JPS6137322B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6137322B2 JPS6137322B2 JP53102158A JP10215878A JPS6137322B2 JP S6137322 B2 JPS6137322 B2 JP S6137322B2 JP 53102158 A JP53102158 A JP 53102158A JP 10215878 A JP10215878 A JP 10215878A JP S6137322 B2 JPS6137322 B2 JP S6137322B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistant
- alloy
- equivalent
- core material
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
耐熱合金は各種熱機関や化学工業装置の高温材
料として不可欠な材料であり、これまでに世界各
国で総計400種以上の合金が発表ないし実用化さ
れており、特にこれらは第二次大戦以後、航空機
用ガスタービン用材料として発展してきている。
タービンでの熱効率を上げるには、入口ガス温度
は高い方が好ましいため、タービンブレード、ノ
ズル等に高い高温強度が要求されており、このた
め、Fe、Ni、Co基耐熱合金では、高い高温強度
を得るために、一般にCr、Mo、Ｗ、Ｖ、Nb、
Ta、Ti、Al、Ｂ、Zr、希土類等の合金元素を多
量に添加するが、これらの合金元素の量が一定限
度を越えると、Crを主成分とする脆いα相、μ
相、Laves相などの金属間化合物を析出し、高温
強度が著しく低下する。そこでこれらの脆い相の
析出を防止するためにはCr量を下げる必要があ
り、このため最近航空機用ガスタービンのタービ
ンブレード、ノズル用の高強度材料は、Cr含有
量を８％以下にまで下げ、他の合金元素を増して
高温強度を得ている。
料として不可欠な材料であり、これまでに世界各
国で総計400種以上の合金が発表ないし実用化さ
れており、特にこれらは第二次大戦以後、航空機
用ガスタービン用材料として発展してきている。
タービンでの熱効率を上げるには、入口ガス温度
は高い方が好ましいため、タービンブレード、ノ
ズル等に高い高温強度が要求されており、このた
め、Fe、Ni、Co基耐熱合金では、高い高温強度
を得るために、一般にCr、Mo、Ｗ、Ｖ、Nb、
Ta、Ti、Al、Ｂ、Zr、希土類等の合金元素を多
量に添加するが、これらの合金元素の量が一定限
度を越えると、Crを主成分とする脆いα相、μ
相、Laves相などの金属間化合物を析出し、高温
強度が著しく低下する。そこでこれらの脆い相の
析出を防止するためにはCr量を下げる必要があ
り、このため最近航空機用ガスタービンのタービ
ンブレード、ノズル用の高強度材料は、Cr含有
量を８％以下にまで下げ、他の合金元素を増して
高温強度を得ている。
一方最近は、かゝる耐熱合金を航空用ガスター
ビン用材料のみならず、他の分野への利用が拡大
されつつあり、特に地上の発電用ガスタービンの
高効率化を計るため、耐熱材料が要求されるが、
現在航空機用ガスタービンに用いられている低
Crの材料では高温強度は満足し得るが高温での
耐食性に乏しいためそのまゝ適用することは困難
である。即ち、航空機用ガスタービンに用いられ
る燃料は高度に精製されており、Na、Ｓ、Ｖな
どの腐食性不純物は殆んど含有されていないの
で、耐高温腐食性の問題は殆んどなく、従つて耐
高温腐食性に有効なCrの添加量を下げることに
差程の問題はなかつたが、地上の発電用タービン
における燃料は腐食性不純物を含有しているた
め、既存の耐熱材料を用いたのでは、燃焼ガスに
よつて、酸化、硫化、Ｖアタツク等の高温腐食を
受けることになる。高温腐食の防止にはCrが最
も有効であるが、Cr量を増加させることは前述
の通り高温強度を低下させる問題がある。
ビン用材料のみならず、他の分野への利用が拡大
されつつあり、特に地上の発電用ガスタービンの
高効率化を計るため、耐熱材料が要求されるが、
現在航空機用ガスタービンに用いられている低
