JPH0430447B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明はWaspaloyとして知られているニツケ
ル基超合金の組成を該合金が良好に溶接され得る
よう修正することに係る。 従来の技術 本発明の基本となる合金はWaspaloyと呼ばれ
ており、該合金はガスタービンエンジンに適用さ
れるよう1950年代の初期に開発されたものであ
る。この合金の公称組成は19.5％Cr、13.5％Co、
3.75％Mo、3.0％Ti、1.12％Al、0.005％Ｂ、
0.006％Ｃ、残部Niである。更にこの合金には少
量の不純物が含まれている。かかる不純物の最も
含有量の高い元素は２％までの量であることが許
容されるFe（初期の文献にはFeは約３％の量にて
Waspaloyの必須の成分であることが示されてい
る）である。 Waspaloyの残部の元素であるニツケルは一般
に１ポンド（約0.45Kg）当り数ドルする。これに
対し鉄は１ポンド当り１ドルよりも遥かに安い。
かくしてWaspaloyの製造業者がその原料コスト
を低減すべくFe含有量を増大する経済的な動機
がある。他の一つの動機は多くの超合金スクラツ
プはスクラツプより除去することが困難な元素で
ある鉄にて汚染されているということである。か
かるFe含有量の高いスクラツプは容易に入手し
得るものであるので、このことによつても更に一
層Waspaloy中に鉄が含まれ易くされている。 本願出願人に最近供給された13個のWaspaloy
材料のFe含有量が分析された。平均のFe含有量
は1.16％であり、Fe含有量の最小値は0.70％であ
つた。これらのデータは、多くの商業用
Waspaloy材料中に鉄が約１％以上の量にて存在
しているという前述の基準を満たしている。 Waspaloyは多くの場合鍛造された形態にて、
時に鋳造された形態にて、ガスタービン工業界に
於て広範囲に使用されている。Waspaloyは特に
538〜816℃の範囲に於て他の多くの組成物よりも
強力である。 従来よりこの合金は、湾曲され又は他の態様に
て有用な形状に成形される鍛造された形態にて、
また形状が鋳造により形成される鋳造された形態
にて使用されている。鍛造された形態及び鋳造さ
れた形態の何れに於ても、複雑な形状及び厳格な
寸法公差は機械加工によつて達成される。現代の
ガスタービンエンジンはかなり複雑な形状の部品
を含んでいる。更に従来のエンジンに於ては鋳造
品に過剰の材料が存在していても許されたが、現
代のエンジンに於てはその重量を低減することが
強く要請されているので、全ての過剰な材料を除
去することが必要とされている。また鋳造技術も
進歩しており、複雑な形状の部品をほぼ最終形
状、即ち正味の形状に鋳造することができ、これ
により殆ど仕上加工を必要としない。また使用温
度及び受ける応力が従来より増大しており、これ
によりより一層強力な材料の必要性が増大してい
る。 これらの点から、ガスタービンエンジンの設計
者はWaspaloyの如き組成物の複雑な鋳造品を使
用することを模索している。かかる複雑な部品を
製造する際の主要な問題は、Waspaloyが鋳造中
に割れ易いということであり、従つて今日までの
Waspaloyの鋳造品によつて割れのない複雑な形
状の部品は比較的少量しか得られていない。従つ
てWaspaloyの鋳造品を実際に適用することは、
僅かな割れやこれと同様の欠陥を有する鋳造品を
溶接によつて修繕し得ることに依存している。ま
た材料が誤つて過剰に除去された場合に、肉盛溶
接によつて部品の重要ではない部分に於ける機械
加工による僅かな割れを修繕し得筏ことが好まし
い。しかし他の点では好ましいWaspaloyは従来
より良好な溶接性を有していないことによる問題
を生じている。 Waspaloy型の組成物は1946年に出願された米
国特許第2570193号より現在に至る多くの米国特
許に記載されている。これらの米国特許の例とし
て、米国特許第2570193号、同第2977222号、同第
3166412号、同第3207599号、同第3512963号、同
第3625678号、同第3723107号、同第3850624号、
同第4110110号、同第4213026号、同第4456481号
がある。 この限られた合金分野に多数の米国特許が存在
することに鑑みれば、種々の目的を達成すべく従
来より多くの元素が基本的な組成に添加され若し
くは多くの元素が基本的な組成より除去されてい
ることは驚くべきことではない。特の米国特許第
3166412号はWaspaloy型組成物にて形成された
鋳造品に関するものであり、この米国特許には鉄
は好ましからざる元素であり、従つて0.5％を越
える量にて、好ましくは0.25％以上の量にて存在
していてはならないことが述べられている。しか
し鉄が存在することに起因する種々の問題若しく
はFe含有量を上述の範囲に制限することにより
得られる種々の利点の本質については述べられて
いない。また前記米国特許に於ては溶接又は溶接
性については言及されていない。 同様に幾つかの米国特許に於ては、溶接性を改
善することに関連する目的で超合金にマンガンを
添加することが記載されており、例えば米国特許
第4213026号は溶接プロセスを改善し、また熱影
響部に於ける割れの発生を低減する目的で、ニツ
ケル基超合金の溶接ワイヤに0.5〜３％のマンガ
ンを添加することを提案している。しかしこの米
国特許の第２図及び第３図及び表４には、
Waspaloyはそれがマンガンにて修正された場合
