Ni基單結晶超合金的製作方法

2023-06-12 08:55:56

專利名稱：：Ni基單結晶超合金的製作方法
技術領域：
：本發明涉及使蠕變特性得到提高的Ni基單結晶超合金，特別涉及以提高耐氧化性為目的的Ni基單結晶超合金的改良。本發明要求基於2006年9月13日在日本申請的特願2006-248714號專利的優先權，在此援引其內容。
背景技術：
：航空機和燃氣輪機等的動葉片、靜葉片(動.靜翼)等在高溫下長時間使用的部件或產品，一般使用Ni基單結晶超合金作為材料。M基單結晶超合金是向作為基體材料的Ni(鎳)中添加Al(鋁)使Ni3Al型的析出物析出而進行強化，混合Cr(鉻)、W(鴒)、Ta(鉭)等高熔點金屬進行合金化，從而單結晶化而得到的超合金。該Ni基單結晶超合金中，已經開發出不含Re(錸)的第一代，含有約3%重量的Re的第二代，含有5-6%重量的Re的第三代，隨著更新換代其蠕變特性不斷提高。例如，已知有第一代Ni基單結晶超合金中的CMSX-2(Canon-Muskegon公司製造，參照專利文獻1);第二代Ni基單結晶超合金中的CMSX-4(Canon-Muskegon公司製造，參照專利文獻2);第三代Ni基單結晶超合金中的CMSX-10(Canon-Muskegon公司製造，參照專利文獻3)。上述Ni基單結晶超合金，在規定的溫度下進行固溶處理後，進行時效處理，由於強度提高而得到適當的金屬組織。該超合金，亦被稱為析出硬化型合金，具有作為奧氏體相的母相(Y相)和作為有序中間相(中間規則相)的析出相(Y'相)，所述析出相以在該母相中分散析出的形態存在。作為上述第三代Ni基單結晶超合金的CMSX-IO，是以與第二代Ni基單結晶超合金相比進一步提高高溫下的蠕變強度為目的的超合金。然而，因為該合金中的Re的組成比高，為5%重量以上，超過向母相(y相)中的Re固熔量，所以剩餘的Re和其他元素化合，在高溫下使所謂的TCP相(TopologicallyClosePacked相)析出。結果出現因高溫下長時間使用導致TCP相的量增加、蠕變強度下降的問題。為了解決上述第三代Ni基單結晶超合金存在的問題，開發出了通過添加抑制TCP相的Ru(釕)，且將其他構成元素的組成比設定為最佳範圍，使母相(y相)的晶格常數和析出相(f相)的晶格常數為最佳值，從而可以提高高溫下的強度的M基單結晶超合金。在這樣的Ni基單結晶超合金中，有含有至多約3%重量Ru的第四代和含有至多4%重量以上Ru的第五代，隨著更新換代，它們的蠕變強度較第三代有進一步的提高。例如，已知有第四代Ni基單結晶超合金中的TMS-138(NIMS-IHI公司製造，參照專利文獻4);第五代Ni基單結晶超合金中的TMS-162(NIMS-IHI公司製造，參照專利文獻5)等。上述作為第四代Ni基單結晶超合金的TMS-138和作為第五代Ni基單結晶超合金的TMS-162,是上述蠕變強度得到提高的超合金。然而，可知在1100°Cx500小時的條件下加熱試驗片時，重量變化量在負的方向上大。另外，對採用上述TMS-138的噴氣式引擎的實證試驗後的動葉片截面的元素分布圖(元素7'爿/elementalmap)進行調查，發現在葉片的最表面，層狀分布有Ni和Co(鈷)的氧化物，在其下粒狀分布有Al和Cr的氧化物。當Al的氧化物形成層狀時，因生長遲緩且穩定而牢固，形成抗氧化保護性被膜，但因為Ni和Co的氧化物生長快且與母材的粘附性低於Al的氧化物，所以產生剝離。因此，越進行氧化越會產生剝離現象，負的重量變化量變大。即，重量變化量大表示抗氧化性不優異。專利文獻l:美國專利第4,582,548號公報6專利文獻2:美國專利第4,643,782號公報專利文獻3:美國專利第5，366，695號公報專利文獻4:美國專利第6,966,956號公報專利文獻5:美國專利申請公開US2006/0011271號公報
