(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-13
(45)【発行日】2024-05-21
(54)【発明の名称】耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金、及び耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法及び応用
(51)【国際特許分類】
C22C 19/05 20060101AFI20240514BHJP
C22F 1/10 20060101ALI20240514BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20240514BHJP
【FI】
C22C19/05 C
C22F1/10 H
C22F1/00 611
C22F1/00 623
C22F1/00 624
C22F1/00 626
C22F1/00 630K
C22F1/00 630M
C22F1/00 631A
C22F1/00 650A
C22F1/00 651B
C22F1/00 681
C22F1/00 691
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
(21)【出願番号】P 2023528611
(86)(22)【出願日】2021-08-10
(86)【国際出願番号】 CN2021111913
(87)【国際公開番号】W WO2022100169
(87)【国際公開日】2022-05-19
【審査請求日】2023-07-13
(31)【優先権主張番号】202011262753.1
(32)【優先日】2020-11-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】523175672
【氏名又は名称】チャイナ ユナイテッド ガスタービン テクノロジー カンパニー リミテッド
(73)【特許権者】
【識別番号】523175683
【氏名又は名称】ベイジン ベイエ ファンクショナル マテリアルズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100096091
【氏名又は名称】井上 誠一
(72)【発明者】
【氏名】束 国▲剛▼
(72)【発明者】
【氏名】文 新理
(72)【発明者】
【氏名】董 建新
(72)【発明者】
【氏名】章 清泉
(72)【発明者】
【氏名】江 河
(72)【発明者】
【氏名】李 振瑞
(72)【発明者】
【氏名】▲劉▼ ▲偉▼
(72)【発明者】
【氏名】余 志勇
(72)【発明者】
【氏名】彭 劼
(72)【発明者】
【氏名】柳 海波
(72)【発明者】
【氏名】魏 然
(72)【発明者】
【氏名】李 国超
【審査官】川村 裕二
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第110756795(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第110643856(CN,A)
【文献】特開2009-191301(JP,A)
【文献】国際公開第2011/071054(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22C 19/00-19/07
C22F 1/00- 1/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金であって、
C:0.04~0.08%、Cr:18.50~21.50%、Co:9.00~11.00%、Mo:8.00~9.00%、Al:2.00~3.00%、Ti:1.10~1.49%、Nb:0.81~2.00%、B:0.003~0.009%、Sc:0.001~0.10%、及び0.02%以下であるZrを含み、残部は、ニッケルと不可避な不純物であり、質量百分率含有量で計算されると、前記合金中の元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量は11.59%≦Al+Ti+Mo≦13.0%という関係式を満たす、
ことを特徴とする耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金。
【請求項2】
前記不純物は、W≦0.50%、Fe≦1.50%、Si≦0.10%、Mn≦0.10%、P≦0.008%、S≦0.008%、Ta≦0.10%、Cu≦0.20%である、
ことを特徴とする請求項1に記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金。
【請求項3】
前記合金中の元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は、1.40%≦(Al
-1.8Sc)/Ti≦2.6%という関係式を満たす、
ことを特徴とする請求項1に記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金。
【請求項4】
前記合金中の元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は、2.22%≦(Al
-1.8Sc)/Ti≦2.25%という関係式を満たす、
ことを特徴とする請求項3に記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金。
【請求項5】
C:0.04~0.08%、Cr:18.50~21.50%、Co:9.00~11.00%、Mo:8.00~9.00%、Al:2.50~3.00%、Ti:1.10~1.49%、Nb:0.81~2.00%、B:0.003~0.009%、Sc:0.001~0.10%、及び0.02%以下であるZrを含み、残部は、ニッケルと不可避な不純物であり、質量百分率含有量で計算されると、前記合金中の元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量は11.59%≦Al+Ti+Mo≦13.0%という関係式を満たし、元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は2.22%≦(Al
-1.8Sc)/Ti≦2.25%という関係式を満たす、
ことを特徴とする請求項1に記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金。
【請求項6】
請求項1~5のいずれかに記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の航空エンジンへの応用。
【請求項7】
請求項1~5のいずれかに記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金のガスタービンへの応用。
【請求項8】
請求項1~5のいずれかに記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法であって、
a、設計用量の原料を真空で溶解し、精製してガスを除去し、真空で合金インゴットに鋳造するステップと、
b、ステップaで取得された合金インゴットを電極棒に鍛造コギングし、再溶融して合金インゴットを取得し、必要な素材に鍛造コギングし、加工した後、熱処理するステップと、を含む、