にも溶接性が必ずしも十分ではないことが示され
ている。 発明の概要 本発明によれば、商業用のWaspaloy組成物に
於て不可避的に高い値であるFe含有量を約0.2％
以下、好ましくは0.1％以下に制限し、0.3〜0.5％
のマンガンを添加し、イオウ、ビスマス、及び鉛
の含有量をできるだけ低い値に制限し、好ましく
はアルミニウム及びモリブデンの含有量を
Waspaloyの通常の組成範囲の下限値に維持する
ことにより、Waspaloy型組成物が修正され、鋳
造された形態に於て溶接可能にされる。 以下に本発明を実施例について詳細に説明す
る。尚本明細書に於て、全てのパーセンテージは
重量％である。 実施例 Waspaloyの商業用の仕様によれば鉄は２％ま
で存在することが許される。鉄は種々の超合金、
特に初期に開発された超合金に於て許容されてい
るが、Waspaloy組成物はFe含有量が上述の値で
あることが許容される点に関し現在使用されてい
る他の超合金とは異なるものである。 本発明によれば、Waspaloy組成物中に約0.2％
以上の鉄が存在することはかかる組成物の溶接性
に重大な影響を有していることが解つた。表１は
本願出願人の設備にて溶接により修繕された種々
の鋳造されたWaspaloy製部品の組成を示してい
る。組成１〜６は特に溶接性の悪いものであり、
本発明に従つて形成された組成物７〜12は優れた
溶接性を有していることが認められた。溶接性は
割れ及び他の欠陥についてTIG溶接装置を用いて
形成された溶接部を評価することにより評価され
た。溶接可能な組成物を溶接不可能な組成物との
間の最も顕著な相違はFe含有量である。溶接可
能な全ての組成物は0.2％以下のFeしか含有して
いないのに対し、溶接不可能な全ての組成物は１
％以上のFeを含有する商業的に得られる
Waspaloy材料であつた。従つて本発明の一つの
主要な局面は、Fe含有量を２％以下、好ましく
は0.1％以下に制限することにより、Waspaloy型
の材料の溶接性を大幅に改善し得るという発見で
ある。 Fe含有量を制限することに加えて、0.3〜0.5％
の量にてニツケルを故意に添加することが好まし
い。更にジルコニウム含有量を0.02％以下に制限
することが好ましく、更には故意にはジルコニウ
ムを添加しないことが好ましい。ジルコニウムは
それが応力破断特性を改善するとの考えの下に従
来よりWaspaloyに添加されているが、広範囲に
亙り行われた試験により、通常の量のジルコニウ
ムを含有するWaspaloy材料と故意に添加された
ジルコニウムを含有しないWaspaloy材料との間
には応力破断特性の点で差異が全くないことが解
つた。 更に従来技術に於ては溶接性に有害であると一
般に考えられていた幾つかの元素、例えばイオ
ウ、ビスマス、及び鉛がある。これらの元素は結
晶粒界に偏析することが知られており、それ自身
低融点の元素であるか、又は結晶粒界に低融点の
相を形成し、これにより実質的な割れを発生させ
るものである。イオウは低融点の硫化ニツケル相
を形成する。前述のマンガンは、マンガンが含ま
れていない場合に生じる硫化鉄よりも遥かに高い
融点を有する硫化マンガンを結晶粒界に形成する
ことによりイオウの影響を低減するが、イオウ含
有量をできるだけ低い値に制限することが好まし
い。更にビスマス及び鉛は結晶粒界に偏析するそ
れ自身低融点の元素であり、従つてこれらの元素
の含有量をできるだけ低い値に制限することが好
ましい。これらの元素の量の制御はスクラツプ
材、即ち再生材を使用するのではなく処女材（即
ち合金元素の純粋な形態）より合金を形成するこ
とにより達成される。 Waspaloy材料の溶接性を改善するために行わ
れてよい更に他の組成の修正は、アルミニウム及
びモリブデンの含有量をWaspaloyの仕様に於け
るこれらの元素の通常の範囲の約下半分に制限す
ることである。本願発明者等は、アルミニウム及
びモリブデンは両者とも強化元素であるが、これ
らの元素をそれらの通常の範囲の下半分（例えば
１〜1.125％Al、3.5〜4.25％Mo）に制限すること
は強度に重大な影響を及ぼさず、しかも溶接性を
改善することを見出した。従つて本発明の最も好
ましい形態に於ては、これらの元素はそれらの通
常の範囲の下半分に制限される。表２は従来の鋳
造用Waspaloy材料の通常の組成及び本発明の組
成範囲を示している。本発明の組成範囲はその最
も好ましい制限された形態に於ける本発明の組成
範囲である。本発明により得られる利益の順位
は、鉄の含有量を制限することが溶接性を改善す
る点で最も重要な因子であり、マンガンを添加す
ることはその次に重要な因子であり、ジルコニウ
ムを除去することは第三の重要な因子であり、イ
オウ、ビスマス、及び鉛の含有量を制限すること
は第四の重要な因子であり、第五の重要な因子は
アルミニウム及びモリブデンの含有量をそれらの
通常の範囲の下半分に制限することである。

【表】

【表】 ＊ 分析されず

【表】

【表】 以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 公称組成が19.5％Cr、13.5％Co、3.75％Mo、
   3.0％Ti、1.12％Al、0.005％Ｂ、0.006％Ｃ、２％
   迄のFe、残部実質的にNiであるWaspaloyから溶
   接を一部に含む製造工程により成形品を製造する
   方法にして、特にFeの含有量を0.2％以下とする
   ことを特徴とする方法。