Crの材料では高温強度は満足し得るが高温での
耐食性に乏しいためそのまゝ適用することは困難
である。即ち、航空機用ガスタービンに用いられ
る燃料は高度に精製されており、Na、Ｓ、Ｖな
どの腐食性不純物は殆んど含有されていないの
で、耐高温腐食性の問題は殆んどなく、従つて耐
高温腐食性に有効なCrの添加量を下げることに
差程の問題はなかつたが、地上の発電用タービン
における燃料は腐食性不純物を含有しているた
め、既存の耐熱材料を用いたのでは、燃焼ガスに
よつて、酸化、硫化、Ｖアタツク等の高温腐食を
受けることになる。高温腐食の防止にはCrが最
も有効であるが、Cr量を増加させることは前述
の通り高温強度を低下させる問題がある。
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点を解
消し、高温強度と、耐高温腐食性を有する耐熱合
金部材を提供することを目的とするもので、予じ
め所定の耐熱Ni基合金で所定形状に成形された
心材の外周面に、心材の合金よりも高温耐食性に
優れた同系の合金粉末を熱間静水圧プレス圧（以
下HIP法という）により被覆焼結して耐高温腐食
性の外皮を形成して複合耐熱合金部材とするもの
であつて、特に外皮となる耐高温腐食性合金とし
ては一般にCr量の高いものが用いられるが、Cr
の多量添加は高温強度を低下させることから、
Crと共存して耐高温腐食に複合効果があると言
われているAl、Tiを含有し、Cr当量（％）＝Cr＋
1.1Ti＋0.7Al（こゝで、Cr、TiAlは夫々の重量
％を示す）で表わされるCr当量が20.4％以上であ
る同系Ni基合金粉末を使用する点に１つの特徴
がある。
消し、高温強度と、耐高温腐食性を有する耐熱合
金部材を提供することを目的とするもので、予じ
め所定の耐熱Ni基合金で所定形状に成形された
心材の外周面に、心材の合金よりも高温耐食性に
優れた同系の合金粉末を熱間静水圧プレス圧（以
下HIP法という）により被覆焼結して耐高温腐食
性の外皮を形成して複合耐熱合金部材とするもの
であつて、特に外皮となる耐高温腐食性合金とし
ては一般にCr量の高いものが用いられるが、Cr
の多量添加は高温強度を低下させることから、
Crと共存して耐高温腐食に複合効果があると言
われているAl、Tiを含有し、Cr当量（％）＝Cr＋
1.1Ti＋0.7Al（こゝで、Cr、TiAlは夫々の重量
％を示す）で表わされるCr当量が20.4％以上であ
る同系Ni基合金粉末を使用する点に１つの特徴
がある。
また、一般にこれらタービン部材は、精密鋳造
により所定形状に形成する方法が用いられること
が多いが、鋳造の場合には、内部に空孔を生じる
場合があり、これが機械的性質を低下させること
からこの鋳造欠陥は、過酷な条件下で使用される
此の種部材にあつては致命的な欠陥となる場合が
ある。
により所定形状に形成する方法が用いられること
が多いが、鋳造の場合には、内部に空孔を生じる
場合があり、これが機械的性質を低下させること
からこの鋳造欠陥は、過酷な条件下で使用される
此の種部材にあつては致命的な欠陥となる場合が
ある。
そこで本発明では、心材は従来通り鋳造法によ
つて所定形状に形成し、外皮材をHIP法により被
覆焼結する過程で、同時に心材に発生している鋳
造欠陥を除去し、品質の高い複合部材が得られる
点に他の特徴がある。
つて所定形状に形成し、外皮材をHIP法により被
覆焼結する過程で、同時に心材に発生している鋳
造欠陥を除去し、品質の高い複合部材が得られる
点に他の特徴がある。
以下に本発明について具体的に説明する。
第１図は本発明によるタービンブレードを形成
するときの状態を示す横断面図で、通常の耐熱
Ni基合金でブレードと相似形に予じめ鋳造等に
より形成された心材１を、軟鋼あるいはガラス等
の通常のHIP処理用カプセル２内に配置し、カプ
セル２と心材１との間に形成された空間内に心材
１よりもCr当量が多く耐高温腐食性に優れたNi
基合金粉末３を充填し、該カプセル２を常法によ
り密封して高温高圧炉内に装入し、常法に従つて
HIP処理することにより、外表面を耐高温腐食性
に優れた合金で緻密に被覆された耐熱複合部材を
得ることができる。
するときの状態を示す横断面図で、通常の耐熱
