JPS59215452A - 相安定炭化物強化形ニツケル基超合金共晶 - Google Patents
相安定炭化物強化形ニツケル基超合金共晶Info
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- JPS59215452A JPS59215452A JP59065290A JP6529084A JPS59215452A JP S59215452 A JPS59215452 A JP S59215452A JP 59065290 A JP59065290 A JP 59065290A JP 6529084 A JP6529084 A JP 6529084A JP S59215452 A JPS59215452 A JP S59215452A
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Classifications
-
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
乱LL乞し1良組
本発明は、本願と同一譲受人の1982年9月22日付
は米国特許出願第421634号に開示された発明に関
連するものである。 本発明は、一般的には、整列した繊維状の単炭化物共晶
強化相がニッケル基超合金7トリツクス内に埋め込まれ
た複合ミクロ組織を有する製品を形成するように一方向
凝固できるニッケル基超合金に関する。更に具体的には
、本発明は、本質的に相が安定していて、高温応力破壊
強さが改良されていて、一方向凝固の間に表面核発生炭
化物の形成に対する抵抗が大きくなっている単炭化物強
化形ニッケル基超合金共品に関する。 2、従来技術の説明 大体はTaC強化形である単炭化物強化ニッケル基超合
金共品は、例えば米国時8′[第3904402号、同
第4284439号、同第4292076号に記載され
ており、これらは、主に航空機ガスタービンエンジンの
静翼ヤ動翼の形で一方向凝固型異方性金属体として使用
づ゛るために設計されることが多い。このような航空機
エンジンにお
は米国特許出願第421634号に開示された発明に関
連するものである。 本発明は、一般的には、整列した繊維状の単炭化物共晶
強化相がニッケル基超合金7トリツクス内に埋め込まれ
た複合ミクロ組織を有する製品を形成するように一方向
凝固できるニッケル基超合金に関する。更に具体的には
、本発明は、本質的に相が安定していて、高温応力破壊
強さが改良されていて、一方向凝固の間に表面核発生炭
化物の形成に対する抵抗が大きくなっている単炭化物強
化形ニッケル基超合金共品に関する。 2、従来技術の説明 大体はTaC強化形である単炭化物強化ニッケル基超合
金共品は、例えば米国時8′[第3904402号、同
第4284439号、同第4292076号に記載され
ており、これらは、主に航空機ガスタービンエンジンの
静翼ヤ動翼の形で一方向凝固型異方性金属体として使用
づ゛るために設計されることが多い。このような航空機
エンジンにお
【プる作動環境では、例えば、静貿や動翼
が周期的酸化に対する抵抗、高温腐食に対する抵抗、高
温における高強度が要求される。 米国特許第4284430号、同第4292076号の
好適な合金を含む多くの単炭化物強化形共晶超合金の好
ましくない特質は、高温に長時間曝した後に、ミクロ組
織の不安定相を生じる傾向があることである。ミクロ組
織の不安定相は、例えばMe C相ヤσ相の小板状また
は球状析出物であり、これらは超合金マトリックスの元
素、■要なものはタングステンとモリブデンと、タンタ
ル炭化物uAHまたはウィスカとの間の反応で生じる。 この析出相が好ましくないと考えられる理由は、析出相
が強化元素のマトリックスを激減させて強度を落とすお
それがあることと、析出相が小板状の形態構造において
早期に割れを生じるおそれのある場所であることと、析
出相に含まれるアルミニウムの量が低くて耐火金属の■
が多いために早期に酸化を生じるおそれのある場所だか
らである。 このような共晶超合金の他の望ましくない特徴は、特に
中空の空冷翼型(エアフォイル)鋳物の形では、どっし
りした表面核発生型炭化物の存在である。このような超
合金では、これらの炭化物が全鋳物表面に基本的には連
続づる膜を形成し、鋳物の中に典型的には約6ミル(1
50ミクロン)の深さにまで延びる。モールドやコアの
壁にct54プるこのような炭化物の核発生は、一方向
凝固の間に、進みつつある凝固成長先端の前にある液体
の中に生じる。表面(核発生型)炭化物のディメンショ
ンは、液体中の温度勾配、成長く凝固)速度による。な
ぜなら、これらの炭化物は、進lυで行く凝固成長先端
が炭化物中に得られる全ての液体を消費するまで成長し
続けるからである。表面核発生型炭化物が好ましくない
のは、これらの炭化物により強度が落ちることである。 プなわら、薄壁の中空翼型部分では、こ塾らの炭化物に
よって、荷重負荷面積が40%も少なくなることがある
。 更に、これらの炭化物は、割れの核発生の場として作用
することがあり、疲れ寿命や応力破壊割れに対する抵抗
に有害な影響を及ばず。一般には、このような表面(核
発生型)炭化物は、鋳物を航空機ガスタービスエンジン
における最終的使用に適したものにするために、高価な
機械加工プロセスによって除去しな(ブればならない。 米国特許第4284430号および同第4292076
号の合金は、多聞の表面核発生型炭化物を日常的に形成
しやすいのであるが、米国特許第3904402号のよ
うな他の合金はそうではない。これらの合金には極めて
多くの組成上の相違がある。これらの合金の中で大幅に
量が変動する元素はTa、V、Mo、W及びOrである
。例えば、米国特許第4284430号および同第42
92076号の合金は、MOと多量のTaを含み、■を
含まないが、米国特許第3904402号の合金はVを
含むが、l−aの量は少なく、MOを含まない。更に、
TiCとNbCで強化された共晶合金も、多聞の表面核
発生型炭化物を形成しやづい。 従って、前述の共晶超合金は金属技術分野の著しい発展
の代表となるが、更に改良の余地がある。 特に好ましいのは、相安定で、表面核発生型炭化物の形
成に対し高い抵抗を有すると共に充分な横断延性と周期
的酸化抵抗と、高温腐食抵抗と、高温強度と、応力破壊
強さとを有し、厳しい環境、特に航空機ガスタービンエ
ンジンにみられるような環境への使用を可能と覆るよう
な共晶超合金であろう。 1」匹」彰 本発明では、木質的に相安定で、約1900下の改善さ
れた高温強度と高応力破壊強度と表面核発生炭化物の形
成に対づる改善された抵抗を有J−る車脚化物強化形共
晶超合金が得られる。これらの新規な超合金によれば、
ニッケル基超合金マトリックスと該マトリックスの中に
埋め込められ、整列された繊維車代化物共晶強化相とか
らなるミクロ組織の一方向凝固異方体製品を開発するこ
とができる。考えられる主な製品は、航空機ガスタービ
ンエンジンに使用Jる静翼や動翼である。本発明の新規
な超合金は、例えば、周期的酸化や高温腐食に対づる抵
抗、高温強度のような性質を有する。これらの性質は、
航空機ガスタービンエンジンにみられるような厳しい雰
囲気で作動づ゛る製品に必要どされる。 本発明の超合金は、米国特許第4292076号の合金
に比較して、T aをNbに部分的に置換したものとし
て理解できる。したがって、本発明の超合金の破壊強さ
は、絶対的な基準で、米国特許第4292076号のも
のに等しいか、それより高いのであって、Ta、に比較
してNbの原子量が低いから、特定基準では、当該特許
のものより大きい、づなわち強度/重量の比が大きい。 広くは、本発明の超合金は基本的には、タンタルと;ニ
オブ(コロンビウム)と:炭素と;そしてクロム、アル
ミニウム、コバルト、タングステン、モリブデン、レニ
ウム、バナジウム、ハフニウムおよびジルコニウムから
なる群より選ばれた1つ以上の元素と:約0.05%以
下の不純物含有量より多いホウ素と;および残部のニッ
ケルと不可避的不純物とからなり、重■%で次に示され
る制限を受ける。 a)3.4≦Σ(Mo+W)≦10.4 及Ub)1
≦(Nb/Ta)≦4.5 同様に、本発明においては、高温応力破壊強さと表面核
発生型炭化物の形成に対づる抵抗を改善した一方向凝固
形異方体複合体の製品が得られる。 この製品は、(a)ニッケル基超合金71〜リツクスと
、(b)該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維
状半炭化共晶強化相からなり、当該製品は、基本的に、
タンタルと:ニオブと:炭素ど;クロム、アルミニウム
、コバルト、タングステン、モリブデン、レニウム、バ
ナジウム、ハフニウムおよびジルコニウムからなる群よ
り選ばれた1つ以上の元素と:約0.05%以下の不純
物より多いホウ素と;残部の基本的にニッケルと不可避
的不純物とからなり、重量%で、(i)3.4≦Σ(M
。 」−W)≦10.4、および(ii)i≦(Nb/Ta
)≦4.5の両式の条件が課せられている、本質的に相
安定な合金である。 −11の1 な1明 第1表(原子%を使用している)および第2表(重量%
を使用している)に表示された合金は、軸方向(縦方向
)の性質を測定するために、溶解後、1/2インチ(1
,3cm )径の棒または7/8インチ(2,2cm
)径の棒になるように1/4インチ/時間(0,63c