ことを特徴とする耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法。
【請求項9】
前記ステップbにおいて、再溶融して得られた合金インゴット直径≦200mmである場合、拡散アニリングを行わず、再溶融して得られた合金インゴット直径>200mmである場合、拡散アニリングを行い、拡散アニリング温度は1150~1200℃であり、アニリング時間は12~24時間である、
ことを特徴とする請求項8に記載の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願の相互引用]
本願は、出願番号が「202011262753.1」であり、出願日2020年11月12日である中国特許出願の優先権と権益を主張し、上記中国特許出願のすべての内容はここで導入によって本出願に組み込まれる。
【0002】
本発明は金属材料の分野に属し、具体的に耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金に関し、特にこの耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法に関し、さらに、この耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の応用に関する。
【背景技術】
【0003】
航空エンジンとガスタービンなどの装備には大量の精密ホットエンド部品があり、その特徴は高温と大荷重条件下で良好な寸法精度を持って機能安定性を保証することであり、一般的に高温合金を用いて製造される。これらの部品には筒部、配管部品、締結部品などが含まれ、形状が複雑で、耐用温度が高い(一般的に600~800℃)、板材、管材または棒材が低温曲げ、溶接、車、フライスなどの多くの工程を経て加工されたものであり、合金の加工性能、溶接性能、耐クリープ性、耐久寿命などの要求が比較的に高く、現在使用されている合金はNimonic263、R~41、Waspaloy、Haynes282、HastelloyX、Haynes230、Inconel718などである。
【0004】
航空エンジンとガスタービンの設計レベルと応用技術の発展に伴い、ガスの初期温度はますます高くなり、ガスタービンを例として、現在最も先進的なG級とH級ガスタービンのガス初期温は1450~1500℃に達し、将来のJ級ガスタービンのガス初期温度は1600~1700℃に達し、航空エンジンとガスタービン精密ホットエンド部品の合金本体が受ける温度も800~950℃に達するため、合金の800~950℃の高温機械的性質に対して日増しに厳しい要求を提出した。
【0005】
Nimonic263、HastelloyX、Haynes230合金は良好な加工性能を持っているが、これらの合金は800℃以下の長期動作しかできず、800℃以上の高温強度と耐クリープ性は深刻に不足しており、Inconel 718合金は良好な加工性能を持っているが、650℃以下でしか動作できず、より高温では組織の安定性が失われて性能が劣化する。R~41とWaspaloyの強化相γ′の含有量が高く、析出速度が速く、素材の熱間加工(鍛造、熱間圧延)、熱処理又は部品の冷加工(低温曲げ、旋削、溶接など)難度はいずれも比較的に高く、航空エンジンとガスタービンの中で複雑な加工技術を経験する必要がある精密ホットエンド部品の製造には適しない。そしてR~41の816℃、221MPa、100h条件でのクリープ塑性伸び率(εp)は約1%であり、Waspaloyに対応するこの値は1%より大きく、この2種類の合金の89MPa、927℃の条件での耐久寿命(τ)はいずれも100h以下であり、この2種類の合金の耐クリープ性と耐久寿命は先進的な航空エンジンとガスタービンの設計要件を満たしていないことがわかる。Haynes 282合金は比較的に良い室温と高温機械的性質を持ち、同時に加工と溶接が容易であるが、3点の不足も存在する:1)耐クリープ性が低く、816℃、221MPa、100h条件でのクリープ塑性伸び率は約1%である、2)耐久寿命が不足し、89MPa、927℃の条件での耐久寿命が200h以下である、3)許容される動作温度が低くて、現在、実際の工事応用ではガスタービンのオーバーホール周期が8年前後であることが考慮されるため、Haynes 282合金を使用して製造された部品が安全に8年のオーバーホール周期に乗り切ることを確保するために、その最高使用温度は800℃前後に厳しく制限されている。
【0006】
そのため、優れた耐クリープと耐久寿命を有するニッケル基変形高温合金の開発が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は発明者の以下の事実と問題に対する発見と認識に基づいてなされたものである。現在先進的な航空エンジンとガスタービンは精密ホットエンド部品の初期加工精度と組立精度に対して極めて高い要求があるだけでなく、800~950℃の高温長期動作中に過剰な塑性変形が発生しないことが要求され、すなわち合金が優れた耐クリープ性を有することが要求され、オーバーホール周期が到来する前に部品の故障が発生したり、オーバーホール時に分解や交換が困難にならないようにする。また、精密ホットエンド部品のオーバーホール周期をさらに延長することが望ましいため、合金の高温耐久寿命に対してより厳しい要求が提出される。具体的な性能指標としては、816℃、221MPa、100hの条件での合金のクリープ塑性伸び率(εp)が0.5%以下、89MPa、927℃の条件での耐久寿命(τ)が200h以上に達し、同時にその他の主な機械的性質指標は既存の合金を下回らないと望ましい。現在、Nimonic 263、R~41、Waspaloy、Haynes 282、HastelloyX、Haynes 230、Inconel 718などの精密ホットエンド部品に使用されている合金は、すべて上記の耐クリープ、長寿命の要求を満たすことができない。
【0008】
本発明は、すくなくともある程度関連技術の技術的課題の1つを解決することを目的とする。
【0009】
そのために、本発明の第1の態様の実施例は耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金を提案し、前記合金は優れた耐クリープ性と耐久寿命を有し、在816℃、221MPa、100hの条件でのクリープ塑性伸び率は0.5%以下であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は200h以上であり、合金が先進的な航空エンジンとガスタービン設計及び使用の要求を満たすことができ、先進的な航空エンジンとガスタービンなどの装備中の長期的に動作する精密ホットエンド部品の製造に適用される。
【0010】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金は、C:0.04~0.08%、Cr:18.50~21.50%、Co:9.00~11.00%、Mo:8.00~9.00%、Al:2.00~3.00%、Ti:1.10~1.49%、Nb:0.81~2.00%、B:0.003~0.009%、Sc:0.001~0.10%を含み、残部は、ニッケルと不可避な不純物であり、質量百分率含有量で計算されると、前記合金中の元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量は11.59%≦Al+Ti+Mo≦13.0%という関係式を満たす。