發明內容發明所需解決的課題本發明正是鑑於上述問題而創意的，其目的在於，提供可以在保持作為第四代和第五代的Ni基單結晶超合金的特徵的高蠕變強度的同時，提高抗氧化性的Ni基單結晶超合金。解決課題的手段本發明的發明人在上述第四代和第五代的Ni基單結晶超合金的基礎上進行了深入研究，結果獲得如下的發現(1)通過將Al和Cr及Hf(鉿)設定為最佳範圍，可以在保持蠕變強度的同時提高抗氧化性；(2)通過增加抗氧化性優異的Cr的組成比，同時出於組織穩定性和抑制TCP相的考慮而進行組成比的優化，可以在保持蠕變強度的同時提高抗氧化性。基於所述發現完成了本發明。即，本發明的Ni基單結晶超合金具有如下的組成以重量比計，各成分為Al:5.00/。重量以上、7.0%重量以下，Ta:4，0%重量以上、10.0%重量以下，Mo(鉬)1.％重量以上、4.5%重量以下，W:4.0%重量以上、10.0%重量以下，Re:3.1%重量以上、8.0%重量以下，Hf:0.0%重量以上、2,0%重量以下，Cr:2.5%重量以上、8.5%重量以下，Co:0.0%重量以上、9.9%重量以下，Nb(鈮)0.0%重量以上、4.0%重量以下，Ru(釕)1.0%重量以上、14.0%重量以下，餘量為Ni和不可避免的雜質。這裡也可以使Hf和Cr的組成比為Hf:0.0%重量以上、0.5%重量以下，Cr:5.1%重量以上、8.5%重7量以下。再者，也可以使Hf、Cr、Mo及Ta的組成比為Hf:0.0%重量以上、0.5%重量以下，Cr:5.1%重量以上、8.5%重量以下，Mo:2.1%重量以上、4.5%重量以下，Ta:4.0%重量以上、6,0%重量以下。另外，本發明的Ni基單結晶超合金具有如下的組成以重量比計，各成分為Al:5.0%重量以上、6.5%重量以下，Ta:4.0%重量以上、6.5%重量以下，Mo:2.1%重量以上、4.0%重量以下，W:4.0%重量以上、6.0%重量以下，Re:4.5%重量以上、7.5%重量以下，Hf:0.1%重量以上、2.0%重量以下，Cr:2.5%重量以上、8.5%重量以下，Co:4.5%重量以上、9.5%重量以下，Nb:0.0%重量以上、1.5%重量以下，Ru:1.5%重量以上、6.5%重量以下，餘量為Ni和不可避免的雜質。這裡也可以使Cr的組成比為Cr:4.1%重量以上、8.5%重量以下；也可以使Cr的組成比為Cr:5.1%重量以上、8.5%重量以下。再者，既可以使Hf和Cr的組成比為Hf:0.1%重量以上、0.5%重量以下，Cr:4.1%重量以上、8.5。/。重量以下；也可以為Hf:0.1%重量以上、0.5%重量以下，Cr:5.1%重量以上、8.5%重量以下。再者，本發明的Ni基單結晶超合金具有如下的組成以重量比計，各成分為Al:5.5%重量以上、5.9%重量以下，Ta:4.7%重量以上、5.6%重量以下，Mo:2.2%重量以上、2.8%重量以下，W:4.4%重量以上、5.6%重量以下，Re:5.0%重量以上、6.8%重量以下，Hf:0.1%重量以上、2.0%重量以下，Cr:4.0%重量以上、6.7%重量以下，Co:5.3%重量以上、9.0%重量以下，Nb:0.0%重量以上、1.0%重量以下，Ru:2.3%重量以上、5.9%重量以下，餘量為Ni和不可避免的雜質。這裡也可以使Hf和Cr的組成比為Hf:0.1%重量以上、0.5%重量以下，Cr:5.1%重量以上、6.7%重量以下。另外，使上述本發明的Ni基單結晶超合金的OP(氧化參數)=5.5x[Cr(%重量)]+15.0x[Al(%重量)]+9.5x[Hf(%重量)]時，優選OP^108。也可以使OP值^113。另外，以重量比計，上迷本發明的Ni基單結晶超合金也可以含有1.0%重量以下的Ti(鈦)；另外，也可以含有B(硼)、C(碳)、Si(矽)、Y(釔)、La(鑭)、Ce(鈰)、V(釩)、Zr(鋯)中的至少一種成分。再者，優選所述各成分(重量比)為B:0.05%重量以下、C:0.15%重量以下、Si:0.1%重量以下、Y:0.1%重量以下、La:0.1%重量以下、Ce:0.1%重量以下、V:1%重量以下、Zr:0.1%重量以下。另外，使母相的晶格常數為al，使析出相的晶格常數為a2時，優選a2當0.999al，進一步優選為a2^0.9965al。另外，使？=-200+80[Mo(。