m/時間)の速度で一方向凝固(DS)された。また、
合金の一部は、軸からずれた方向(横断方向)の性質を
測定する試料を作るために、厚ざ3/10インチ(0,
8cm )X幅11/2インチ(3,8cm ) x長
さ4インチ(10,2cm )のスラブの形に前記と同
じ速度で一方向凝固した。試料番号Rer1の合金は、
米国特許第4292076号の最も好適な合金に対応し
、試料番号Ref2の合金は、ルネ(Rene −)
125として高温ガスタービンエンジン月料の技術分野
の当業者には周知の合金に対応する。 なお、第1表と第2表においてcbはNbと同意義であ
る。 (この頁以下余白) ミクロ組織の特徴と繊維の整列を評価できるようにする
ために、一方向凝固を行ったままのインゴットの縦方向
の線条を研摩した。一般的には、第1表の合金によって
作られたインゴットは、車脚化物強化形ニッケル基超合
金共晶に典型な整列された繊維ミクr+組織を有する。 本明細書に使用されている用語、例えば[選別(5or
t−out )区域の長さ」、[一方向凝固インゴット
と相対づる]、は第1図に説明されている。 表面炭化物の存在の定性的観察は、第1表の合金のイン
ボッ1〜の金属組織学的研究によって行われた。インゴ
ットの調整は、表面を清浄にし、炭化物の存在を際立た
せるために、塩酸と過酸化水素の水溶流で、鋳造のまま
のインゴットを腐食して行った。測定は、低出力双眼顕
微鏡と定規を使って行った。一般に、選別(5ort
−out )区域の真上のインゴットの表面は、密な接
触関係で、炭化物によってほぼ完全に覆われた。成る一
連(シリーズンの測定では、表面炭化物が終った、すな
わち実質的に零になったところで凝固した率(gt)が
決定された。他の一連(シリーズ)の測定では、高密度
炭化物母集団が終わるところく隣接炭化物間の約111
1111の空間)のgtが測定され、また、低密度炭化
物母集団が終わるところく隣接炭化物間の約5n+mよ
り長い空間)のgtが測定された。表面炭化物密度の金
属組織学的研究は、第3表に示されている。 第2図は、第3表のデータの一部のグラフで、形成され
た表面炭化物の端で凝固したflgt)が、当該合金内
に含まれるニオブどタンタルの原子%の比に対して画か
れている。第3表と第2図のデータから、凝固したイン
ゴットのff1(1/2インチ対7/8インチ)の相違
に現在のところ起因する炭化物母集団への寸法影響があ
ることが理解できる。 (この頁以下余白) 応力破壊試験用の試料ブランクは、最終の機械加工及び
試験の前に熱処理された。“′E″及び゛F′″シリー
ズの合金に関しては、ll A !l熱処理が使用され
た。即ち1270℃で2時間の溶体化処理、次ぎにヘリ
ウムによる急冷、次いで1080℃、16時間の最初の
時効処理、次にヘリウムによる急冷、そして900℃1
6時間の第2の時効処理、その次にヘリウムによる急冷
である。 II CB I+合金シリーズについては、11 B
O熱処理を行った。即ち、A 11熱処理の内、第1の
時効処理を4時間で行い、第2の時効処理を省略した。 11 A I+熱処理と“′B″熱処理は、本質的には
、等価であるということ、即ち第2の時効処理の省略と
1080℃の時効の短縮が、なんら合金の応力破壊性質
を変えるものでないということが別の手段で決定されて
いる。 応力破壊試験を行う条件及びその結果のデータを第4表
に示す。第3表に、2100 °F、17Ksi/空気
の条件に対する第4表のデータをモリブデンとタングス
テンの合金含有量の関数とじて示す。 応力破壊強さにお(ブる著しい改善が、2100下の高
い試験温度で観察された。1800’Fにd5(プる応
力破壊強さにもとずいて、2100下で観察された高温
応力破壊性質にお(プる改善が、約1900下に下がる
まで続くと考えられる。2000 ’F にり高い温度
で試験され、100時間以上より長い寿命を持つ色々な
応ツノ破壊試験片が、長軸に平行にゲージ長さに沿って
切断され、相の安定性に関し金属組織学的に試験されl
C0相安定性のデータも第3表に示されている。且つ第
3図に応力破壊のデータをまとめである。第3表では、
ミクロ組織不安程度″゛軽度″は、少量の小板状または
、球状の相の析出を意味づ−る。この相は、人体1部の
粒界(即し全部の粒界ではない)にあるγ−月包物中の
MoCやσであると人体考えられる。 対照的に“重度″の析出の場合には、小板状の析出物の
一般的でかつ均質の析出があった。これは、試料中に大
部分がMe Cでいくらかのσを含むということがRe
f’1の合金に関Jる測定から決定された。 (この頁以下余白) 縦方向(成長)軸に対し横断方向の延性は、スラブ状イ
ンゴットから切り取った試料の横断方向引張り試験によ
って評価した。横断方向引張り試験の結果は第5表に示
され−Cいる。合金Reflの場合におけるように、合
金FS、FT、EKの横断延性が良いのは、ホウ素の存
在に起因し、約0.1重量%までは、同様に、本発明の
合金にとって有効であると考えられる。同じ理由で、ハ
フニウムとジルコニウムも、約1.0重量%までは、本
発明の合金に任意に含有さぜることができる。 (この頁以下余白) 匿 7 築 ミ ミ ζマ 畷 −の 〇 ト 周期的酸化と高温腐食試験が、実験合金FS。 FTのビン状試料に実施されたが、その結果は、第4図
と第5図に各々図示されている。非常に良い環境抵抗を
有すると一般に認められている合金であるルネ125の
ビンが、実験合金と比較のために同時に試験された。酸
化試験では、ビンを空気中で1100℃まで加熱し、5
0分保持し、静止した周囲空気の中で10分間冷却し、
再び1100℃に加熱することを周期的に行った。この
ような1100℃での周期的酸化試験は、航空機ガスタ
ービンエンジンでの使用のために設甜された合金の酸化
抵抗の表示手段として、静的(一定温度)酸化試験より
も信頼性があると決定された。 一般に、周期的酸化試験の結果は、静的酸化試験の結果
と相関がありえない。高温腐食試験は、870℃で10
分間、次にi ooo℃で10分間、そして室温で10
分間のサイクルでビンを処理して行われた。24時間毎
に、Na2sO+の水溶液が、試料の表面に約10mp
/cm2のNa2804を塗布するために試料に噴霧さ
れた。 第2図には、ニオブの原子%とタンタルの原子%の比が
約1,5〜5の範囲内に維持されている場合に表面炭化
物の形成が最小となることが示されている。重量%で表
わした場合は、前記範囲は約1〜約4.5になる。ここ
で、タングステンとモリブデンの含有量は、Nb/Ta
重聞比を最大にしたり最小にするために極限値に設定さ
れる。 づ−なりち、3.5重量%に等しいタングステンと零重
量%のモリブデンがNb/Ta比を最小にする。 第3図では、2本の垂直点線が引かれている。 約2.25原子%の(lylo+W)のところの垂直線
が、Y[容範囲の応力破壊強さをもたらJため本発明の
合金に存在しなければならない最小のくMo 十W )
を示す。約3.5原子%の(Mo十W)のところの垂直
線が、ミクロ組織の不安定相の形成に関し許容できない
傾向を生じることなしに本発明の合金中に存在しうる最
大の(MO+W)を示す。これらの限界は、重量%で示
ずと、各々約3.4と10.4である。 第3図の合計(MO+W)の範囲の最小値と最大値を原
子%から重量%に変える前に、最小値−(2,25原子
%) d5よび最大値(3,5原子%)に対応する各元
素の原子%の最小値と最大値が各々求められた。例えば
、最大値に関しては、モリブデンが零で、タングステン
が3.5に設定された。また(ニオブ+タンタル)と炭
素の量が、最小の選別(sort−out)区域を有す
る合金を代表するレベルであるが、マトリックスの選別
区域(sort−ou t)のレベルより低いレベルに
下げられた。にオブ+タンタル)の和尚で、Nb /T
aの比が、第2図によって許される範囲で最大にされた
。 前述の2つの範囲に基づいて、高温応力破壊強さが
改善され、表面核発生炭化物に対する抵抗が改善され、
一方向凝固形異方体製品中にニッケル基超合金マトリッ
クスと該マトリックス内に埋め込められた整列繊維車脚
化物共晶強化相からなるミクロ組織を発達させることの
できる新しい実質的に相安定の共晶超合金が、基本的に
は、タンタルと:ニオブと;炭素とニクロム、アルミニ
ウム、コバルト、タングステン、モリブデン、レニウム
、バナジウム、ハフニウムおよびジルコニウムからなる
群より選ばれる1つ以上の元素と:約0.05%以下の
不純物より多いホウ素と;残部の基本的にはニッケルと
不可避的不純物とからなり、重量%で、(a ) 3
.4≦Σ(MO+W ) ≦10.4J3よび(b)1
≦(Nb /−1−a ) < 4.5の制限を受ける
超合金として定性できる。 前述の2つの範囲と、第3図の垂直点線の境界内にあっ
て、空気中で2100’F、17KSiの条件で約11
0時間より長い破壊寿命を有し、しかも不都合な表面炭
化物の形成傾向が無い合金の合金元素の範囲とを7考慮
し、そして前記合金元素の範囲に対Jる妥当な商業的溶
解許容誤差〈づなわち、Go 、Cr 、Mu 、AM
、Nilに対しては± 0.2重量%、W、Re 、V
t、Jdしtは± 0.3重量%、Taに対しては±0
.4重量%、Cに対しては±0.08重量%、そしてB
に対しては±0.005重量%)を適用すると、本発明
の新規な共晶超合金は、更に、基本的には、重量で、3
.8〜4.2コバルト、3.8〜4.6%クロム、1.