【0011】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金による利点及び技術的効果は以下の通りである:1、本発明の実施例では、高Al、低Ti、高Nbの強化元素設計方案を採用し、従来のNi3(Al、Ti)を改質し、Alをより高く、同時にNbを含むNi 3(Al、Ti、Nb)強化相を形成し、従来のNi3(Al、Ti)強化相より高温に耐えられる、2、本発明の実施例の合金にはSc元素が添加され、Scの添加は本発明の実施例の合金に新たな強化機構を導入し、Scを含むNi3(Al、Ti、Nb)複合強化相を形成し、単一の従来の強化相Ni 3(Al、Ti)、Ni 3(Al、Ti、Nb)より高温に強く、安定であり、合金の耐クリープ性と耐久寿命を著しく向上させる、3、本発明の実施例の合金中のScの添加は溶鋼の前処理に対する作用があり、Scは鋳放し組織を微細化し、鋳塊のデンドライト偏析を著しく改善し、この点は合金の熱間加工性能を向上させ、引張応力方向の合金の割れ問題を改善し、鍛造、熱間圧延などの熱変形中の割れを防止し、他方で、合金インゴットに高温長時間の拡散アニリングを行う必要がなく、ただ短い拡散アニリング時間だけを採用する必要があり、エネルギー消費を低減し、生産コストを低減し、同時に生産サイクルを短縮し、生産効率を向上させることができる、4、本発明の実施例では、添加されたScは結晶粒界に対する後処理作用を有し、すなわち溶鋼を浄化するだけでなく、液-固転移過程中と転移完了後も、Scは依然として結晶粒界を浄化し強化可能であり、S、P、五害元素とその他の不可避な低融点不純物元素が結晶粒界で偏集しにくく、結晶粒界が高温でクリープ空洞を形成することを防止する、5、本発明の実施例の合金には、元素Al、Ti、及びMoの質量百分率含有量が関係式11.59%≦Al+Ti+Mo≦13.0%を満たすことが定義され、合金が、優れた耐クリープ性と耐久寿命を有するだけでなく、優れた溶接性能を有し、816℃、221MPa、100hの条件で、本発明の実施例のニッケル基変形高温合金のクリープ塑性伸び率は0.5%以下であり、89MPa、927℃の条件で、合金の耐久寿命は200h以上に達し、先進的な航空エンジンとガスタービンの設計と使用の要求を満たすことができ、先進的な航空エンジンとガスタービンなどの装備中の長期的に動作する精密ホットエンド部品の製造に適用される、6、本発明の実施例の合金は優れた耐クリープ性と耐久寿命を有すると同時に、密度が8.25g/cm3を超えないため、合金の自重が軽く、航空エンジンの燃料消費の低減、機動性の向上に有利であると同時に、ガスタービンの運転中の振動をできるだけ小さくするという要求を満たし、振動破壊の形成を防止することができる。
【0012】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金では、ここで、前記不純物は、W≦0.50%、Fe≦1.50%、Si≦0.10%、Mn≦0.10%、P≦0.008%、S≦0.008%、Ta≦0.10%、Cu≦0.20%である。
【0013】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金では、ここで、前記合金中の元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は、1.40%≦(Al-1.8Sc)/Ti≦2.6%という関係式を満たす。
【0014】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金では、ここで、前記合金中の元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は、2.22%≦(Al-1.8Sc)/Ti≦2.25%という関係式を満たす。
【0015】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金では、ここで、前記合金は0.02%以下であるZrをさらに含む。
【0016】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金は、C:0.04~0.08%、Cr:18.50~21.50%、Co:9.00~11.00%、Mo:8.00~9.00%、Al:2.50~3.00%、Ti:1.10~1.49%、Nb:0.81~2.00%、B:0.003~0.009%、Sc:0.001~0.10%を含み、残部は、ニッケルと不可避な不純物であり、質量百分率含有量で計算されると、前記合金中の元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量は11.59%≦Al+Ti+Mo≦13.0%という関係式を満たし、元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は2.22%≦(Al-1.8Sc)/Ti≦2.25%という関係式を満たす。
【0017】
本発明の第2の態様の実施例は、耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の航空エンジンへの応用を提供する。
【0018】
本発明の第2の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の航空エンジンへの応用の利点と技術的効果は以下の通りである。本発明の第1の態様の実施例の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金は先進的な航空エンジンの設計と使用の要求を満たし、先進的な航空エンジンの精密設備に応用することができる。
【0019】
本発明の第3の態様の実施例は耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金のガスタービンへの応用を提供する。
【0020】
本発明の第3の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金のガスタービンへの応用の利点と技術的効果は以下の通りである。本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金はガスタービンの設計と使用の要求を満たし、ガスタービンの精密設備に応用することができる。
【0021】
本発明の第4の態様の実施例は耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法を提供し、その特徴は、
a、本発明の第1の態様の実施例の合金設計に使用される量の原料を真空下で溶解し、精製してガスを除去し、真空で合金インゴットに鋳造するステップと、
b、ステップaで取得された合金インゴットを拡散アニリングすることなく直接電極棒に鍛造コギングし、再溶融して合金インゴットを取得し、所望のビレットに鍛造コギングし、加工後に熱処理するステップと、を含む。
【0022】