Ni基合金でブレードと相似形に予じめ鋳造等に
より形成された心材１を、軟鋼あるいはガラス等
の通常のHIP処理用カプセル２内に配置し、カプ
セル２と心材１との間に形成された空間内に心材
１よりもCr当量が多く耐高温腐食性に優れたNi
基合金粉末３を充填し、該カプセル２を常法によ
り密封して高温高圧炉内に装入し、常法に従つて
HIP処理することにより、外表面を耐高温腐食性
に優れた合金で緻密に被覆された耐熱複合部材を
得ることができる。
ここで心材１を鋳造法により成形した場合、前
述したように内部に空孔４が生じることがある
が、高温高圧のHIP処理を受ける過程で、これら
の空孔４は全て圧潰封孔され、心材の鋳造欠陥も
除去されることになる。
述したように内部に空孔４が生じることがある
が、高温高圧のHIP処理を受ける過程で、これら
の空孔４は全て圧潰封孔され、心材の鋳造欠陥も
除去されることになる。
本発明において心材として使用する耐熱Ni基
合金及び外皮として使用される耐高温腐食性Ni
基合金は、その用途に応じて任意に選択すればよ
いが、心材としては、日本学術振興会耐熱金属材
料第123委員会研究報告Vol、18、No.3に示され
ている合金中の高温強度の高いMAR−M200（Cr
当量14.7％、以下同じ）、Ｕ−700（21.9％）、IN
−100（19.0％）、Ｂ−1900（13.3％）、
Incone1718（20.3％）等のNi基合金が挙げられ
る。
合金及び外皮として使用される耐高温腐食性Ni
基合金は、その用途に応じて任意に選択すればよ
いが、心材としては、日本学術振興会耐熱金属材
料第123委員会研究報告Vol、18、No.3に示され
ている合金中の高温強度の高いMAR−M200（Cr
当量14.7％、以下同じ）、Ｕ−700（21.9％）、IN
−100（19.0％）、Ｂ−1900（13.3％）、
Incone1718（20.3％）等のNi基合金が挙げられ
る。
一方外皮材としては同じく前記研究報告中の
Ni−50Cr（50％）、Ｍ−313（32.5％）、Hasfelloy
Ｘ（21.8％）、Ren′41（23.5％）、Ｕ−500（24.4
％）等のNi基合金が挙げられるが、外皮材とし
て挙げたもののうち、比較的Cr当量の少ない
Hasfelloy Ｘ等は心材として使用することも可能
である。これらの合金についての高温耐食性を示
すと第２図の通りである。第２図はNi基合金
（0.3％Si）のNaCl、Na2SO4混合塩中の腐食（900
℃）とCr、Ti及びAl含有量との関係を示すもの
で、縦軸にCr含有量、横軸にAl＋1.5×Tiの量を
とつている。図中Γ印は何れの混合塩でも腐食し
ないものを示し、●印は、25％NaCl混合塩で腐
食するものを示し、×印は何れの混合塩でも腐食
するものを示している。従つて境界線Ａより上の
部分は、耐高温腐食性に極めて優れている領域を
示し、境界線Ｂより下の部分は耐高温腐食性に極
めて乏しい領域を示し、両境界線Ａ，Ｂの間の部
分は、その中間の性状域を示している。また境界
線Ａ，Ｂの傾きよりCr1％の変化はAl 0.7％＋
Ti1.1％の変化量にほぼ等しいことから、Cr当量
＝Cr（％）＋0.7Al（％）＋1.1Ti（％）となること
がわかる。従つて、Cr当量で示すと、境界線Ａ
の上部は、Cr当量≧20.4％の領域であり、Cr当
量を20.4％以上にすると極めて耐高温腐食に優れ
ていると言える。逆に境界線Ｂの下部のCr当量
≦17.1％の領域では耐高温腐食は極めて乏しいと
言える。この意味から、本発明における外皮材は
Cr当量が20.4％以上のものが好ましいと言うこと
ができる。
Ni−50Cr（50％）、Ｍ−313（32.5％）、Hasfelloy
Ｘ（21.8％）、Ren′41（23.5％）、Ｕ−500（24.4
％）等のNi基合金が挙げられるが、外皮材とし
て挙げたもののうち、比較的Cr当量の少ない
Hasfelloy Ｘ等は心材として使用することも可能
である。これらの合金についての高温耐食性を示
すと第２図の通りである。第２図はNi基合金
（0.3％Si）のNaCl、Na2SO4混合塩中の腐食（900
℃）とCr、Ti及びAl含有量との関係を示すもの
