じてくるので、機械的性質が、位置によって異なり
非常に不均質になる問題点がある。したがって、従来の
製造方法では、大型の超合金を用いて、析出状態が良好
で、機械的性質が優れた大型製品を得ることは困難であ
った。 ［０００５］この発明は、前記課題を解決することを基
本的な目的とし、冷却速度差による不均質さをできるだ
け防止するとともに、析出硬化による十分な強度向上が
確保されるＦｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金を得ることを
目的とするものである。 ［０００６］

【課題を解決するための手段１上記課題を解決するため
、本願発明は、ＦｅおよびＮｉをベース成分とする超合
金を、固溶化処理した後、中間時効処理し、その後、時
効処理を行うＦｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金の製造方法
において、前記固溶化処理後の冷却を、空冷または空冷
よりも遅い冷却速度で行うとともに、前記中間時効処理
の処理時間を短縮し、または、中間時効処理を省略し、
その後、時効処理を行うことを特徴とする。 ［０００７］ここで、本願発明が応用される超合金は、
ＦｅとＮｉをベース成分とし、その他必要な成分が添加
されたものであり、その後、本願発明の製造工程で析出
硬化によって、強度が高められるものである。ただし、
本願発明としては、上記超合金のＦｅ　、Ｎｉの含有量
や、他の成分の種別、含有量が特に限定されるものでは
ない。他の成分の一例としてしては、Ｃｒ、ＡＩ、Ｔｉ
、Ｎｂが適当量添加され、Ｓ、Ｐなどが不可避的に含ま
れるものが考えられる。その代表例としては、インコネ
ル７０６（商標名）合金を挙げることができる。 ［０００８］そして、超合金は、析出物などを固溶させ
るように、固溶化処理がなされるが、その温度や１時間
は、超合金の組成や、形状などによって定められる。固
溶化処理後の冷却は、冷却速度が小さな空冷や、徐冷に
よって行われる。徐冷としては、炉冷が代表的であるが
、炉内冷却に限定されるものではなく、要は、十分に遅
い冷却速度で冷却する方法であればよい。但し、その速
度は、少なくとも、冷却によって合金を適冷でき、後工
程の時効処理によって、析出物が得られるものでなけれ
ばならない。なお、上記空冷においても、そのガスの選
択や、静置、送風、撹拌などの冷却方法も限定されるも
のではなく、適宜選択することができる。 ［０００９］そして、中間時効処理は、固溶化処理を、
油冷または油冷よりも速い冷却速度で冷却した場合に必
要とされる中間時効処理時間よりも、短い時間で行うか
、あるいは、その処理を省略する。なお、中間時効処理
温度は、変更することを要しない。中間時効処理の有無
や、処理時間の短罐量は、超合金の組成や、固溶化処理
後の冷却速度などに従って、決定される。中間時効処理
後の時効処理は、従来と同様の温度、時間などに従って
行うことができる。また、所望により、処理時間を短縮
して行うことも可能であり、過時効を防ぐために、時効
処理時間の短縮が必須とされる場合もある。 ［００１０］ 【作用】すなわち、本願発明によれば、固溶化処理後の
冷却を、空冷よりも遅い冷却速度で行うので、製品粗材
の位置の違いによる冷却速度差が小さくなり、焼き割れ
の発生や、熱処理効果が不均質になるのを回避できる。 しかもＦｅ−Ｎｉベースの超合金は、焼入れ性が大きい
ので、上記した冷却によっても適冷状態が得られ、後述
する析出硬化作用が確保される。 ［００１１３さらに、冷却速度を小さくしたことによっ
て、中間時効処理に達するまでの時間が長くなり、しか
も、この超合金では、析出相生成に対する活性化エネル
ギが小さいことが推測されるので、上記冷却中に、中間
時効で予定される安定相析出の潜伏期に入り、あるいは
、安定相の析出が開始していることが考えられる。なお
、中間時効処理を、従来と同程度の時間で処理した場合
には、安定相の析出が過度に行われることになり、過時
効になったり、時効硬化をもたらすＮｂ　、　Ｔｉ　、
　Ａｌなどを消費して、最終的な時効処理時の析出を不
十分なものとして強度不足を招くのではないかと考えら
れる。 したがって、中間時効処理の処理時間を短縮または、省
略することによって、安定相が最適な状態で析出してい
るものと考えられる。適切な中間時効処理をおこなった
後に行う時効処理では、微細な析出物が析出する。また
、所望によって、過時効を防ぐように、時効時間を短縮
して行えば、良好な析出相が得らね、均質で、強度の優
れた超合金か得られる。 ［００１２］

【実施例】以下に、この発明の実施例を、本発明の範囲
外の比較例と比較しつつ、説明する。表１に示す合金組
成（含有量；重量％）からなるインコネル７０６合金を
溶製、鍛造して、第１図に示す径６４０ｍｍ、厚さ２４
０羽のディスク材４を用意し、供試合金Ａ、　Ｂとした
。なお、合金Ｎｏ、欄で、　「規格」と記載しである各
含有量の数値は、インコネル７０６合金の規格値を示す
ものである。 ［００１３］