4〜2.9%モリブデン、2.2〜4.9%タングステ
ン、6.4〜7.5%レニウム、5.4〜6.1%アル
ミニウム、θ〜1.4%バナジウム、2,7〜6.0%
ニオブ、0.8〜4.1%タンタル、0.17〜0.7
5%炭素、約0.05%以下の不純物より多いホウ素、
残部の基本的にはニッケルおよび不可避的不純物からな
り、重量%で、(a ) 3.6<Σ(Mo+W><
1.6および(b ) 1 < (Nb /Ta )
< 4.5(7)制限を受ケルものとして特定できる
。 本発明の超合金に対する前述の説明に到達したところで
、溶解許容誤差で広がった範囲は、更にV、Nb 、T
a 、Cの元素に対し広げられ、一旦一方向凝固された
インゴットを選別区域(sort−out )の直上で
切断し、再び一方向凝固し/j場合得られる期成物を含
められる。同様に、合金FS、FT、FXの合金元素の
範囲を考慮し、溶解許容誤差と広がった範囲を■、Ni
l、Ta、Cの元素に適用すると、本発明の新規な超合
金は、更に、基本的には、重量で3.8〜4.2%コバ
ルトと、3.8〜4.3%クロムと、1.8〜2.9%
−しリブデンと、3.1〜4.8%タングステンと、6
.4〜1.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、2.7〜6.0%ニオブと、0.8〜4.1%
タンタルと、0.17〜0.75%炭素と、0.001
〜0.05%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不
可避的不純物からなるものとして特徴づけられる。 本発明の実施態様を次に示づ。 (1ン高温応力破壊強さが改善され、表面核発生痩化物
に対する抵抗が改善され、一方向凝固形異方体製品中に
ニッケル基超合金マトリックスと該マトリックス内に埋
め込められた整列繊維車脚化物共晶強化相からなるミク
ロ組織を発達させることのできる実質的に相安定の合金
であって、基本的には、タンタルと:ニオブと:炭素と
ニクロム、アルミニウム、コバルト、タングステン、モ
リブデン、レニウム、バナジウム、ハフニウムおよびジ
ルコニウムからなる群より選ばれる1つ以上の元素と:
約0.05%以下の不純物より多いホウ素と:残部の基
本的にはニッケルと不可避的不純物とがらなり、am%
で、(a)3.4≦Σ(Mo +W>≦10.4および
(b)1≦(Nb /Ta ) s 4.5の制限を受
番プる実質的に相安定な合金。 (2)高温応力破壊強さが改善され、表面核発生炭化物
に対する抵抗が改善され、一方向凝固形異方体製品中に
ニッケル基超合金71−リックスと該マトリックス内に
埋め込められた整列w4帷単車脚物共品強化相からなる
ミクロ組織を発達させることのできる実質的に相安定の
合金であって、基本的には、重量で、3.8〜4.2%
コバルト、3.8〜4.6%クロム、1.4〜2.9%
モリブデン、2.2〜4.9%タングステン、6.4〜
7.5%レニウム、5.4〜6.1%アルミニウム、0
〜1.4%バナジウム、2.7〜6.0%ニオブ、0.
8〜4.1%タンタル、0.17〜0.75%炭素、約
0.05%以下の不純物より多いホウ素、残部の基本的
にはニッケルおよび不可避的不純物からなり、重量%で
、(a)3.13≦Σ<Mo−トW)≦7.8および(
b)1≦(Nb /Ta)≦4.5の制限を受ける実質
的に相安定な合金。 (3)第2項に記載の合金において、基本的には、重量
で、3.8〜4.2%コバルト、3.8〜4.3%クロ
ム、1.8〜2.9%モリブデン、3.1〜4.8%タ
ングステン、6.4〜7.1%レニウム、5.4〜5.
8%アルミニウム、2.1〜6.0%ニオブ、0.8〜
4.1%タンタル、0.17〜0.75%炭素、約0.
001〜0.05%のホウ素、残部の基本的にはニッケ
ルおよび不可避的不純物からなる合金。 (4)第2項に記載の合金において、基本的には、重量
で3.8〜4.2%コバル1〜と、3.8〜4.2%ク
ロムと、2.2〜2.6%モリブデンと、4.2〜4.
8%タングステンと、6.4〜7.0%レニウムと、5
.4〜5.8%アルミニウムと、4.2〜4.8%ニオ
ブと、2.6〜3.4%タンタルと、0.37〜0.5
3%炭素と、0.001〜0.02%ホウ素と、残部の
基本的にはニッケルど不可避的不純物からなる合金。 (5)第2項に記載の合金に115いて、基本的には、
重量で3.8〜4.2%コバル1へど、3.9〜4.3
%クロムと、2.5〜2.9%モリブデンと、3.1〜
3.7%タングステンと、6.5〜7.1%レニウムと
、5.4〜5.8%アルミニウムと、4.2〜4.8%
ニオブと、2.6〜3.4%タンタルと、0.37〜0
.53%炭素と、o、ooi〜0.02%ホウ素と、残
部の基本的にはニッケルと不可避的不純物からなる合金
。 (6)第2項に記載の合金において、基本的には、重量
で、3.8〜4.2%コバルトと、3.8〜4.2%ク
ロムと、1.8〜2.2%モリブデンと、4.2〜4.
8%タングステンと、6.5〜7.1%レニウムと、5
.4〜5,8%アルミニウムと、4.2〜4.8%ニオ
ブと、2.6〜3.4%タンタルと、0.37〜0.5
3%炭素と、約o、ooi〜0.02%ホウ素と、残部
の基本的にはニッケルと不可避的不純物からなる合金。 (7)高温応力破壊強さと表面核発生型炭化物の形成に
対する抵抗を改善した一方向凝固形異方性複合製品であ
って、(a)ニッケル基超合金マトリックスと、(b)
該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維状用炭化
共晶強化相からなり、基本的に、タンタルと:ニオブと
;炭素と;クロム、アルミニウム、コバルト、タングス
テン、モリブデン、レニウム、バナジウム、ハフニウム
およびジルコニウムからなる群より選ばれた1つ以上の
元素と:約0.05%以下の不純物Jζり多いホウ素と
;残部の基本的にニッケルと不可避的不純物とからなり
、重量%で、(i)3.4≦Σ(M O+W )≦10
.4、J3よび(ii)1≦(Nb/Ta)≦4.5の
両式の条件が課せられている、一方向計固形異方性複合
製品。 (8)高温応力破壊強さと表面核発生型炭化物の形成に
対する抵抗を改善した一方向凝固形異方性複合金属製品
であって、(a)ニッケル基超合金マトリックスと、(
b)該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維状車
脚化共晶強化相からなり、基本的には、重量で、3.8
〜4.2%コバル1〜.3.8〜4.6%クロム、1.
4〜2.9%モリブデン、2.2〜4.9%タングステ
ン、6.4〜1.5%レニウム、;】、4〜6.1%ア
ルミニウム、O〜1.4%バナジウム、2.7〜6.0
%ニオブ、0.8〜4.1%タンタル、0.17〜0.