本発明の第4の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法の利点と技術的効果は以下の通りである。本発明の実施例の方法で製造されたニッケル基変形高温合金は、優れた耐クリープ性、耐久寿命及び優れた溶接性能を有し、先進的な航空エンジンとガスタービンの設計と使用の要求を満たすことができ、本発明の実施例の製造方法で製造された合金インゴットは、拡散アニリング処理を不要にするか、又は短い拡散アニリング時間を採用するだけで成分均一化の効果を達成することができ、エネルギー消費を低減すると同時に、生産期間を短縮し、生産効率を向上させる。
【0023】
本発明の第4の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法は、前記ステップbにおいて、再溶融して得られた合金インゴット直径≦200mmである場合、拡散アニリングを行わず、再溶融して得られた合金インゴット直径>200mmである場合、拡散アニリングを行い、拡散アニリング温度は1150~1200℃であり、アニリング時間は12~24時間である。
【課題を解決するための手段】
【0024】
以下、本発明の実施例を詳細に説明し、実施例は例示的であり、本発明を説明するためのものであり、本開示に対する制限として理解されたくない。
【0025】
本発明の第1の態様に係る実施例の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金は、C:0.04~0.08%、Cr:18.50~21.50%、Co:9.00~11.00%、Mo:8.00~9.00%、Al:2.00~3.00%、Ti:1.10~1.49%、Nb:0.81~2.00%、B:0.003~0.009%、Sc:0.001~0.10%を含み、残部は、ニッケルと不可避な不純物であり、質量百分率含有量で計算されると、前記合金中の元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量は11.59%≦Al+Ti+Mo≦13.0%という関係式を満たす。好ましくは、前記不純物は、W≦0.50%、Fe≦1.50%、Si≦0.10%、Mn≦0.10%、P≦0.008%、S≦0.008%、Ta≦0.10%、Cu≦0.20%である。さらに、本発明の実施例のニッケル基変形高温合金は0.02%以下であるZrをさらに含むことができる。
【0026】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金は、高Al、低Ti、高Nbの強化元素設計案を採用し、従来のNi3(Al、Ti)を改質し、Alをより高く、同時にNbを含むNi 3(Al、Ti、Nb)強化相を形成し、従来のNi3(Al、Ti)強化相より高温に耐えられ、本発明の実施例の合金にはSc元素が添加され、Scの添加は本発明の実施例の合金に新たな強化機構を導入し、Scを含むNi3(Al、Ti、Nb)複合強化相を形成し、単一の従来の強化相Ni 3(Al、Ti)、Ni 3(Al、Ti、Nb)より高温に強く、安定であり、合金の耐クリープ性と耐久寿命を著しく向上させる。本発明の実施例の合金中のScの添加は溶鋼の前処理に対する作用があり、Scは鋳放し組織を微細化し、鋳塊のデンドライト偏析を著しく改善し、この点は合金の熱間加工性能を向上させ、引張応力方向の合金の割れ問題を改善し、鍛造、熱間圧延などの熱変形中の割れを防止し、他方で、合金インゴットに高温長時間の拡散アニリングを行う必要がない、ただ短い拡散アニリング時間だけを採用する必要があり、エネルギー消費を低減し、生産コストを低減し、同時に生産サイクルを短縮し、生産効率を向上させることができる。本発明の実施例では、添加されたScは結晶粒界に対する後処理作用を有し、すなわち溶鋼を浄化するだけでなく、液-固転移過程中と転移完了後も、Scは依然として結晶粒界を浄化し強化可能であり、S、P、五害元素とその他の不可避な低融点不純物元素が結晶粒界で偏集しにくく、結晶粒界が高温でクリープ空洞を形成することを防止する。本発明の実施例の合金には、元素Al、Ti、及びMoの質量百分率含有量が関係式11.59%≦Al+Ti+Mo≦13.0%を満たすことが定義され、合金が、優れた耐クリープ性と耐久寿命を有するだけでなく、優れた溶接性能を有し、816℃、221MPa、100hの条件で、本発明の実施例のニッケル基変形高温合金のクリープ塑性伸び率は0.5%以下であり、89MPa、927℃の条件で、合金の耐久寿命は200h以上に達し、先進的な航空エンジンとガスタービンの設計と使用の要求を満たすことができ、先進的な航空エンジンとガスタービンなどの装備中の長期的に動作する精密ホットエンド部品の製造に適用される。本発明の実施例の合金は優れた耐クリープ性と耐久寿命を有すると同時に、密度が8.25g/cm3を超えないため、合金の自重が軽く、航空エンジンの燃料消費の低減、機動性の向上に有利であると同時に、ガスタービンの運転中の振動をできるだけ小さくするという要求を満たし、振動破壊の形成を防止することができる。
【0027】
本発明の第1の態様の実施例の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金中の各成分の作用は以下の通りである。
【0028】
C:Cはニッケル基高温合金の中で主に凝固末期にMC型炭化物を形成することによって加熱時のオーステナイト結晶粒の成長を抑制し、熱処理時に結晶粒界に沿ってM23C6などの炭化物を形成し、結晶粒界を強化する役割を果たし、クリープ空洞の萌出、拡大及び合体を遅らせ、それによって合金の高温耐久寿命を向上させることができ、Cの含有量が0.04%未満である場合、十分な数のMCとM 23 C 6を形成するのに不足する。Cの含有量が高すぎると形成されるMCサイズが大きく、かつ合金中のMo、Cr、Ti、及びNbを過剰に消費し、一方ではMo、Crの固溶強化作用を減少させるだけでなく、他方ではNi 3(Al、Ti)とNi 3(Al、Ti、Nb)の複合強化相を形成するためのTiとNbは減少し、合金の高温耐クリープ性と耐久性に不利な影響を与えるため、Cは0.08%を超えないように制御すべきである。
【0029】
Cr:Crの最も主な作用は合金の抗酸化性能を高めることであり、一定の固溶強化効果を持ち、時効処理後にCと結合して結晶分布に沿った粒状状M23C6を形成することもでき、結晶粒界を強化する役割を果たす。しかし、Crの含有量が高すぎると、トポロジカル密集相が形成されやすく、合金の長期組織性能の安定性が低下するため、その含有量は一般的に25%を超えず、本発明の実施例では抗酸化性能と長期組織性能の安定性を両立することを考慮して、Crの含有量を18.50~21.50%に制御する。
【0030】
Co:Coは重要な固溶強化元素であり、重要な析出強化元素でもある。Co元素はマトリックス中に固溶して合金に良好な固溶強化効果を提供し、マトリックス積層欠陥エネルギーを著しく低下させ、転位幅を広げ、転位を束集しにくくして交差滑りを発生させ、これによって合金のクリープ性と耐久寿命を向上させることができる。CoはNi 3 Al型相の一部を代替して強化相中の元素を析出し、相の長期動作中の安定性を改善することもでき、Coはまた、マトリックス中のAl、Ti元素の固溶度を低下させ、γ′強化相の析出を促進し、その析出数と固溶温度を向上させることもできる。Coの含有量が9%未満である場合、高温強度が低く、Coの含有量が11%を超えると、長期動作中に性能に影響するη相が形成されやすいため、Coの含有量を9.00~11.00%に制御する。
【0031】