【表１】 ［００１４］そして、供試合金Ａ、　Ｂに対し、それぞ
れ、９８０℃で３時間の固溶化処理を行い、その後、供
試合金Ａは水冷して、本願とは、冷却速度が異なる比較
例とした。また、供試合金Ｂは空冷した。なお、供試合
金の位置の違いによる冷却速度差を知るため、ディスク
材４の角部表層位置１．中心表層位置２．深部位置３の
各位置で冷却速度を測定した。その結果は表２に示すと
おりである。角部表層位置１は、表面および周面からそ
れぞれ４０ｍｎｔの距離の角部にあり、中心表層位置２
は、中心軸にあって、表面から４０Ｍの深さにあり、深
部位置３は、同じく中心軸にあって、表面から１２０ｍ
ｍの深さの最深部にある。 ［００１５１表２の結果から、水冷した供試合金Ａでは
、位置の違いによる冷却速度差が非常に大きくて、熱処
理効果にも差異が生ずることが予測された。また、大き
な熱応力が生じているものと考えられ、さらに大型材で
は、割れが発生するおそれが大きい。これに対し、供試
合金Ｂは、位置の違いによる冷却速度差は、極めて小さ
かった。 ［００１６］

【表２】 ［００１７］冷却した各供試合金は、引き続き、第３表
に示す中間時効処理を行った。すなわち、供試合金Ａに
は、従来と同様の温度、時間でその処理を行った。また
、供試合金Ｂは、３個を用意し、その１つを従来と同様
の温度、時間で中間時効処理を行って、供試合金Ｂ１と
した。他の１つは、処理温度を従来と同様とし、処理時
間を従来の３時間から、１２時間に変更して中間時効処
理を行った実施例であり、供試合金Ｂ２とした。また、
最後の１つは、中間時効処理を省略した実施例であり、
供試合金Ｂ３とした。 ［００１８］

【表３】 ［００１９］さらに、各供試合金を、表３に示す条件で
時効処理を行った。時効処理は、従来と同様の方法（同
一温度、時間）で行った。得られた析出硬化型超合金の
機械的性質を評価するため、各供試合金の位置１および
位置３より試験材を採取し、それぞれ引張試験（室温右
よび６５０℃）と、高温でのクリープ破断試験とを行っ
た。その結果は表４に示すとおりである。 ［００２０３表４から明らかなように、冷却を水冷で行
った比較例の供試合金Ａは、位置１と位置３で、機械的
性質が大きく異なっていた。これを一つの用途例として
、ＡＭＳ規格値５７０３Ｂと照合すると、位置１では、
高温強度は十分に規格値を満足しているものの、位置３
では、規格値を下回っており、機械的性質の不均質さが
際立っていた。 ［００２１１一方、固溶化処理後の冷却を空冷に代え、
中間時効処理は、従来と同じ処理時間で行った比較例の
供試合金Ｂ１は、機械的性質の不均質さは除かれたが、
強度が不足しており、位置１．３ともに、高温強度は前
記ＡＭＳ規格値を下回っていた。 ［ｏ　ｏ　２２］次に、本願発明の実施例である供試合
金８２、Ｂ３は、機械的性質の不均質さが除かれるとと
もに、高温強度も十分に向上しており、位置１，３とも
に、同程度の高温強度を有し、前記ＡＭＳ規格値を満足
していた。なお、上記実施例では、中間時効処理時間を
短縮した供試合金Ｂ２と、中間時効処理を省略した供試
合金Ｂ３とは、はぼ同じ機械的性質が得られたが、合金
の組成や、形状寸法などによって、両者間に差異が生ず
ることも考えられるので、最適な機械的特性を得るため
には、組成および形状寸法に応じてその都度、中間時効
処理の有無と、処理時間の短縮量とを適宜決定する。 ［００２３］

【表４】 ［００２４］

【発明の効果】以上説明したように、本願発明のＦｅＮ
ｉ基析出硬化型超合金の製造方法によれば、固溶化処理
後の冷却速度を遅くするとともに、中間時効処理を雑種
化、または省略することにより、熱処理効果の不均質さ
や、境き割れを回避することができる。また、本願発明
の製造方法によれば、小型部材はもとより、大型部材に
おいても、均質で、十分な析出硬化が達成され、従来の
製造方法によるよりも、高温強度およびクリープ特性の
優れたＦｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例と、比較例に用いる供試合金のデ
ィスク材の平面図である。

【図２】同じくディスク材の縦断面図である。

【符号の説明】

１　角部表層位置 ２　中心表層位置 ３　深部位置 ４　ディスク材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＦｅおよびＮｉをベース成分とする超合金
   を、固溶化処理した後、中間時効処理し、その後、時効
   処理を行うＦｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金の製造方法に
   おいて、前記固溶化処理後の冷却を、空冷または空冷よ
   りも遅い冷却速度で行うとともに、前記中間時効処理の
   処理時間を短縮し、または、中間時効処理を省略し、そ
   の後、時効処理を行うことを特徴とするＦｅ−Ｎｉ基析
   出硬化型超合金の製造方法
2. 【請求項２】時効処理の処理時間を短縮することを特徴
   とする請求項１記載のＦｅ−Ｎｉ基析出硬化型超合金の
   製造方法