JPS6369936A

JPS6369936A - 改良された耐食性を有する酸化物分散硬化ニッケル基超合金

Info

Publication number: JPS6369936A
Application number: JP62225133A
Authority: JP
Inventors: ペーテル　ヨンゲンブルガー; ロベルト　ジンゲル
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1986-09-08
Filing date: 1987-09-08
Publication date: 1988-03-30
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: EP0260465B1; DE3775671D1; NO873738L; JP2630323B2; EP0260465A1; NO873738D0; US4798625A

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】孜王分団本発明は、高温度における優秀な機械的性質のために、
熱的及び機械的に高度の要求が課せられる熱機関の組立
てに用いられる、酸化物分散で硬化されたニッケル基超
合金に関する。更に詳しくは、本発明はガスタービンの
ブレードの材料として用いられる前記超合金に関する。

本発明は、酸化物分散硬化ニッケル基超合金を、高温度
における強度、長期間安定性、及び侵食性雰囲気中での
酸化及び腐食に対する耐性に関して全体として最適の性
質を持つように改善させることに関するものである。

本発明は特に、改良された耐食性を有する酸化物分散硬
化ニッケル基超合金に関するものである。

及貞皇則状本発明の技術分野の現状に関しては次の文献が挙げられ
る； −Ｇ、　Ｈ，Ｇｅｓｓｉｎｇｅｒ著、”　Ｐｏｉｖｄｅ
ｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙｏｆ　５ｕｐｐｅｒａｌｌｏｙ
ｓ”、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ社、ロンドン、１９８
４年出版、 −Ｒ，Ｆ、　Ｓｉｎｇｅｒ、　Ｅ、　Ａｒｚｔ著、ベル
ギー国りニーシュにおいて、１９８６年１０月開催され
たＨｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ　ｆｏｒ　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅｓ’会議で発表
の予定。

−Ｊ、　Ｓ、　Ｂｅｎｊａｍｉｎ、　Ｍｅｔａｌｌ、　
Ｔｒａｎｓ、、１９７０．１．２９４３−２９５１゜過去において高温強度を有する超合金、特に熱機関の構
成部品（ガスタービンのブレード）のための超合金の新
規な一群が開発されてきた。この新規な一群は、酸化物
から成る微細分散質を含むニッケル基超合金である。こ
の分散質は通常ｙ、ｏ。

粒子である。この種の酸化物分散硬化合金で最もよく知
られたものは、Ｉ　ＮＣ０社からＭＡ６０００なる商品
名で入手しうる次の組成を有するニッケル基合金である
：Ｃｒ＝１５．０重量％Ａ　ｌ　＝　４．５重量％Ｔｉ＝２．５重量％Ｍｏ＝２．０重量％Ｎ＝４．０重量％Ｔａ＝２．０重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％ｃ＝ｏ、ｏｓ重量％ＹｚＯｓ　””１．１重量％Ｎｉ　＝残余（Ｈ，Ｆ、　Ｍｅｒｒｉｃｋ、、ｔ、、　Ｒ，Ｃｕｒｗ
ｉｃｋ及び’１．　Ｇ、　Ｋｉｍ。

ＮＡＳＡ　　Ｒｅｐｏｒｔ　　ＣＲ−１３５１５０、Ｃ
ｏｎｔｒａｃｔ　　ＮＡＳ−３−１９６９４，１９７７
、Ｃ１ｅｖｅｌａｎｄ、　０ｈｉｏ、　ＵＳＡ％並びに
Ｒ，Ｃ，Ｂｅｎｎ。

Ｌ、ＲｌＣｕｒｗｉｃｋ及びＧ、Ａ、　Ｊ、　Ｈａｃｋ
ｌＰｏｗｄｅｒ　Ｍｅｔ。

１９８１、！１ｈ４、ｐ、１９１−１９５参照）この合
金は、高温度において優秀な機械的性質を有しているに
も拘らず、多数の使用例において耐酸化性及び耐硫化性
の点で運転の要求を満たすものではない。

耐腐食性を改善するために、Ｉ　ＮＣ０社は別の新しい
合金を開発した。この合金は次の組成を有する：Ｃｒ＝２Ｏ．０重量％Ａ　Ｎ　＝　６．０重量％Ｍｏ＝２．０重量％Ｗ＝３．５重量％Ｚｒ＝０．１９重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％ｙ２ｏ３＝１．１重量％Ｎｉ　−残余ＭＡ６０００に比してＣｒ及びＩＡｌの含量の大きいこ
の合金は確かに改善された耐食性を有しているが、特定
温度領域における脆弱相の形成によって不安定化し、機
械的性質を劣化させる。

主衾夙叫敬肌本発明の基本的課題は、可能な最高の耐熱性、特にクリ
ープ限界を確保するとともに、ｌｆ！！弱相の形成が避
けられて非常に高い耐硫化性を有する酸化物分散硬化ニ
ッケル基超合金を与えるにある。