で、縦軸にCr含有量、横軸にAl＋1.5×Tiの量を
とつている。図中Γ印は何れの混合塩でも腐食し
ないものを示し、●印は、25％NaCl混合塩で腐
食するものを示し、×印は何れの混合塩でも腐食
するものを示している。従つて境界線Ａより上の
部分は、耐高温腐食性に極めて優れている領域を
示し、境界線Ｂより下の部分は耐高温腐食性に極
めて乏しい領域を示し、両境界線Ａ，Ｂの間の部
分は、その中間の性状域を示している。また境界
線Ａ，Ｂの傾きよりCr1％の変化はAl 0.7％＋
Ti1.1％の変化量にほぼ等しいことから、Cr当量
＝Cr（％）＋0.7Al（％）＋1.1Ti（％）となること
がわかる。従つて、Cr当量で示すと、境界線Ａ
の上部は、Cr当量≧20.4％の領域であり、Cr当
量を20.4％以上にすると極めて耐高温腐食に優れ
ていると言える。逆に境界線Ｂの下部のCr当量
≦17.1％の領域では耐高温腐食は極めて乏しいと
言える。この意味から、本発明における外皮材は
Cr当量が20.4％以上のものが好ましいと言うこと
ができる。
なお、このような複合部材を構成する方法とし
て、拡散被覆法があるが、この方法はAlあるい
はCrをPack浸透、電気泳動拡散、浸漬、Slurry
拡散、化学蒸着、物理蒸着等の手段により、耐熱
合金の心材表面に拡散させて耐食性を有する保護
層を形成するものであるが、保護層の厚さが20〜
100μｍ程度と極めて薄く、効果の持続時間が限
られており、また表面層は多量のAl、Crを含む
化合物となるため脆く且つ心材との熱膨脹係数も
かなり異なるので、起動、停止の繰り返しによ
り、表面層が剥離し易く、更に表面の被覆層の成
分も最適な合金成分に調整することが困難である
という問題があつた。
て、拡散被覆法があるが、この方法はAlあるい
はCrをPack浸透、電気泳動拡散、浸漬、Slurry
拡散、化学蒸着、物理蒸着等の手段により、耐熱
合金の心材表面に拡散させて耐食性を有する保護
層を形成するものであるが、保護層の厚さが20〜
100μｍ程度と極めて薄く、効果の持続時間が限
られており、また表面層は多量のAl、Crを含む
化合物となるため脆く且つ心材との熱膨脹係数も
かなり異なるので、起動、停止の繰り返しによ
り、表面層が剥離し易く、更に表面の被覆層の成
分も最適な合金成分に調整することが困難である
という問題があつた。
しかし乍ら、本発明方法によると、耐高温腐食
性Ni基合金粉末をHIP法により被覆することによ
り、外皮となる被覆層の厚みは全く自由に調整で
き、耐食効果の持続時間は充分満足し得るもので
ある。また、外皮材の合金成分も、予じめ合金粉
末製造時に自由に調整できるから、その成分調整
には全く問題はない。更に合金粉末を用いるか
ら、その結晶粒度は極めて小さく、鋳造等により
被覆する場合に比して靭性は相当高くなる。
性Ni基合金粉末をHIP法により被覆することによ
り、外皮となる被覆層の厚みは全く自由に調整で
き、耐食効果の持続時間は充分満足し得るもので
ある。また、外皮材の合金成分も、予じめ合金粉
末製造時に自由に調整できるから、その成分調整
には全く問題はない。更に合金粉末を用いるか
ら、その結晶粒度は極めて小さく、鋳造等により
被覆する場合に比して靭性は相当高くなる。
以上記載した通り、本発明は所定形状の耐熱
Ni基合金で形成した心材の外表面に、心材より
もCr当量が多く、20.4％以上である同系の耐食性
Ni基合金粉末をHIP法により被覆して複合部材と
するものであるから、極めて容易に高温強度と同
時に耐高温腐食性を有する複合部材を製造するこ
とができ、更に従来の拡散被覆法に比して、耐高
温覆食性のみならず、機械的強度をも著しく向上
させることができる。
Ni基合金で形成した心材の外表面に、心材より
もCr当量が多く、20.4％以上である同系の耐食性
Ni基合金粉末をHIP法により被覆して複合部材と
するものであるから、極めて容易に高温強度と同
時に耐高温腐食性を有する複合部材を製造するこ
とができ、更に従来の拡散被覆法に比して、耐高
温覆食性のみならず、機械的強度をも著しく向上
させることができる。
第１図は本発明に係る複合耐熱合金部材のHIP
処理の一例を示す横断面図、第２図はNi基合金