75%炭素、約0.05%以下の不純物より多いホウ素
と、残部の基本的にニッケルと不可避的不純物とからな
り、重量%で、(i)3.6≦Σ(M O+W )≦7
.8、および(ii)1≦(Nb/Ta)≦4.5の両
式の条件が課せられている、一方向凝固形異方性複合金
属製品。 (9)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製品
において、基本的には、重量で3.4〜4.2%コバル
トと、3.8〜4.3%クロムと、1.8〜2.9%モ
リブデンと、3.1〜4.8%タングステンと、6.4
〜7.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニウム
と、2.7〜G、0%ニオブと、0.8〜4.1%タン
タルと、0.11〜0.75%炭素と、o、ooi〜0
.05%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不可避
的不純物からなる製品。 (10)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製
品において、基本的には、重量で3.8〜4.2%コバ
ル1〜と、3.8〜4.2%クロムと、2.2〜2.6
%モリブデンと、4.2〜4.8%タングステンと、6
.4〜7.0%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.6〜3.4%
タンタルと、0.37〜0.53%炭素と、0.001
〜0.05%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不
可避的不純物からなる製品。 (11)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製
品に43いて、基本的には、重量で3.8〜4.2%コ
バルトと、3.9〜4.3%クロムと、2.5〜2.9
%モリブデンと、3.1〜367%タングステンと、6
.5〜7.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.6〜3.4%
タンタルと、0.37〜0.53%炭素と、o、ooi
〜0.02%ホウ素と、残部の基本的に(よニッケルと
不可避的不純物からなる製品。 (12)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製
品において、基本的には、重量で3.8〜4.2%=】
バルトと、3.8〜4.2%クロムと、1.8〜2.2
%モリブデンと、4.2〜4.8%タングステンと、6
.5〜7.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.6〜3.4%
タンタルと、0.37〜0.53%炭素と、0.001
〜0.02%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不
可避的不純物からなる製品。
が周期的酸化に対する抵抗、高温腐食に対する抵抗、高
温における高強度が要求される。 米国特許第4284430号、同第4292076号の
好適な合金を含む多くの単炭化物強化形共晶超合金の好
ましくない特質は、高温に長時間曝した後に、ミクロ組
織の不安定相を生じる傾向があることである。ミクロ組
織の不安定相は、例えばMe C相ヤσ相の小板状また
は球状析出物であり、これらは超合金マトリックスの元
素、■要なものはタングステンとモリブデンと、タンタ
ル炭化物uAHまたはウィスカとの間の反応で生じる。 この析出相が好ましくないと考えられる理由は、析出相
が強化元素のマトリックスを激減させて強度を落とすお
それがあることと、析出相が小板状の形態構造において
早期に割れを生じるおそれのある場所であることと、析
出相に含まれるアルミニウムの量が低くて耐火金属の■
が多いために早期に酸化を生じるおそれのある場所だか
らである。 このような共晶超合金の他の望ましくない特徴は、特に
中空の空冷翼型(エアフォイル)鋳物の形では、どっし
りした表面核発生型炭化物の存在である。このような超
合金では、これらの炭化物が全鋳物表面に基本的には連
続づる膜を形成し、鋳物の中に典型的には約6ミル(1
50ミクロン)の深さにまで延びる。モールドやコアの
壁にct54プるこのような炭化物の核発生は、一方向
凝固の間に、進みつつある凝固成長先端の前にある液体
の中に生じる。表面(核発生型)炭化物のディメンショ
ンは、液体中の温度勾配、成長く凝固)速度による。な
ぜなら、これらの炭化物は、進lυで行く凝固成長先端
が炭化物中に得られる全ての液体を消費するまで成長し
続けるからである。表面核発生型炭化物が好ましくない
のは、これらの炭化物により強度が落ちることである。 プなわら、薄壁の中空翼型部分では、こ塾らの炭化物に
よって、荷重負荷面積が40%も少なくなることがある
。 更に、これらの炭化物は、割れの核発生の場として作用
することがあり、疲れ寿命や応力破壊割れに対する抵抗
に有害な影響を及ばず。一般には、このような表面(核
発生型)炭化物は、鋳物を航空機ガスタービスエンジン
における最終的使用に適したものにするために、高価な
機械加工プロセスによって除去しな(ブればならない。 米国特許第4284430号および同第4292076
号の合金は、多聞の表面核発生型炭化物を日常的に形成
しやすいのであるが、米国特許第3904402号のよ
うな他の合金はそうではない。これらの合金には極めて
多くの組成上の相違がある。これらの合金の中で大幅に
量が変動する元素はTa、V、Mo、W及びOrである
。例えば、米国特許第4284430号および同第42
92076号の合金は、MOと多量のTaを含み、■を
含まないが、米国特許第3904402号の合金はVを
含むが、l−aの量は少なく、MOを含まない。更に、
TiCとNbCで強化された共晶合金も、多聞の表面核
発生型炭化物を形成しやづい。 従って、前述の共晶超合金は金属技術分野の著しい発展
の代表となるが、更に改良の余地がある。 特に好ましいのは、相安定で、表面核発生型炭化物の形
成に対し高い抵抗を有すると共に充分な横断延性と周期
的酸化抵抗と、高温腐食抵抗と、高温強度と、応力破壊
強さとを有し、厳しい環境、特に航空機ガスタービンエ
ンジンにみられるような環境への使用を可能と覆るよう
な共晶超合金であろう。 1」匹」彰 本発明では、木質的に相安定で、約1900下の改善さ
れた高温強度と高応力破壊強度と表面核発生炭化物の形
成に対づる改善された抵抗を有J−る車脚化物強化形共
晶超合金が得られる。これらの新規な超合金によれば、
ニッケル基超合金マトリックスと該マトリックスの中に
埋め込められ、整列された繊維車代化物共晶強化相とか
らなるミクロ組織の一方向凝固異方体製品を開発するこ
とができる。考えられる主な製品は、航空機ガスタービ
ンエンジンに使用Jる静翼や動翼である。本発明の新規
な超合金は、例えば、周期的酸化や高温腐食に対づる抵
抗、高温強度のような性質を有する。これらの性質は、
航空機ガスタービンエンジンにみられるような厳しい雰
囲気で作動づ゛る製品に必要どされる。 本発明の超合金は、米国特許第4292076号の合金
に比較して、T aをNbに部分的に置換したものとし
て理解できる。したがって、本発明の超合金の破壊強さ
は、絶対的な基準で、米国特許第4292076号のも
のに等しいか、それより高いのであって、Ta、に比較
してNbの原子量が低いから、特定基準では、当該特許
のものより大きい、づなわち強度/重量の比が大きい。 広くは、本発明の超合金は基本的には、タンタルと;ニ
オブ(コロンビウム)と:炭素と;そしてクロム、アル
ミニウム、コバルト、タングステン、モリブデン、レニ
ウム、バナジウム、ハフニウムおよびジルコニウムから
なる群より選ばれた1つ以上の元素と:約0.05%以
下の不純物含有量より多いホウ素と;および残部のニッ
ケルと不可避的不純物とからなり、重■%で次に示され
る制限を受ける。 a)3.4≦Σ(Mo+W)≦10.4 及Ub)1
≦(Nb/Ta)≦4.5 同様に、本発明においては、高温応力破壊強さと表面核
発生型炭化物の形成に対づる抵抗を改善した一方向凝固
形異方体複合体の製品が得られる。 この製品は、(a)ニッケル基超合金71〜リツクスと
、(b)該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維
状半炭化共晶強化相からなり、当該製品は、基本的に、
タンタルと:ニオブと:炭素ど;クロム、アルミニウム
、コバルト、タングステン、モリブデン、レニウム、バ
ナジウム、ハフニウムおよびジルコニウムからなる群よ
り選ばれた1つ以上の元素と:約0.05%以下の不純
物より多いホウ素と;残部の基本的にニッケルと不可避
的不純物とからなり、重量%で、(i)3.4≦Σ(M
。 」−W)≦10.4、および(ii)i≦(Nb/Ta
)≦4.5の両式の条件が課せられている、本質的に相
安定な合金である。 −11の1 な1明 第1表(原子%を使用している)および第2表(重量%
を使用している)に表示された合金は、軸方向(縦方向
)の性質を測定するために、溶解後、1/2インチ(1
,3cm )径の棒または7/8インチ(2,2cm
)径の棒になるように1/4インチ/時間(0,63c
m/時間)の速度で一方向凝固(DS)された。また、