Mo:Moは主な固溶強化元素の1つであり、合金マトリックスとγ′強化相の両方に固溶し、かつ原子間結合力、拡散活性化エネルギー、及び再結晶温度を向上させることができるため、高温強度を効果的に向上させる。しかし、Moが高すぎると、長期高温時効でμ相が発生しやすく、合金の靭性が低下する。したがって、Moの含有量を8.00~9.00%に制御する。
【0032】
W:WはMoと類似する物理化学的性質を持ち、ニッケル基高温合金におけるWの作用は主に固溶強化であり、その原子半径は比較的大きく、ニッケルの原子半径より10%以上大きいため、固溶強化効果は明らかである。しかし、Wは高温腐食を促進する元素であり、長期動作時に有害なδ相が形成され、合金の強度や靭性が低下する。また、Wの密度は大きく、その密度は19.25g/cm3であり、ニッケル基合金に少量のWを添加すると、合金の密度が著しく増加し、製造される部品の重量が増加する。 本発明の実施例の合金は、軽ければ軽いほど良い航空エンジンやガスタービンに主に使用されることを考慮し、本発明の実施例の合金にWを添加しない。
【0033】
Al、Ti及びNb:この3つは、時効強化型ニッケル基合金における強化相γ′の形成元素であり、一般に、この3つの含有量が多くなると、γ′の数が多くなり、高温クリープと耐久性能が向上すると考えられるが、γ′が多すぎると溶接性能が劣化し、加工性能が損なわれる。また、Ti、NbはCと結合してMC型炭化物を形成し、高温で結晶粒界成長や結晶粒界滑りを阻害して高温で機械的性質を向上させる役割を果たすが、Ti、Nbが多すぎると大きな粒子のMC型炭化物が形成されるため、かえって合金の機械的性質に不利である。本発明の研究により、合金の高温機械的性質はγ′相の量だけでなく、その成分組成と特性にも依存し、Al、Ti、Nbの総量は変化せず、Al、Ti、Nbの割合の最適化により、最適なγ′強化効果が得られることがわかった。本発明の実施例の合金中の高Al、低Ti、高Nbの強化元素設計案を採用し、従来のNi3(Al、Ti)を改質し、Alの含有量が多く、NbとScの両方を含むNi3(Al、Ti、Nb)が形成され、従来のNi3(Al、Ti)強化相より高温に耐えられることにより、合金の耐クリープ性と耐久寿命が向上する。3つの具体的な制御範囲は、Al:2.00~3.00%、好ましくは2.50~3.00%、Ti:1.10~1.49%、Nb:0.81~2.00%である。
【0034】
Sc:Scが希土類元素に属するか否かに対して、学界で議論があり、その作用に対しては希土類元素と簡単に等号をつけてはいけない。鉄鋼材料への希土類添加は広く採用されているが、La、Ce、Ndなどの希土類元素がよく使われており、鉄鋼材料へのScの応用についてはほとんど報告されておらず、学術界における希土類元素の機能に対する認識も比較的に一般的かつ大雑把であり、いくつかの希土類元素の作用をすべての希土類元素の作用に一般化することが多く、偏在性の問題が存在し、一般的には希土類元素の作用は介在物の除去、結晶粒界の浄化、耐酸化性及び酸化膜の接着力の向上であると考えられており、具体的な各種類の希土類元素の作用に対しての研究と認識は少ない。現在、Scの金属材料における応用は主にアルミニウム合金に集中しており、一般的にアルミニウム合金の製錬中にScを添加することでAl3Sc変質剤を形成できると考えられ、凝固核率を向上させ、鋳造組織を微細化し、偏析を軽減し、合金の強度と靭性を著しく向上させる。Scの高温合金への添加及びその作用メカニズムについてはまだ詳細な科学報告が見られなかった。本発明の研究により、本発明の実施例の合金におけるScの適量添加は主に3つの作用があることを発見した:1)Scの溶鋼に対する前処理作用、Scは凝固核率を高め、鋳型結晶粒を細分化し、鋳塊のデンドライト偏析を顕著に改善し、この点は合金の熱間加工性能を向上させ、引張応力方向の合金の割れ問題を改善し、鍛造、熱間圧延などの熱変形中の割れを防止し、他方で、合金インゴットに高温長時間の拡散アニリングを行う必要がない、ただ短い拡散アニリング時間だけを採用する必要があり、エネルギー消費を低減し、生産コストを低減し、同時に生産サイクルを短縮し、生産効率を向上させることができる、2)Scの添加により新たな強化メカニズムが導入され、Scを含むNi3(Al、Ti、Nb)複合強化相を形成し、単一の従来の強化相Ni 3(Al、Ti)、Ni 3(Al、Ti、Nb)より高温に強く、安定であり、合金の耐クリープ性と耐久寿命を著しく向上させる、3)Scは結晶粒界に対する後処理作用を持ち、すなわち溶鋼を浄化するだけでなく、液-固転移過程中と転移完了後も、Scは依然として結晶粒界を浄化し強化可能であり、不純物元素S、P、五害元素及び不可避的な低融点有害元素を結晶粒界で偏重合しにくく、これによって結晶粒界が高温でクリープ空洞を形成することを防止するため、合金クリープ、耐久などの高温機械的性質を向上させることができる。Scの添加は、本発明の実施例の合金が耐クリープと長寿命の利点を有する主な理由の1つであり、Scの添加が少なすぎると作用が明らかではなく、添加が多すぎると合金中のAl元素を過剰に消費し、大きなサイズのAl3Scが形成され、微細なNi 3(Al、Ti、Nb)強化相の形成を減少させ、かえって合金の強度と塑性に不利であり、本発明の実施例の合金にとって、適切なScの含有量は0.001~0.1%に制御すべきである。
【0035】
B:Bの作用は主に2つの点で表現され、1つはBの原子半径が非常に小さくて、約85ピコメートルしかなくて、Ni原子半径は約135ピコメートル、そのためB原子は結晶粒界で富集しやすく、有害な低融点元素が結晶粒界で偏集することができなくて、このように結晶粒界の結合力が向上し、2つは、結晶粒界上のホウ化物は結晶粒界滑り、空洞の萌出と拡大を阻止することができ、合金の耐クリープ性と耐久寿命の向上に有利である。しかし、Bが多すぎると合金の熱間加工性能と溶接性能が悪化するため、本発明の実施例の合金は、0.003~0.009%のBの含有量を選択するのに適用される。
【0036】
Fe:Feはニッケル基高温合金中では有害元素であるが、工業生産には不可避であり、本発明の実施例の合金では1.50%以下のFeが許容されているため、微量のFeを含む原料や返送材を工業生産において経済的に利用することができ、合金の生産コストを合理的なレベルに抑えることができる。
【0037】
Zr:Zrは結晶粒界を浄化し、結晶粒界の結合力を高めるのに役に立ち、ZrとBの複合添加は合金の高温強度と耐久寿命を維持するのに役立つが、過剰なZrは熱間加工割れを引き起こし、溶接性を損なうことがあり、本発明の実施例の合金はZrを0.02%以下に制御する。
【0038】
Ni:Niは最も重要なマトリックス元素と析出強化相γ’の形成元素であり、Niをマトリックスとして、Cr、Mo、Co、Cなどの異なる作用を持つ合金元素を大量に固溶することができ、Ni基高温合金の組織は非常に強い安定性を持ち、優れた高温強度、靭性及び加工成形性能を持ち、先進的な航空エンジンとガスタービンの耐クリープ、長寿命精密ホットエンド部品の製造に適用される。
【0039】