の耐高温腐食性とCr当量との関係を示すグラフ
である。 １……心材、２……カプセル、３……合金粉
末、４……空孔。
処理の一例を示す横断面図、第２図はNi基合金
の耐高温腐食性とCr当量との関係を示すグラフ
である。 １……心材、２……カプセル、３……合金粉
末、４……空孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定形状に成形された耐熱Ni基合金よりな
る心材の外表面に当該心材合金と同系で、かつ該
合金よりも次式で示されるCr当量が高く、20.4％
以上である耐高温腐食性Ni基合金粉末を熱間静
水圧プレス法により被覆焼結して外皮を形成して
なることを特徴とする複合耐熱合金部材。 Cr当量＝Cr＋1.1Ti＋0.7Al たゞし上式中Cr、Ti、Alは夫々の成分の重量
％を示す。 ２ 心材が鋳造により所定形状に形成されたもの
である特許請求の範囲第１項記載の複合耐熱合金
部材。 ３ 心材の形状が複合部材と相似形である特許請
求の範囲第１項または第２項記載の複合耐熱合金
部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10215878A JPS5528378A (en) | 1978-08-21 | 1978-08-21 | Heat resistant composite alloy material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10215878A JPS5528378A (en) | 1978-08-21 | 1978-08-21 | Heat resistant composite alloy material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5528378A JPS5528378A (en) | 1980-02-28 |
| JPS6137322B2 true JPS6137322B2 (ja) | 1986-08-23 |
Family
ID=14319911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10215878A Granted JPS5528378A (en) | 1978-08-21 | 1978-08-21 | Heat resistant composite alloy material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5528378A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4619580A (en) * | 1983-09-08 | 1986-10-28 | The Boeing Company | Variable camber vane and method therefor |
| JPH0483809A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-17 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 複合歯車及びその製造方法 |
| US9555471B2 (en) * | 2014-01-28 | 2017-01-31 | General Electric Company | Casting method and cast article |
| US10265764B2 (en) | 2014-01-28 | 2019-04-23 | General Electric Company | Casting method and cast article |
-
1978
- 1978-08-21 JP JP10215878A patent/JPS5528378A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5528378A (en) | 1980-02-28 |
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