この課題は、本明細書の冒頭で述べた種類のニッケル基
超硬合金で、次の組成を有するものにより解決される：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａ　１　＝　６．０重量％Ｍｏ＝２．０重量％Ｗ＝３．５重量％Ｔａ＝２．０重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％ｃ＝ｏ、ｏｓ重量％Ｙ、Ｏ，＝１．１重量％Ｎｉ　＝残余主光里■人旌■皿様本発明は次の諸実施例により明らかにされる。

実施例Ｉ次の組成の合金を調製した：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａβ＝６．０重量％Ｍｏ＝２．０重量％Ｗ＝３．５重量％Ｔａ＝２．０重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％ＹｚＯｚ＝１．１重量％Ｎｉ＝残余最初に、Ｙ　ｚ　Ｏ３を除いた上記組成の溶融体をつく
り、高圧のアルゴンを用いて微粒化させて粉末とした。

この粉末は比較的粗大なものであった。

３００μｍを超える直径の粒子をふるい上にとどめ、ふ
るい下に残ったものを次の工程に用いた。

この合金粉末に、粒子の最大直径１μｍ、微結晶の最大
直径１１００ｎの微細なＹ　ｚ　Ｏ３粉末を混合した。

次いで混合粉末を磨砕機中でアルゴン雰囲気下に３６時
間混合して機械的に合金化した。使用した磨砕機は西ド
イツＭｅｔｚｓｃｈ社製のＳ−１型でその容量は３１で
、充填物として１２に＋ｒの鋼球を含んだものであった
。この場合、粉末の容量は１ｋｇであった。

次に、機械的に合金化された粉末を、外直径７３璽１、
高さ７５ｍの軟鋼製円筒容器に充填した。

全体を真空中で３０゛０℃に加熱し、円筒容器を気密に
溶封した。次いで、こうして封入された粉末を、押出し
機により９７５℃で棒状に押出し成形した。この棒状物
の直径（押出し機の圧縮比＝１４：１）は約１９．５　
龍であった。鋼の表面層を旋削して除いた。従って棒状
物の直径は最終的に１８ｍとなった。次に棒状物をゾー
ン焼鈍プロセス（Ｚｏｎｅｎｇｌｉｉｈｐｒｏｚｅｓｓ
）にかけた。８°Ｃ／　ｗを越える値の温度勾配により
、長さ対幅の比が１０を越える、長さ方向に向けられた
粒が得られた。

このものの機械的性質を検討した。特に、種々の温度で
５Ｘ１０’時間の期間に対するクリープ限度を測定して
、次の測定値を得た。

温度（”Ｃ）　　　　クリープ限度（ＭＰａ）酸化及び
腐食に対する抵抗は、商品名Ｍ　Ａ　６０００を有する
既知の合金に比して良好であった。

滑かな表面を有する試験片を空気中で温度サイクルにか
け、１０００回のサイクルの後に単位面積あたりの比重
量変化を測定した。サイクルの一周期は約１時間であっ
た。試験片を温度１０００°Ｃに加熱し、この温度に１
時間放置し、次いで５００℃／分の速度で冷却し、再び
加熱した。この操作を繰返した。この場合の重量変化は
耐酸化性の尺度となる。

重量変化は、合金ＭＡ６０００では−１０，５ｍｇ／ａ
ｎｔ（表面積）であったのに対して、この場合は＋　０
．５　ｍｇ／ｃ＋＋！　（表面積）Ｔ：；ｊｏッだ。

実施例■ 次の組成の合金を調製した：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａβ＝６．０重量％Ｍｏ＝２．０重量％Ｗ＝３．５重量％Ｔａ＝２．０重量％Ｈｆ＝１．０重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％ｙ２ｏ、＋＝１．１重量％Ｎｉ　−残余粉末調製と以後の加工は、実施例■に記載された処理工
程段階に従った。

試験片の５Ｘ１０’時間の期間に対する測定されたクリ
ープ限界は、温度の関数として次の値を示した。

温度（”Ｃ）　　　　クリープ限度（ＭＰａ）耐酸化性
は、実施例Ｉの定義に従って重量変化によって測定され
て、＋　０．５　Ｂ／　ｃｎｌ　（表面積）であった。

実施例■ 次の組成の合金を調製した：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａβ＝６．０重量％Ｃｏ＝１０．０重量％Ｔａ＝５．０重量シ６Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重世％Ｙ２Ｏ，＝１．１重量％Ｎｉ　＝残余粉末調製と以後の加工は、実施例Ｉに記載された処理工
程段階に従った。