合金の一部は、軸からずれた方向(横断方向)の性質を
測定する試料を作るために、厚ざ3/10インチ(0,
8cm )X幅11/2インチ(3,8cm ) x長
さ4インチ(10,2cm )のスラブの形に前記と同
じ速度で一方向凝固した。試料番号Rer1の合金は、
米国特許第4292076号の最も好適な合金に対応し
、試料番号Ref2の合金は、ルネ(Rene −)
125として高温ガスタービンエンジン月料の技術分野
の当業者には周知の合金に対応する。 なお、第1表と第2表においてcbはNbと同意義であ
る。 (この頁以下余白) ミクロ組織の特徴と繊維の整列を評価できるようにする
ために、一方向凝固を行ったままのインゴットの縦方向
の線条を研摩した。一般的には、第1表の合金によって
作られたインゴットは、車脚化物強化形ニッケル基超合
金共晶に典型な整列された繊維ミクr+組織を有する。 本明細書に使用されている用語、例えば[選別(5or
t−out )区域の長さ」、[一方向凝固インゴット
と相対づる]、は第1図に説明されている。 表面炭化物の存在の定性的観察は、第1表の合金のイン
ボッ1〜の金属組織学的研究によって行われた。インゴ
ットの調整は、表面を清浄にし、炭化物の存在を際立た
せるために、塩酸と過酸化水素の水溶流で、鋳造のまま
のインゴットを腐食して行った。測定は、低出力双眼顕
微鏡と定規を使って行った。一般に、選別(5ort
−out )区域の真上のインゴットの表面は、密な接
触関係で、炭化物によってほぼ完全に覆われた。成る一
連(シリーズンの測定では、表面炭化物が終った、すな
わち実質的に零になったところで凝固した率(gt)が
決定された。他の一連(シリーズ)の測定では、高密度
炭化物母集団が終わるところく隣接炭化物間の約111
1111の空間)のgtが測定され、また、低密度炭化
物母集団が終わるところく隣接炭化物間の約5n+mよ
り長い空間)のgtが測定された。表面炭化物密度の金
属組織学的研究は、第3表に示されている。 第2図は、第3表のデータの一部のグラフで、形成され
た表面炭化物の端で凝固したflgt)が、当該合金内
に含まれるニオブどタンタルの原子%の比に対して画か
れている。第3表と第2図のデータから、凝固したイン
ゴットのff1(1/2インチ対7/8インチ)の相違
に現在のところ起因する炭化物母集団への寸法影響があ
ることが理解できる。 (この頁以下余白) 応力破壊試験用の試料ブランクは、最終の機械加工及び
試験の前に熱処理された。“′E″及び゛F′″シリー
ズの合金に関しては、ll A !l熱処理が使用され
た。即ち1270℃で2時間の溶体化処理、次ぎにヘリ
ウムによる急冷、次いで1080℃、16時間の最初の
時効処理、次にヘリウムによる急冷、そして900℃1
6時間の第2の時効処理、その次にヘリウムによる急冷
である。 II CB I+合金シリーズについては、11 B
O熱処理を行った。即ち、A 11熱処理の内、第1の
時効処理を4時間で行い、第2の時効処理を省略した。 11 A I+熱処理と“′B″熱処理は、本質的には
、等価であるということ、即ち第2の時効処理の省略と
1080℃の時効の短縮が、なんら合金の応力破壊性質
を変えるものでないということが別の手段で決定されて
いる。 応力破壊試験を行う条件及びその結果のデータを第4表
に示す。第3表に、2100 °F、17Ksi/空気
の条件に対する第4表のデータをモリブデンとタングス
テンの合金含有量の関数とじて示す。 応力破壊強さにお(ブる著しい改善が、2100下の高
い試験温度で観察された。1800’Fにd5(プる応
力破壊強さにもとずいて、2100下で観察された高温
応力破壊性質にお(プる改善が、約1900下に下がる
まで続くと考えられる。2000 ’F にり高い温度
で試験され、100時間以上より長い寿命を持つ色々な
応ツノ破壊試験片が、長軸に平行にゲージ長さに沿って
切断され、相の安定性に関し金属組織学的に試験されl
C0相安定性のデータも第3表に示されている。且つ第
3図に応力破壊のデータをまとめである。第3表では、
ミクロ組織不安程度″゛軽度″は、少量の小板状または
、球状の相の析出を意味づ−る。この相は、人体1部の
粒界(即し全部の粒界ではない)にあるγ−月包物中の
MoCやσであると人体考えられる。 対照的に“重度″の析出の場合には、小板状の析出物の
一般的でかつ均質の析出があった。これは、試料中に大
部分がMe Cでいくらかのσを含むということがRe
f’1の合金に関Jる測定から決定された。 (この頁以下余白) 縦方向(成長)軸に対し横断方向の延性は、スラブ状イ
ンゴットから切り取った試料の横断方向引張り試験によ
って評価した。横断方向引張り試験の結果は第5表に示
され−Cいる。合金Reflの場合におけるように、合
金FS、FT、EKの横断延性が良いのは、ホウ素の存
在に起因し、約0.1重量%までは、同様に、本発明の
合金にとって有効であると考えられる。同じ理由で、ハ
フニウムとジルコニウムも、約1.0重量%までは、本
発明の合金に任意に含有さぜることができる。 (この頁以下余白) 匿 7 築 ミ ミ ζマ 畷 −の 〇 ト 周期的酸化と高温腐食試験が、実験合金FS。 FTのビン状試料に実施されたが、その結果は、第4図
と第5図に各々図示されている。非常に良い環境抵抗を
有すると一般に認められている合金であるルネ125の
ビンが、実験合金と比較のために同時に試験された。酸
化試験では、ビンを空気中で1100℃まで加熱し、5
0分保持し、静止した周囲空気の中で10分間冷却し、
再び1100℃に加熱することを周期的に行った。この
ような1100℃での周期的酸化試験は、航空機ガスタ
ービンエンジンでの使用のために設甜された合金の酸化
抵抗の表示手段として、静的(一定温度)酸化試験より
も信頼性があると決定された。 一般に、周期的酸化試験の結果は、静的酸化試験の結果
と相関がありえない。高温腐食試験は、870℃で10
分間、次にi ooo℃で10分間、そして室温で10
分間のサイクルでビンを処理して行われた。24時間毎
に、Na2sO+の水溶液が、試料の表面に約10mp
/cm2のNa2804を塗布するために試料に噴霧さ
れた。 第2図には、ニオブの原子%とタンタルの原子%の比が
約1,5〜5の範囲内に維持されている場合に表面炭化
物の形成が最小となることが示されている。重量%で表
わした場合は、前記範囲は約1〜約4.5になる。ここ
で、タングステンとモリブデンの含有量は、Nb/Ta
重聞比を最大にしたり最小にするために極限値に設定さ
れる。 づ−なりち、3.5重量%に等しいタングステンと零重
量%のモリブデンがNb/Ta比を最小にする。 第3図では、2本の垂直点線が引かれている。 約2.25原子%の(lylo+W)のところの垂直線
が、Y[容範囲の応力破壊強さをもたらJため本発明の
合金に存在しなければならない最小のくMo 十W )
を示す。約3.5原子%の(Mo十W)のところの垂直
線が、ミクロ組織の不安定相の形成に関し許容できない
傾向を生じることなしに本発明の合金中に存在しうる最
大の(MO+W)を示す。これらの限界は、重量%で示
ずと、各々約3.4と10.4である。 第3図の合計(MO+W)の範囲の最小値と最大値を原
子%から重量%に変える前に、最小値−(2,25原子
%) d5よび最大値(3,5原子%)に対応する各元
素の原子%の最小値と最大値が各々求められた。例えば
、最大値に関しては、モリブデンが零で、タングステン
が3.5に設定された。また(ニオブ+タンタル)と炭
素の量が、最小の選別(sort−out)区域を有す
る合金を代表するレベルであるが、マトリックスの選別
区域(sort−ou t)のレベルより低いレベルに
下げられた。にオブ+タンタル)の和尚で、Nb /T
aの比が、第2図によって許される範囲で最大にされた
。 前述の2つの範囲に基づいて、高温応力破壊強さが
改善され、表面核発生炭化物に対する抵抗が改善され、
一方向凝固形異方体製品中にニッケル基超合金マトリッ
クスと該マトリックス内に埋め込められた整列繊維車脚
化物共晶強化相からなるミクロ組織を発達させることの
できる新しい実質的に相安定の共晶超合金が、基本的に
は、タンタルと:ニオブと;炭素とニクロム、アルミニ
ウム、コバルト、タングステン、モリブデン、レニウム
、バナジウム、ハフニウムおよびジルコニウムからなる
群より選ばれる1つ以上の元素と:約0.05%以下の
不純物より多いホウ素と;残部の基本的にはニッケルと
不可避的不純物とからなり、重量%で、(a ) 3
.4≦Σ(MO+W ) ≦10.4J3よび(b)1
≦(Nb /−1−a ) < 4.5の制限を受ける
超合金として定性できる。 前述の2つの範囲と、第3図の垂直点線の境界内にあっ
て、空気中で2100’F、17KSiの条件で約11
0時間より長い破壊寿命を有し、しかも不都合な表面炭
化物の形成傾向が無い合金の合金元素の範囲とを7考慮
し、そして前記合金元素の範囲に対Jる妥当な商業的溶
解許容誤差〈づなわち、Go 、Cr 、Mu 、AM
、Nilに対しては± 0.2重量%、W、Re 、V
t、Jdしtは± 0.3重量%、Taに対しては±0
.4重量%、Cに対しては±0.08重量%、そしてB
に対しては±0.005重量%)を適用すると、本発明
の新規な共晶超合金は、更に、基本的には、重量で、3
.8〜4.2コバルト、3.8〜4.6%クロム、1.