本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金は、ここで、前記合金中の元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は、1.40%≦(Al-1.8Sc)/Ti≦2.6%という関係式を満たし、好ましくは、2.22%≦(Al~1.8Sc)/Ti≦2.25%である。発明者らは、本発明の実施例のニッケル基変形高温合金は、元素Al、Sc及びTiが1.40%≦(Al-1.8Sc)/Ti≦2.6%という条件を満たす場合、析出相の熱安定性をさらに向上させ、ニッケル基変形高温合金の耐クリープ性及び耐久寿命を著しく向上させることができ、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.2%以下に低下することができ、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は300h以上に達すことができ、特に2.22%≦(Al-1.8Sc)/Ti≦2.25%である場合、89MPa、927℃条件で、本発明の実施例のニッケル基変形高温合金の耐久寿命は330h以上に達すことができることを実験の過程で明らかにした。
【0040】
本発明の第2の態様の実施例は、耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の航空エンジンへの応用を提供する。本発明の第1の態様の実施例の耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金は先進的な航空エンジンの設計と使用の要求を満たし、先進的な航空エンジンの精密設備に応用することができる。
【0041】
本発明の第3の態様の実施例は耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金のガスタービンへの応用を提供する。本発明の第1の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金はガスタービンの設計と使用の要求を満たし、ガスタービンの精密設備に応用することができる。
【0042】
本発明の第4の態様の実施例によって提供される耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法によれば、以下のステップを含む。
a、本発明の第1の態様の実施例の合金設計用量の原料を真空で溶解し、原料をすべて溶解した後、精製してガスを除去し、真空で合金インゴットに鋳造する。
b、ステップaで取得された合金インゴットを電極棒に鍛造コギングし、再溶融して合金インゴットを取得し、再溶融して得られた合金インゴット直径≦200mmである場合、拡散アニリングを行わず、再溶融して得られた合金インゴット直径>200mmである場合、拡散アニリングを行い、拡散アニリング温度は1150~1200℃であり、アニリング時間は12~24時間であり、必要な素材に鍛造コギングし、鍛造品、板材、ストリップ、棒材、管材、線材(溶接ワイヤを含む)または粉末冶金用材料に加工した後、熱処理するために用いられる。
【0043】
本発明の第4の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法によれば、製造されたニッケル基変形高温合金は、優れた耐クリープ性、耐久寿命及び優れた溶接性能を有し、先進的な航空エンジンとガスタービンの設計と使用の要求を満たすことができ、本発明の実施例の製造方法で製造された合金インゴットは、拡散アニリング処理を不要にするか、又は短い拡散アニリング時間を採用するだけで成分均一化の効果を達成することができ、エネルギー消費を低減すると同時に、生産期間を短縮し、生産効率を向上させる。
【0044】
本発明の第4の態様の実施例に係る耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金の製造方法によれば、ここで、前記熱処理は1回の固溶と2回の時効を含み、先に固溶熱処理を行い、溶接、低温曲げなどの成形加工を経てから2回の時効熱処理を行う。固溶制度は:固溶温度1100~1170℃、温度制御精度は±10℃以内、製品サイズに基づいて保温時間を決定し、空冷または水冷方式で冷却し、前記一次時効制度は:950~1010℃、温度制御精度は±10℃以内、保温1~3h、空冷に相当する冷却速度で冷却し、前記二次時効制度は:750~800℃、温度制御精度は±10℃以内、保温時間は8~10h、空冷に相当する冷却速度で冷却する。
【0045】
以下実施例と併せて本発明を詳細に説明する。
【0046】
実施例1
設計配合比に基づいて純度が要求を満たす原材料を秤量し、真空誘導溶融炉に入れて、真空条件で溶融し、すべての原料が溶解した後、0.1~0.5 Paの真空条件を維持し、30~35minの精製を行ってガスを除去し、精製終了後、真空条件で合金インゴットに鋳造し、合金インゴットを電極棒に鍛造コギングし、保護雰囲気電気残渣炉で再溶解した後、直径が230mmである合金インゴットを取得し、合金インゴットを拡散アニリングを行い、拡散アニリング温度が1180℃であり、時間は12hであり、鍛造コギング温度は1100℃であり、三火鍛造で40mm厚スラブになり、さらに一火圧延で20mm厚板と5mm厚板になり、20mm厚の板材を1150℃で1h固溶し、水冷し、さらに1010℃×2h空冷+788℃×8h空冷の時効処理により、耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金を取得し、その機械的性質を測定し、5mm厚の板材は1150℃で1h固溶し、水冷し、板材と同成分の溶接ワイヤを使用して、TIG溶融溶接方法を用いて2枚の5mm厚の板材を合わせて溶接し、その溶接性能を測定する。実施例1で製造した合金成分を表1に、性能を表2に示す。
【0047】
実施例2
設計配合比に基づいて純度が要求を満たす原材料を秤量し、真空誘導溶融炉に入れて、真空条件で溶融し、すべての原料が溶解した後、0.1~0.5 Paの真空条件を維持し、30~35minの精製を行ってガスを除去し、精製終了後、真空条件で合金インゴットに鋳造し;合金インゴットを電極棒に鍛造コギングし、真空自己消耗炉で再溶融した後、直径が200mmである合金インゴットを取得し、拡散アニリングを行わず、鍛造コギング温度は1050℃、三火鍛造で40mm厚スラブになり、さらに一火圧延で20mm厚板と5mm厚板になり、20mm厚の板材を1150℃で1h固溶し、水冷し、さらに1010℃×2h空冷+788℃×8h空冷の時効処理により、耐クリープ、長寿命ニッケル基変形高温合金を取得し、その機械的性質を測定し、5mm厚の板材は1150℃で1h固溶し、水冷し、板材と同成分の溶接ワイヤを使用して、MIG溶融溶接方法を用いて2枚の5mm厚の板材を合わせて溶接し、その溶接性能を測定する。実施例2で製造した合金成分を表1に、性能を表2に示す。
【0048】
実施例3~10は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分であり、実施例3~10で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例1
比較例1は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量の和はAl+Ti+Mo=11.49%であり、比較例1で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例2
