JPS5839761A - Ｎｉ基耐熱合金 - 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】 本発明はクリープ破断強度が優れたＮ１基耐熱合金に関
する。

ジェットエンジンや発電設備などに用いられるガスター
ビンの出力、熱効率を上げるには、燃焼ガス温度を上昇
させるのが最も有効である。

そのためには、クリープ破断強度の大きい動翼材が必要
である。

現在、発電用木瓜ガスタービンの動翼材にはｌＮ−７３
８ＬＣ（インコ社製、組成後記）が使用されており、ま
たジェットエンジンの動翼材にはＭａｒＭ２００　（マ
ーチンマリエタ社製、組成後記）が優れたものとして使
用され、またＭａｒＭ２４７（マーチンマリエタ社製、
組成後記）の実用化が検討されている。

しかし、これらの合金はクリープ破断強度が優れないた
め、出力や熱効率を上げるのに限度がある。

優れたクリープ破断強度を持つ既存合金としてはＮＡ８
Ａ　Ｖ！ｌ−Ａ合金（米国ＮＡＳＡ製、組成後記）があ
る。しかし、この合金は高価なＲｅを使用するため、合
金が高価となる問題点がある。

本発明はＮＡ８Ａ■−Ａ合金における如きＲｅを使用す
ることなく、クリープ破断強度の優れたＮｉ基耐熱合金
を提供するにある。

本発明のＮ過基耐熱合金は、Ｃｏ５〜Ｉｇ％、　Ｃｒ３
〜７−１Ｗ１２〜１６１１Ｇ、ＡＩ　３．５〜５．５１
ｓ、Ｔｉ２嗟を超え４−以下、Ｔ鳳２〜４−１Ｈｆ龜５
−以下、ＣＯ，０５〜０．２　％、Ｂ　Ｏ，００１〜０
．０５−１ＺｒＯ，ＯＯ１〜０．２−を含み、残部は実
質的ＫＮｉよりなり、同時ＫＷ＋Ｔａ＝１４〜１９１ｇ
を満たすＮｌ基耐熱合金である。

ただし、Ｗの５−までをＭｏで置き換え、またＴａの２
−までをＮｂで置き換えても、同様にクリープ破断強度
の優れたものが得られる。

本発明のＮｉ基耐熱合金の組成成分の作用ならびに組成
割合の限定理由は次の通りである。

Ｃｏはｒ相および化学量論的ＫＮｉ、ＡＩで表わされる
ビ相中に固溶して、これらの相の固溶化に寄与すると共
に、ｒ相中におけるビ相の析出量を増加して析出強化を
助長する作用をする。その量は５−以上は必要であるが
、１８−を超えるとＣ相などの有害析出物が現われてク
リープ破断強度が低下する欠点を生ずる。その好ましい
量は５〜１５チである。

Ｃｒは合金の耐硫化腐食性を良好にする作用をするもの
であり、その量が７−を超えるとＣ相や岸相などの有害
相が板上に生成して、クリープ破断強度が低下する欠点
を生ずる。３−より少なくなると、前記作用が得られな
くなる。

ただし、８００〜９００℃の比較的低温度で５０００時
間以上の長時間使用すると前記有害相の生成傾向が強ま
るので、３−〜６１と低くするのが好ましい。

Ｗはｒ相およびｒ′相中に固溶して、これらの相を著し
く強化する。そのためには１２チ以上含有させる必要が
あるが、１６−を超えると、μ相などの有害析出物を生
成し、クリープ破断寿命が低下する欠点を生ずる。

この場合、Ｗの一部をＭｏで置きかえてもよい。

ＭｏはＷと同様にｒ相およびｒ′相に固溶してこれらの
相を強化する。しかし、５−を超えるとμ相などの有害
析出物を生じ、クリープ破断寿命が低下する欠点を生ず
る。

ＡＩはｒ′相を生成するために必要な元素であり、ｒ′
相を十分に析出させるためには、３．５−以上含有させ
ることが必要である。しかし、５．５−を超えると共晶
ｒ′と呼ばれる粗大なｒ′相の量が過多となり、クリー
プ破断強度が低下する欠点を生ずる。

Ｔｉはその大部分がｒ′相に固溶し、ｒ′相を強化する
と共に、ｒ′相の量を増加させて析出強化に寄与する。

ＴａとＷ量をできるだけ増加させずに高いクリープ破断
強度を得るためには２−を超えることが必要である。し
かし、４−を超えるとマ相を生じてクリープ破断強度を
低下させる欠点を生ずる。

Ｔａはその大部分がｒ′相に固溶して著しく固溶強化す
ると共ｙｃ、、Ｉ相の量を増加させて析出強化に寄与す
る。その効果を得るためには２チを超える量が必要であ
る。しかし、４チを超えると合金の価格があがるのみな
らず、Ｃ相などの有害析出物が生じてクリープ破断寿命
が低下する。

この場合、Ｔ鳳の一部なＮｂで置きかえてもよい。Ｎｂ
はＴａと同様な作用をする。しかし、Ｎｂの含有量が２
−を超えるとＣ相などの有害析出物を生じ、クリープ破
断寿命を低下する。