4〜2.9%モリブデン、2.2〜4.9%タングステ
ン、6.4〜7.5%レニウム、5.4〜6.1%アル
ミニウム、θ〜1.4%バナジウム、2,7〜6.0%
ニオブ、0.8〜4.1%タンタル、0.17〜0.7
5%炭素、約0.05%以下の不純物より多いホウ素、
残部の基本的にはニッケルおよび不可避的不純物からな
り、重量%で、(a ) 3.6<Σ(Mo+W><
1.6および(b ) 1 < (Nb /Ta )
< 4.5(7)制限を受ケルものとして特定できる
。 本発明の超合金に対する前述の説明に到達したところで
、溶解許容誤差で広がった範囲は、更にV、Nb 、T
a 、Cの元素に対し広げられ、一旦一方向凝固された
インゴットを選別区域(sort−out )の直上で
切断し、再び一方向凝固し/j場合得られる期成物を含
められる。同様に、合金FS、FT、FXの合金元素の
範囲を考慮し、溶解許容誤差と広がった範囲を■、Ni
l、Ta、Cの元素に適用すると、本発明の新規な超合
金は、更に、基本的には、重量で3.8〜4.2%コバ
ルトと、3.8〜4.3%クロムと、1.8〜2.9%
−しリブデンと、3.1〜4.8%タングステンと、6
.4〜1.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、2.7〜6.0%ニオブと、0.8〜4.1%
タンタルと、0.17〜0.75%炭素と、0.001
〜0.05%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不
可避的不純物からなるものとして特徴づけられる。 本発明の実施態様を次に示づ。 (1ン高温応力破壊強さが改善され、表面核発生痩化物
に対する抵抗が改善され、一方向凝固形異方体製品中に
ニッケル基超合金マトリックスと該マトリックス内に埋
め込められた整列繊維車脚化物共晶強化相からなるミク
ロ組織を発達させることのできる実質的に相安定の合金
であって、基本的には、タンタルと:ニオブと:炭素と
ニクロム、アルミニウム、コバルト、タングステン、モ
リブデン、レニウム、バナジウム、ハフニウムおよびジ
ルコニウムからなる群より選ばれる1つ以上の元素と:
約0.05%以下の不純物より多いホウ素と:残部の基
本的にはニッケルと不可避的不純物とがらなり、am%
で、(a)3.4≦Σ(Mo +W>≦10.4および
(b)1≦(Nb /Ta ) s 4.5の制限を受
番プる実質的に相安定な合金。 (2)高温応力破壊強さが改善され、表面核発生炭化物
に対する抵抗が改善され、一方向凝固形異方体製品中に
ニッケル基超合金71−リックスと該マトリックス内に
埋め込められた整列w4帷単車脚物共品強化相からなる
ミクロ組織を発達させることのできる実質的に相安定の
合金であって、基本的には、重量で、3.8〜4.2%
コバルト、3.8〜4.6%クロム、1.4〜2.9%
モリブデン、2.2〜4.9%タングステン、6.4〜
7.5%レニウム、5.4〜6.1%アルミニウム、0
〜1.4%バナジウム、2.7〜6.0%ニオブ、0.
8〜4.1%タンタル、0.17〜0.75%炭素、約
0.05%以下の不純物より多いホウ素、残部の基本的
にはニッケルおよび不可避的不純物からなり、重量%で
、(a)3.13≦Σ<Mo−トW)≦7.8および(
b)1≦(Nb /Ta)≦4.5の制限を受ける実質
的に相安定な合金。 (3)第2項に記載の合金において、基本的には、重量
で、3.8〜4.2%コバルト、3.8〜4.3%クロ
ム、1.8〜2.9%モリブデン、3.1〜4.8%タ
ングステン、6.4〜7.1%レニウム、5.4〜5.
8%アルミニウム、2.1〜6.0%ニオブ、0.8〜
4.1%タンタル、0.17〜0.75%炭素、約0.
001〜0.05%のホウ素、残部の基本的にはニッケ
ルおよび不可避的不純物からなる合金。 (4)第2項に記載の合金において、基本的には、重量
で3.8〜4.2%コバル1〜と、3.8〜4.2%ク
ロムと、2.2〜2.6%モリブデンと、4.2〜4.
8%タングステンと、6.4〜7.0%レニウムと、5
.4〜5.8%アルミニウムと、4.2〜4.8%ニオ
ブと、2.6〜3.4%タンタルと、0.37〜0.5
3%炭素と、0.001〜0.02%ホウ素と、残部の
基本的にはニッケルど不可避的不純物からなる合金。 (5)第2項に記載の合金に115いて、基本的には、
重量で3.8〜4.2%コバル1へど、3.9〜4.3
%クロムと、2.5〜2.9%モリブデンと、3.1〜
3.7%タングステンと、6.5〜7.1%レニウムと
、5.4〜5.8%アルミニウムと、4.2〜4.8%
ニオブと、2.6〜3.4%タンタルと、0.37〜0
.53%炭素と、o、ooi〜0.02%ホウ素と、残
部の基本的にはニッケルと不可避的不純物からなる合金
。 (6)第2項に記載の合金において、基本的には、重量
で、3.8〜4.2%コバルトと、3.8〜4.2%ク
ロムと、1.8〜2.2%モリブデンと、4.2〜4.
8%タングステンと、6.5〜7.1%レニウムと、5
.4〜5,8%アルミニウムと、4.2〜4.8%ニオ
ブと、2.6〜3.4%タンタルと、0.37〜0.5
3%炭素と、約o、ooi〜0.02%ホウ素と、残部
の基本的にはニッケルと不可避的不純物からなる合金。 (7)高温応力破壊強さと表面核発生型炭化物の形成に
対する抵抗を改善した一方向凝固形異方性複合製品であ
って、(a)ニッケル基超合金マトリックスと、(b)
該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維状用炭化
共晶強化相からなり、基本的に、タンタルと:ニオブと
;炭素と;クロム、アルミニウム、コバルト、タングス
テン、モリブデン、レニウム、バナジウム、ハフニウム
およびジルコニウムからなる群より選ばれた1つ以上の
元素と:約0.05%以下の不純物Jζり多いホウ素と
;残部の基本的にニッケルと不可避的不純物とからなり
、重量%で、(i)3.4≦Σ(M O+W )≦10
.4、J3よび(ii)1≦(Nb/Ta)≦4.5の
両式の条件が課せられている、一方向計固形異方性複合
製品。 (8)高温応力破壊強さと表面核発生型炭化物の形成に
対する抵抗を改善した一方向凝固形異方性複合金属製品
であって、(a)ニッケル基超合金マトリックスと、(
b)該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維状車
脚化共晶強化相からなり、基本的には、重量で、3.8
〜4.2%コバル1〜.3.8〜4.6%クロム、1.
4〜2.9%モリブデン、2.2〜4.9%タングステ
ン、6.4〜1.5%レニウム、;】、4〜6.1%ア
ルミニウム、O〜1.4%バナジウム、2.7〜6.0
%ニオブ、0.8〜4.1%タンタル、0.17〜0.