比較例2は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量の和はAl+Ti+Mo=11.40%であり、比較例2で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例3
比較例3は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量の和はAl+Ti+Mo=13.34%であり、比較例3で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例4
比較例4は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量の和はAl+Ti+Mo=13.25%であり、比較例4で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例5
比較例5は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Scの含有量は0.0005%であり、比較例5で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例6
比較例6は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Scの含有量は0.19%であり、比較例6で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例7
比較例7は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Nbの含有量は0.25%であり、比較例7で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例8
比較例8は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Nbの含有量は2.23%であり、比較例8で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例9
比較例9は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Alの含有量は1.45%であり、比較例9で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例10
比較例10は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Alの含有量は3.15%であり、比較例10で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例11
比較例11は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Tiの含有量は0.95%であり、比較例11で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例12
比較例12は実施例1の製造方法と同じであり、異なる点は合金成分中にあり、Tiの含有量は1.55%であり、比較例12で製造された合金成分は表1を参照し、性能は表2を参照する。
比較例13
比較例13は商用Haynes282合金であり、すなわち合金成分が出願番号201210057737.8を満たす特許に開示されている合金であり、この特許の方法で製造された試験例Hにおける合金成分は、C:0.088%、Cr:19.3%、Co:10.8%、Mo:4.6%、Al:1.63%、Ti:1.85%、B:0.003%、Nb:0.04%、Fe:0.2%、W:6.1%であり、残部はNiであり、比較例13で製造された合金性能は表2を参照する。
比較例14
比較例14は出願番号201910811805.7である特許に開示されている合金であり、この特許の方法で製造された実施例2の合金成分は:C:0.04%、Cr:18.3%、Co:9.5%、Mo:8.5%、Al:1.5%、Ti:1.9%、Zr:0.02%、B:0.005%、Nb:0.2%、V:0.05%、Fe:1.2%、Si:0.1%、Mn:0.2%、P:0.006%、S:0.001%、Nd:0.02%であり、残部はNiであり、比較例14で製造された合金性能は表2を参照する。
注:表中の各元素の含有量はすべてwt%で記載される。
注:1、εpは時効状態合金の816℃、221MPa、100h条件でのクリープ塑性伸び率である。
2、τは時効状態合金の89MPa、927℃の条件での耐久寿命であり、δは時効状態合金の89MPa、927℃の条件での耐久破断伸び率である。
3、Rp0.2は時効状態合金の室温引張降伏強度であり、Rmは時効状態合金の室温引張強度であり、Aは時効状態合金の室温拉伸破断伸び率である。
4、溶接割れの測定条件は、国家エネルギー業界標準NB/T 47013.5~2015に従って蛍光浸透と着色浸透という2種類の方法を利用して5mm板材溶接部の表面品質を測定し、国家標準GB/T 3323.1~2019に従ってX線を用いて5mm板材溶接部の内部品質を測定する。
5、表の(Al
-1.8Sc)/Ti、Al+Ti+Moの含有量はすべてwt%で記載される。
【0049】
表1と表2の各実施例と比較例の合金成分と性能データから分かるように、実施例1~10では、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量は関係式11.59≦Al+Ti+Mo≦13.0を満し、816℃、221MPa、100h条件で、クリープ塑性伸び率はいずれも0.5%以下であり、89MPa、927℃条件で、合金の耐久寿命はいずれも200h以上に達し、いずれも先進的な航空エンジンとガスタービン設計と使用の要件を満たす。特に実施例1~6、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量は、関係式11.59≦Al+Ti+Mo≦13.0を満たし、元素Al、Sc及びTiの質量百分率含有量は関係式1.40≦(A-1.8Sc)/Ti≦2.6を満たし、この2つの条件を満たす実施例1~6で製造されたニッケル基変形高温合金は、非常に優れた耐クリープ性と高温耐久寿命を有し、816℃、221MPa、100hの条件で合金のクリープ塑性伸びはいずれも0.2%以下であり、89MPa、927℃の条件での持久寿命はいずれも300h以上に達する。
【0050】
比較例1~2では、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量の和はAl+Ti+Moはそれぞれ11.49%及び11.40%であり、比較例1と2の合金が89MPa、927℃の条件での耐久寿命がほとんど200h以上に達したが、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率はいずれも0.5%以上であり、室温引張強度Rmも要求を満たせず、いずれも期待値1035MPaを下回る。
【0051】