試験片の５Ｘ］、０’時間の期間に対する測定されたク
リープ限界は、温度の関数として次の値を示した。

温度（”Ｃ）　　　　クリープ限度（ＭＰａ）耐酸化性
は、実施例■に従って重量変化によって測定されて、そ
の値は＋０．４　ｍｇ／　ｃｒＫ　（表面積）であった
。

本発明は前記諸実施例に限られるものではない。

好適には、本発明の超合金は次の組成範囲内にある：Ｃｒ＝１７〜１８重量％Ａｊ２＝６〜７重量％Ｍｏ＝２〜２．５重量％ｗ　　＝３〜３．５重量％Ｔａ−２〜２．５重量％Ｚｒ〈０．２重量％Ｂ＜０．０２重量％Ｃ＜　０．１重量％Ｙ２Ｏ３＝ｉ〜１．５重量％Ｎｉ＝残余ハフニウムを添加した、更に有利な本発明の超合金は次
の組成を有する：Ｃｒ＝１７〜１８重量％Ａ１＝６〜７１＝６〜７＝２〜２．５重量％ｗ　　＝３〜３．５重世％Ｔａ−２〜２．５重量％Ｈｆ＝０．５〜１．５重量％Ｚｒ＜０．２重量％Ｂ　＜　０．０２重量％Ｃ＜　０．１重量％Ｙ２Ｏ３＝１〜１．５重量％Ｎｉ＝残余ハフニウムは特に横強度を改善する。

本発明の超合金は、次の表に示されるようにコバルトを
合金元素として含むことができる。

Ｃｒ＝１６〜１８重量％／ｌ！＝６〜７重量％Ｃｏ＝８〜１０重螢％Ｔａ＝５〜７重量％Ｚｒ＜０．２重量％Ｂ＜０．０２重量％Ｃ＜　０．１重量％Ｙ２Ｏ３−１〜１．５重量％Ｎｉ　＝残余コバルトは強度を増大させ、加工性を改善するものであ
る。

特に次の組成のものが有利であることが示された：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａ　ｌ　＝　６．０　　重量％Ｃｏ＝８．０　　重量％Ｔａ＝６．５　　重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％ＹｚＯｓ＝１．１重量％

Claims

【特許請求の範囲】１、下記の組成：Ｃｒ＝１７〜１８重量％Ａｌ＝６〜７重量％Ｍｏ＝２〜２．５重量％Ｗ＝３〜３．５重量％Ｔａ＝２〜２．５重量％Ｚｒ＜０．２重量％Ｂ＜０．０２重量％Ｃ＜０．１重量％Ｙ＿２Ｏ＿３＝１〜１．５重量％Ｎｉ＝残余を有することを特徴とする、改良された耐食性を有する
酸化物分散硬化ニッケル基超合金。２、下記の組成：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａｌ＝６．０重量％Ｍｏ＝２．０重量％Ｗ＝３．５重量％Ｔａ＝２．０重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％Ｙ＿２Ｏ＿３＝１．１重量％Ｎｉ＝残余を有することを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
の改良された耐食性を有する酸化物分散硬化ニッケル基
超合金。３、下記の組成：Ｃｒ＝１７〜１８重量％Ａｌ＝６〜７重量％Ｍｏ＝２〜２．５重量％Ｗ＝３〜３．５重量％Ｔａ＝２〜２．５重量％Ｈｆ＝０．５〜１．５重量％Ｚｒ＜０．２重量％Ｂ＜０．０２重量％Ｃ＜０．１重量％Ｙ＿２Ｏ＿３＝１〜１．５重量％Ｎｉ＝残余を有することを特徴とする、改良された耐食性を有する
酸化物分散硬化ニッケル基超合金。４、下記の組成：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａｌ＝６．０重量％Ｍｏ＝２．０重量％Ｗ＝３．５重量％Ｔａ＝２．０重量％Ｈｆ＝１．０重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％Ｙ＿２Ｏ＿３＝１．１重量％Ｎｉ＝残余を有することを特徴とする、特許請求の範囲第３項記載
の改良された耐食性を有する酸化物分散硬化ニッケル基
超合金。５、下記の組成：Ｃｒ＝１６〜１８重量％Ａｌ＝６〜７重量％Ｃｏ＝８〜１０重量％Ｔａ＝５〜７重量％Ｚｒ＜０．２重量％Ｂ＜０．０２重量％Ｃ＜０．１重量％Ｙ＿２Ｏ＿３＝１〜１．５重量％Ｎｉ＝残余を有することを特徴とする、改良された耐食性を有する
酸化物分散硬化ニッケル基超合金。６、下記の組成：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａｌ＝６．０重量％Ｃｏ＝１０．０重量％Ｔａ＝５．０重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％Ｙ＿２Ｏ＿３＝１．１重量％Ｎｉ＝残余を有することを特徴とする、特許請求の範囲第５項記載
の改良された耐食性を有する酸化物分散硬化ニッケル基
超合金。７、下記の組成：Ｃｒ＝１７．０重量％Ａｌ＝６．０重量％Ｃｏ＝８．０重量％Ｔａ＝６．５重量％Ｚｒ＝０．１５重量％Ｂ＝０．０１重量％Ｃ＝０．０５重量％Ｙ＿２Ｏ＿３＝１．１重量％Ｎｉ＝残余を有することを特徴とする、特許請求の範囲第５項記載
の改良された耐食性を有する酸化物分散硬化ニッケル基
超合金。