75%炭素、約0.05%以下の不純物より多いホウ素
と、残部の基本的にニッケルと不可避的不純物とからな
り、重量%で、(i)3.6≦Σ(M O+W )≦7
.8、および(ii)1≦(Nb/Ta)≦4.5の両
式の条件が課せられている、一方向凝固形異方性複合金
属製品。 (9)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製品
において、基本的には、重量で3.4〜4.2%コバル
トと、3.8〜4.3%クロムと、1.8〜2.9%モ
リブデンと、3.1〜4.8%タングステンと、6.4
〜7.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニウム
と、2.7〜G、0%ニオブと、0.8〜4.1%タン
タルと、0.11〜0.75%炭素と、o、ooi〜0
.05%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不可避
的不純物からなる製品。 (10)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製
品において、基本的には、重量で3.8〜4.2%コバ
ル1〜と、3.8〜4.2%クロムと、2.2〜2.6
%モリブデンと、4.2〜4.8%タングステンと、6
.4〜7.0%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.6〜3.4%
タンタルと、0.37〜0.53%炭素と、0.001
〜0.05%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不
可避的不純物からなる製品。 (11)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製
品に43いて、基本的には、重量で3.8〜4.2%コ
バルトと、3.9〜4.3%クロムと、2.5〜2.9
%モリブデンと、3.1〜367%タングステンと、6
.5〜7.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.6〜3.4%
タンタルと、0.37〜0.53%炭素と、o、ooi
〜0.02%ホウ素と、残部の基本的に(よニッケルと
不可避的不純物からなる製品。 (12)第8項に記載の一方向凝固形異方性複合金属製
品において、基本的には、重量で3.8〜4.2%=】
バルトと、3.8〜4.2%クロムと、1.8〜2.2
%モリブデンと、4.2〜4.8%タングステンと、6
.5〜7.1%レニウムと、5.4〜5.8%アルミニ
ウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.6〜3.4%
タンタルと、0.37〜0.53%炭素と、0.001
〜0.02%ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不
可避的不純物からなる製品。
第1図は、車脚化物強化形超合金共晶の一方向凝固イン
ゴットの図式的縦方向断面図で、このようなインゴット
に関し普通に使用される用語を説明している。 第2図は、表面炭化物が終わるところで凝固した率をニ
オブ対タンタルの原子%の比に対して表わしたグラフで
ある。図中、Oは表面炭化物が終わるところく1/2イ
ンチ径の棒)で、口は高密度炭化物母集団が終わるとこ
ろ(1/2インヂ径の棒)で、△は高密度炭化物母集団
が終わるところ(7/8インチ径の捧)である。 第3図は、空気中、2100’ F、 17Ksiの条
件で試験した試料の応力破壊寿命をモリブデンとタング
ステンの原子%の合計に対しC表わしたグラフである。 図中で、ミクロII織の不安定度を′示す符号は、口は
無し、転は軽度、コは中庸、廁は重瓜、Oは未決定、頁
は前述の符号に高表面炭化物密度を重ねたものである。 第4図は、周期的酸化に対づる合金FS、、FTと合金
Ref2の抵抗を示すグラフである。図中で、OはRe
f2合金、△はFS合金、口はF T合金である。 第5図は、合金FS、F Tおよび合金1でe[2の周
期的高温腐食抵抗を示Jグラフである。図中、△は合金
FS、口は合金F丁、○は合金Ref2′Cある。 特許出願人復代理人 弁理士(8408) 鴨 1) 朝 jM第1頁の続
き 0発 明 者 チャールス・アンドリュウ・ブルフ アメリカ合衆国オハイオ州シン シナチ・フラートン・ドライブ 895 @発明者 ファン・ヌエン・ディン アメリカ合衆国アルシナ用チャ ンドラ・ウェスト・マクネア・ ストリート641 手続補正書く自発) 昭和59年5り/!日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第65290号 2、発明の名称 相安定炭化物強化形ニッケル基超合金共晶3、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 住所(居所) アメリカ合衆国 12305 ニュー
ヨーク州スケネクタデイ リバーロード 1番 氏名(名称) ゼネラル エレクトリック カンパニイ
代表者 サムソン へルフゴット4、復代理人 住 所 〒105東京都港区虎ノ門1丁目2番3
号虎ノ門第−ビル5階 (発送日 昭和 年 月 日)6、補正の対象 (1)図面 7、補正の内容 〈1) 図面の浄書(内容に変更なし)8、添付書類
の目録 (1)図面 1通
ゴットの図式的縦方向断面図で、このようなインゴット
に関し普通に使用される用語を説明している。 第2図は、表面炭化物が終わるところで凝固した率をニ
オブ対タンタルの原子%の比に対して表わしたグラフで
ある。図中、Oは表面炭化物が終わるところく1/2イ
ンチ径の棒)で、口は高密度炭化物母集団が終わるとこ
ろ(1/2インヂ径の棒)で、△は高密度炭化物母集団
が終わるところ(7/8インチ径の捧)である。 第3図は、空気中、2100’ F、 17Ksiの条
件で試験した試料の応力破壊寿命をモリブデンとタング
ステンの原子%の合計に対しC表わしたグラフである。 図中で、ミクロII織の不安定度を′示す符号は、口は
無し、転は軽度、コは中庸、廁は重瓜、Oは未決定、頁
は前述の符号に高表面炭化物密度を重ねたものである。 第4図は、周期的酸化に対づる合金FS、、FTと合金
Ref2の抵抗を示すグラフである。図中で、OはRe
f2合金、△はFS合金、口はF T合金である。 第5図は、合金FS、F Tおよび合金1でe[2の周
期的高温腐食抵抗を示Jグラフである。図中、△は合金
FS、口は合金F丁、○は合金Ref2′Cある。 特許出願人復代理人 弁理士(8408) 鴨 1) 朝 jM第1頁の続
き 0発 明 者 チャールス・アンドリュウ・ブルフ アメリカ合衆国オハイオ州シン シナチ・フラートン・ドライブ 895 @発明者 ファン・ヌエン・ディン アメリカ合衆国アルシナ用チャ ンドラ・ウェスト・マクネア・ ストリート641 手続補正書く自発) 昭和59年5り/!日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第65290号 2、発明の名称 相安定炭化物強化形ニッケル基超合金共晶3、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 住所(居所) アメリカ合衆国 12305 ニュー
ヨーク州スケネクタデイ リバーロード 1番 氏名(名称) ゼネラル エレクトリック カンパニイ
代表者 サムソン へルフゴット4、復代理人 住 所 〒105東京都港区虎ノ門1丁目2番3
号虎ノ門第−ビル5階 (発送日 昭和 年 月 日)6、補正の対象 (1)図面 7、補正の内容 〈1) 図面の浄書(内容に変更なし)8、添付書類
の目録 (1)図面 1通
Claims (11)
- (1)高温応力破壊強さが改善され、表面核発生tjJ
化物に対づる抵抗が改善され、一方向凝固形異方体製品
中にニッケル基超合金71〜リツクスと該71〜リツク
ス内に埋め込められた整列繊維単炭化物共品強化相から
なるミク1」組織を発達さけることのできる実質的に相
安定の合金であって、基本的には、タンタルど;二Aブ
と;炭素ど;り1」ム、アJレミニウム、二1パル1へ
、タングステン、モリブデン、1ノニウム、バナジウム
、ハフニラl\およびジルコニウムからなる群より選ば
れる1つ以上の元素ど;約0.05%以下の不純物より
多いホウ素と残部の基本的にはニッケルと不可避的不純
物とからなり、mF1%で、(a ) 3.4≦Σ(
Mo+W)≦IO,4J5よび(b)1≦(N b /
Ta ) < 4.5の制限を受りる実質的に相安定
な合金。 - (2)高温応力破壊強さが改善され、表面核発生炭化物
に34りる抵抗が改善され、−jj向凝固形異ブj1本
製品中にニラクル基超合金マI−リックスと該マ1〜リ
ックス内に埋め込められた整列織帷単炭化物共品強化相
からなるミクロ組織を発達させることのできる実質的に
相安定の合金であつC,基本的には、中mひ、3.8〜
4.2%コハル1−13.8へ・4.6%り]]ム、1
.4〜2.9%モリブデン、2.2−、4.9%タング
ステン、6.4〜7,5%レニウム、5.4〜6.1%
アルミニウム、0〜1.4%バナジウム、2.7〜6.
0%ニオブ、0.8〜4.1%タンタル、0.17〜0
.75%炭素、約0.05%以下の不純物より多いホウ
素、残部の基本的にはニッケルJ3よび不可避的不純物
からなり、小[fi%で、(a ) 3.6≦Σ(M
o +W)≦ 7.8および(1)>1≦(N[l /
1−a)≦4.5の制限を受(プる実質的(7ニ相安定
な合金。 - (3)特許請求の範囲第2項に記載の合金にJ3い(、
基本的には、重h1で、3.8〜4.2%二1パル1〜
.3.8〜4.3%り1]ム、1.8〜2.9%七リす
ア゛ン、3.1〜4.8%タングスデン1,6.4〜7
.1%レニウム、5.4〜5.8%アルミニウム、2.