比較例3~4では、元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量の和はAl+Ti+Moはそれぞれ13.34%と13.25%であり、比較例3と4の合金の816℃、221MPa、100hの条件でのクリープ塑性伸び率が0.2%以下であるが、89MPa、927℃の条件での耐久寿命はほとんど300hに達したが、溶接中に溶接割れが発生する。比較例3と比較例4の合金中の元素Al、Ti及びMoの質量百分率含有量の和が13%を超え、析出強化と固溶強化作用が強すぎ、時効状態降伏強度と引張強度の余裕量が大きく、優れた耐クリープ性と耐久寿命を持つが、溶接性が悪く、溶接割れが発生する。
【0052】
比較例5と比較例6では、Scの含有量はそれぞれ0.0005%と0.19%であり、比較例5の合金中のScの含有量が0.0005%である場合、Scの含有量が低すぎるため、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.878%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命はただ103.5時間であり、比較例6の合金中のScの含有量は0.19%であり、Scの含有量が高すぎるため、816℃、221MPa、100h条件下の合金のクリープ塑性伸び率は1.389%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命はただ45時間であり、比較例5と比較例6の耐クリープ及び耐久寿命はいずれも期待値に達していなく、このように、本発明の実施例のScの添加量は合金の耐クリープと耐久寿命に与える影響が非常に重要であり、本発明の実施例の合金では、Scの含有量が0.001~0.1%である。
【0053】
比較例7と8では、Nbの含有量はそれぞれ0.25%と2.23%であり、比較例7の合金では低Nbを採用し、Nbの含有量は0.25%であり、816℃、221MPa、100hの条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.808%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は180時間であり、期待値に達していなく、比較例8では、Nbの含有量は2.23%、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.126%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は352.4であり、比較例8の合金が優れた耐クリープ性と耐久寿命を有するが、89MPa、927℃の条件での耐久破断伸び率はただ5.8%であり、≧10.0%の期待値を達していない。合金中のNbの含有量を向上させることによって耐クリープ性と耐久寿命を高めることができるが、Nbの含有量が高すぎると破断伸び率が低下する。従って、本発明の実施例の合金中のNbの含有量は0.81~2.00%に制御される。
【0054】
比較例9と比較例10では、Alの含有量はそれぞれ1.45%と3.15%であり、比較例9の合金では、低Alを採用され、Alの含有量は1.45%であり、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.488%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命はただ105時間であり、比較例9中の合金はクリープ塑性伸び率が期待値に達したが、耐久寿命はただ105時間であり、比較例10では、Alの含有量は3.15%であり、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.178%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は352.3時間に達したが、比較例10の合金が優れた耐クリープ性と耐久寿命を有するが、89MPa、927℃の条件での破断伸び率はただ8.6%であり、≧10.0%の期待値に達していない。合金中のAlの含有量を向上させることによって耐クリープ性と耐久寿命を高めることができるが、Alの含有量が高すぎると破断伸び率が低下する。従って、本発明の実施例の合金中のAlの含有量は2.00~3.00%に制御される。
【0055】
比較例11と12では、Tiの含有量はそれぞれ0.95%和1.55%であり、比較例11の合金では、Tiの含有量は0.95%であり、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.187%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は212.5時間であり、比較例11の合金耐クリープ性と耐久寿命が要件を満たすことができるが、その室温引張強度Rmは1032MPaであり、期待値1035MPaより低く、要件を満たしていなく、比較例12中では、Tiの含有量は1.55%であり、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は0.14%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は345.6時間であり、比較例12の合金が優れた耐クリープ性と耐久寿命を有するが、89MPa、927℃の条件での破断伸び率はただ9.5%であり、≧10.0%の期待値に達していない。本発明の実施例の合金では、Tiの含有量が1.10~1.49%であることは好ましい。
【0056】
比較例13は商用282合金であり、比較例14は出願番号20118181805.7に開示された合金であり、これら2つの比較例の合金密度はいずれも実施例より高く、比較例13と比較例14の合金にはScが添加されておらず、また比較例13では低Al、高Ti、及び低Nbが採用され、比較例14では低Alと低Nbが採用され、試験により、比較例13の合金は、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は1.1%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は102時間であり、比較例14の合金は、816℃、221MPa、100h条件での合金のクリープ塑性伸び率は2.201%であり、89MPa、927℃の条件での耐久寿命は40.3時間であり、いずれも期待値に達していなく、進的な航空エンジンとガスタービンなどの装備中の長期的に動作する精密ホットエンド部品の要件を満たすことができない。
【0057】
本発明では、「1つの実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体的な例」、または「いくつかの例」などの用語は、当該実施例または例を併せて説明した具体的な特徴、構造、材料、または特性が、本発明の少なくとも1つの実施例または例に含まれることを意味する。明細書では、上記用語に対する概略的な説明は必ずしも同じ実施例又は例を対象とするとは限らない。また、説明された具体的な特徴、構造、材料または特性はいずれかまたは複数の実施例または例において適切な方式で結合することができる。また、互いに衝突しない限り、当業者は本明細書で説明された異なる実施例又は例、及び異なる実施例又は例の特徴を結合したり組み合わせたりすることができる。
【0058】
以上、本発明の実施例を示し、説明したが、なお、上記の実施例は例示的であり、本発明に対する制限として理解されたくなく、当業者は本発明の範囲内で上記の実施例を変更、修正、置換、及び変形することができる。