Ｃは、よく知られているよｊＫＭＣ型、ＭｌＳ　Ｃｍ型
、ＭｇＯ型の３種類の炭化物を作りて、主として合金の
結晶の粒界を強化する。その効果を得るにはＣがｏ、ｏ
　ｓ　１以上必要である。しかし、０．２チを超えると
粗大な炭化物を多量に晶出し、かえってクリープ破断強
度を低下させる。

Ｂは粒界を偏析して高温での粒界強度を向上させ、クリ
ープ破断強度と破断のびを増加させる作用をする。この
効果を得るためには０００１−以上必要である。しかし
、Ｏ，ＯＳ＊を超えると粒界に低融点の共晶を生成し、
合金の溶融損傷を起こし易くなる欠点を生ずる。

ＺｒもＢ同様粒界強化の作用をする。この効果を得るに
は０．００１１以上必要である。しかし、０．２ｅｓを
超えると粒界に金属間化合物が生じ、かえってクリープ
破断強度を低下させる欠点を生ずる。

Ｈｆは粒界強化の作用をする。しかし、２．５１Ｇを超
えると有害な金属間化合物が生成し、クリ−グ破断寿命
が低下するので２．５１以下であることが必要である。

以上、各元素の組成割合について説明したが、クリープ
破断強度の大きい最適組成には複数の元素に関連した条
件が必要である。

即ち、ｒ相またはｒ′相の固溶強化に有効な元素である
ＷとＴ１の合計量が１４−〜１９−であることが必要で
ある。Ｗ＋Ｔ暑が１４−未満であると、固溶強化量が不
足し、十分なりリープ破断強度が得られない。逆にその
合計量が１９−を超えるとσ相、μ相などの有害析出物
が生成し、クリープ破断強度が低下する欠点を生ずる。

Ｗ、Ｔａの１部をＮｂ％Ｍｏのどちらか一方あるいは両
者置きかえた場合においても、それらの全体の合計量が
同じ理由で１４−〜１９嗟の範囲である必要がある。

以下、実施例を挙げると共忙従来のＮｌ基耐熱合金との
比較を示す。

実施例 本発明合金５種と既存合金４種を溶解鋳造し、クリープ
破断試験を行った。溶解は高周波真空溶解炉で行い、８
００℃に保温した６ｓφクリープ破断試験片１２本どり
のロストワックス減に鋳込んだ。試験片は鋳造のままク
リープ破断試験に供した。しかし、粉末冶金法によって
も製造し得られる。

クリープ破断試験はＪＩ８Ｚ−２２７２に基づいて行っ
た。その試験結果は次の表に示す通りであった。

表中の破断寿命のうち、中印はラーソンミラーパ２メー
タ（定数＝２０）を用いた推定値である。

後記表の結果が示すように、本発明合金のクリープ破断
寿命は、ｌＮ−７３８ＬＣ，ＭａｒＭ２００、ＭａｒＭ
２４７の現在最強合金とされている合金よりも大きいこ
とが分かる。この原因は主として固溶強化量（Ｗ＋Ｍｏ
＋Ｔａ＋Ｎｂ　）　Ｋよって説明することができる。（
ここに−ＭｏとＮｂはｌ−当りＷ、Ｔａと同等の固溶強
化の効果をもつので、Ｗ＋Ｍｏ＋Ｔａ＋Ｎｂを固溶強化
量とみてよい。）ＩＮ−７３８ＬＣは固溶強化量は７．
０１で本発明合金に比べ大巾に少なく、またＷ量も少な
く、Ｃｒが多い。

ＭａｒＭ２００合金とＭａｒＭ２４７合金も本発明合金
に比べてＷ＋Ｍｏ＋Ｔａ＋Ｎｂ量が少なり、Ｃｒ量が多
い。そのため、以上の３種合金は本発明合金に比べてク
リープ破断強度が小さいと考えられる。

ＮＡＳＡＷ−Ａ合金は本発明合金と同等程度の゛クリー
プ破断寿命を示している。この合金はＴａによるｒ′相
の固溶強化とＲｅの添加による粒界強化とを利用したも
のである。一方、本発明合金は高価なＲｅを使用せず、
またＴａの使用量も少ないものであり、主として安価な
Ｗの固溶強化を利用したものである。従って、本発明合
金はＮＡＳＡ　Ｖｉ−Ａ合金に比ヘテ極メチ安１ａＫｊ
ｌ造し得られる。しかも、工場での製造の生産管理にお
いて、例えばスクラップの他合金への転用等においても
本発明合金の方が有利である等の優れた効果を有する。

本発明合金は、これを動翼材として用いることによりて
、ジ、エツトエンジンや発電設備などの各種ガスタービ
ンの高能率化が可能となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％でＣｏ５〜１８％、Ｃｒ３〜７％，Ｗ１２〜１６
   ％（ただし、５−以下をＭｏに代えることができる。）
   。 ＡＩ３．５〜５．５嗟、Ｔ４２％を超え４１以下、Ｔａ
   ２〜４−（ただし、２−以下をＮｂで代えることができ
   る。）、Ｈｆ２．５−以下、Ｃ０，０５〜０．２−１Ｂ
   Ｏ，００１〜０．０５％、　Ｚｒ　０．００１〜０．２
   　％を含み、残部は実質的にＮｉよりなり、同時Ｋ Ｗ＋Ｔａ＝１４〜１９５Ｇ を満たすＮｉ基耐熱合金。