1〜6.0%ニオブ、0.8〜4.1%タンタル、0.
17〜0.75%炭素、約0.001〜0.05%のホ
ウ素、残部の基本的にはニッケルおよび不可避的不純物
からなる合金。 - (4)特許請求の範囲第2項に記載の合金において、基
本的には、重量で3.8〜4.2%コバルトと、3.8
〜4.2%クロムと、2.2〜2.6%モリブデンと、
4.2〜4.8%タングステンと、6.4〜1.0%レ
ニウムと、5.4〜5.8%アルミニウムと、4.2〜
4.8%ニオブと、2.6〜3.4%タンタルと、0.
37〜0,53%炭素と、0.001〜0.02%ホウ
素と、残部の基本的にはニッケルと不可避的不純物から
なる合金。 - (5)特許請求の範囲第2項に記載の合金において、基
本的には、N量で3.8〜4.2%コバルトと、3.9
〜4.3%クロムと、2.5〜2.9%モリブデンと、
3.1〜3.7%タングステンと、6.5〜7.1%レ
ニウムと、5.4〜5.8%アルミニウムと、4.2〜
4.8%ニオブと、2.6〜364%タンタルと、0.
37〜0.53%炭素と、0.001〜0.02%ホウ
素と、残部の基本的にはニッケルと不可避的不純物から
なる合金。 - (6)特許請求の範囲第2項に記載の合金において、基
本的には、重量で、3.8〜4,2%」バルトと、3.
8〜4.2%クロムと、1.8〜2.2%モリブデンと
、4.2〜4.8%タングステンと、6.5〜1.1%
レニウムと、5.4〜5.8%アルミニウムと、4.2
〜4.8%ニオブと、2.6〜3.4%タンタルと、0
.37〜0.53%炭素と、約o、ooi〜0.02%
ホウ素と、残部の基本的にはニッケルと不可避的不純物
からなる合金。 - (7)高温応力破壊強さと表面核発生型炭化物の形成に
対する抵抗を改善した一方向凝固形異方性複合製品であ
って、(a)ニッケル基超合金71〜リツクスと、(b
>該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維状半炭
化共晶強化相からなり、基本的に、タンタルと;ニオブ
と:炭素と;クロム、アルミニウム、コバル1〜、タン
グステン、モリブデン、レニウム、バナジウム、ハフニ
ウムJ5よびジルコニウムからなる群より選ばれた1つ
以上の元素と710.05%以下の不I!!物より多い
ホウ素と;残部の基本的にニッケルと不可避的不純物と
からなり、重量%で、(i)3.4≦Σ(MO+W)≦
10.4、および(ii)1≦(Nb/Ta)≦4.5
の両式の条件が課せられている、一方向凝固形異方性複
合製品。 - (8)高温応力破壊強さと表面核発生型炭化物の形成に
対する抵抗を改善した一方向凝固形異方性複合金属製品
であって、(a)ニッケル基超合金マトリックスと、(
b)該マトリックス内に埋め込まれた整列した繊維状半
炭化共晶強化相からなり、基本的には、重量で、3.8
〜4.2%コバルト、3.8〜4.6%クロム、1.4
〜2.9%モリブデン、2.2〜4.9%タングステン
、6.4〜7.5%レニウム、5.4〜6.1%アルミ
ニウム、0〜1.4%バナジウム、2.7〜6.0%ニ
オブ、0.8〜4.1%タンタル、0.17〜0.75
%炭素、約0.05%以下の不純物より多いホウ素と、
残部の基本的にニッケルと不可避的不純物とからなり、
重量%で、(i)3.6≦Σ(MO+W>≦7.8、お
よび(i i)1≦(Nb/Ta)≦4.5の両式の条
件が課せられている、一方向凝固形異方性複合金属製品
。 - (9)特許請求の範囲第8項に記載の一方向凝固形異方
性複合金属製品において、基本的には、重量で3.4〜
4.2%コバルトと、3.8〜4.3%クロムと、1.
8〜2.9%モリブデンと、3.1〜4.8%タングス
テンと、6.4〜1.1%レニウムと、5.4〜5.8
%アルミニウムと、2.7〜6.0%ニオブと、0.8
〜4.1%タンタルと、0.17〜0.75%炭素と、
0.001〜0.05%ホウ素と、残部の基本的にはニ
ッケルと不可避的不純物からなる製品。 - (10)特許請求の範囲第8項に記載の一方向凝固形異
方性複合金属製品において、基本的には、重積で3.8
〜4.2%コバルトと、3,8〜4.2%クロムと、2
.2〜2.6%モリブデンと、4.2〜4.8%タング
ステンと、6.4〜7.0%レニウムと、5.4〜5.
8%アルミニウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.
6〜3.4%タンタルと、0.37〜0.53%炭素と
、o、ooi〜0.05%ホウ素と、残部の基本的には
ニッケルと不可避的不純物からなる製品。 - (11)特許請求の範囲第8項に記載の一方向凝固形異
方性複合金属製品において、基本的には、重量で3.8
〜4.2%コバルトと、3.9〜4.3%クロムと、2
.5〜2.9%モリブデンと、3.1〜3.1%タング
ステンと、6.5〜1.1%レニウムと、5.4〜5.
8%アルミニウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.
6〜3.4%タンタルと、0.31〜0.53%灰素と
、o、ooi〜0.02%ホウ素と、残部の基本的には
ニッケルと不可避的不純物からなる製品。 (@特許請求の範囲第8項に記載の一方向凝固形異方性
複合金属製品において、基本的には、重量で3.8〜4
.2%コバルトと、3.8〜4.2%クロムと、1.8
〜2.2%モリブデンと、4.2〜4.8%タングステ
ンと、6.5〜7.1%レニウムと、5.4〜5.8%
アルミニウムと、4.2〜4.8%ニオブと、2.6〜
3.4%タンタルと、0.37〜0.53%炭素と、o
、ooi〜0.02%ホウ素と、残部の基本的にはニッ
ケルと不可避的不純物からなる製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/481,617 US4522664A (en) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | Phase stable carbide reinforced nickel-base superalloy eutectics having improved high temperature stress-rupture strength and improved resistance to surface carbide formation |
| US481617 | 1983-04-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59215452A true JPS59215452A (ja) | 1984-12-05 |
Family
ID=23912683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59065290A Pending JPS59215452A (ja) | 1983-04-04 | 1984-04-03 | 相安定炭化物強化形ニツケル基超合金共晶 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4522664A (ja) |
| JP (1) | JPS59215452A (ja) |
| DE (1) | DE3412458A1 (ja) |
| FR (1) | FR2543577A1 (ja) |
| GB (1) | GB2141736B (ja) |
| IT (1) | IT1175464B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011032582A (ja) * | 2009-07-29 | 2011-02-17 | Nuovo Pignone Spa | ニッケル基超合金、前記超合金製の機械部品、前記部品を備えるターボ機械、および関連する方法 |
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| US4292076A (en) * | 1979-04-27 | 1981-09-29 | General Electric Company | Transverse ductile fiber reinforced eutectic nickel-base superalloys |
| US4284430A (en) * | 1979-04-27 | 1981-08-18 | General Electric Company | Cyclic oxidation resistant transverse ductile fiber reinforced eutectic nickel-base superalloys |
-
1983
- 1983-04-04 US US06/481,617 patent/US4522664A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-04-03 IT IT20365/84A patent/IT1175464B/it active
- 1984-04-03 JP JP59065290A patent/JPS59215452A/ja active Pending
- 1984-04-03 FR FR8405215A patent/FR2543577A1/fr not_active Withdrawn
- 1984-04-03 DE DE19843412458 patent/DE3412458A1/de not_active Ceased
- 1984-04-04 GB GB08408639A patent/GB2141736B/en not_active Expired
Patent Citations (2)
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| JPS5896845A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-06-09 | ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン | ニツケル基超合金シ−ト及びその製造方法 |
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| JP2011032582A (ja) * | 2009-07-29 | 2011-02-17 | Nuovo Pignone Spa | ニッケル基超合金、前記超合金製の機械部品、前記部品を備えるターボ機械、および関連する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1175464B (it) | 1987-07-01 |
| GB2141736B (en) | 1986-11-12 |
| FR2543577A1 (fr) | 1984-10-05 |
| US4522664A (en) | 1985-06-11 |
| GB2141736A (en) | 1985-01-03 |
| GB8408639D0 (en) | 1984-05-16 |
| DE3412458A1 (de) | 1984-10-04 |
| IT8420365A0 (it) | 1984-04-03 |
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