/。重量)]-20[Mo(%重量)]2+200[W(。/。重量)]-14[W(%重量)]2+30[Ta(。/。重量)]-1.5[Ta(%重量)]2+2.5[Co(%重量)]+1200[Al(y。重量)]-100[Al(%重量)]2+100[Re(%重量)]+1000[Hf(%重量)]-2000[Hf(%重量)]2+700[Hf(%重量)]3時，也可以使P<4500。發明的效果根據本發明的Ni基單結晶超合金，通過將A1、Cr及Hf設定為最佳範圍，可以在保持蠕變強度的同時提高抗氧化性。另外，通過採用OP=5.5x[Cr(%重量)]+15.0x[Al(%重量)]+9.5x[Hf(%重量)]的參數，可以容易地將A1、Cr及Hf設定為最佳範圍。表示llO(TCxiooHrx5個循環後的合金的重量變化量(mg/cm2)的圖。表示llO(TCxiHrx50個循環後的合金的重量變化量(mg/cm2)的圖。表示圖2所示重量變化量的測量結果與OP值的關係的圖。表示圖1所示重量變化量的測量結果與OP值的關係的9圖。表示合金的蠕變斷裂時間(Hr)(夕y—7'，7。千^一破斷時間creeprupturetime)的測量結果的圖。表示llO(TCxioOH"5個循環後的合金的重量變化量(mg/cm2)的圖。表示圖6所示的重量變化量的測量結果與OP值的關係的圖。表示合金的蠕變斷裂時間(Hr)的測量結果的圖。表示90(TCxiooHr後的合金的重量變化量(mg/cmS)的圖。表示圖9所示的重量變化量的測量結果與OP值的關係的圖。具體實施例方式以下，對本發明的實施方式進行詳細說明。本發明的Ni基單結晶超合金是含有Al、Ta、Mo、W、Re、Hf、Cr、Co、Ru等成分和Ni(餘量)，並且含有不可避免的雜質的超合金。上述的Ni基單結晶超合金，例如是具有如下組成的超合金以重量比計，含有Al:5.0%重量以上、7.0%重量以下，Ta:4.0%重量以上、10.0%重量以下，Mo:1.1%重量以上、4.5。/。重量以下，W:4.0%重量以上、10.0%重量以下，Re:3.1%重量以上、8.0%重量以下，Hf:0.0%重量以上、2.0%重量以下，Cr:2.5%重量以上、8.5%重量以下，Co:0.0%重量以上、9.9%重量以下，Nb:0.0%重量以上、4.0%重量以下，Ru:1.0%重量以上、14.0%重量以下，餘量由Ni和不可避免的雜質組成。另外，上述的Ni基單結晶超合金，例如是具有如下組成的超合金以重量比計，含有Al:5.0%重量以上、6.5%重量以下，Ta:4.0%重量以上、6.5%重量以下，Mo:2.1%重量以上、4.0%重量以下，W:4.0%重量以上、6.0%重量以下，Re:4.5%重量以上、7.5%重量以下，Hf:0.1%重量以上、2.0%重量以下，Cr:2.5%重量以上、8.5%重量以下，Co:4.5%重量以上、9.5%重量以下，Nb:0.0%重量以上、1.5%重量以下，Ru:1.5%重量以上、6.5%重量以下，餘量由Ni和不可避免的雜質組成。另外，上述的Ni基單結晶超合金，例如是具有如下組成的超合金以重量比計，含有Al:5.5%重量以上、5.9%重量以下，Ta:4.7%重量以上、5.6%重量以下，Mo:2.2%重量以上、2.8%重量以下，w:4.4%重量以上、5.6%重量以下，Re:5.0%重量以上、6.8%重量以下，Hf:0.1%重量以上、2.0%重量以下，Cr:4.0%重量以上、6.7%重量以下，Co:5.3%重量以上、9.0%重量以下，Nb:0.0%重量以上、1.0%重量以下，Ru:2.3%重量以上、5.9%重量以下，餘量由Ni和不可避免的雜質組成。上述任一種超合金，均具有作為奧氏體相的y相(母相)和分散析出在該母相中作為有序中間相的y'相(析出相)。y'相主要由用Ni3Al表示的金屬間化合物形成。通過該y相提高Ni基單結晶超合金的高溫強度。由於本發明的特徵在於將Al、Cr及Hf設定為最佳範圍，因此在最開始對這些成分進行說明，接著對剩餘的成分進行說明。Cr是抗氧化性優異的元素，與Hf和Al共同提高Ni基單結晶超合金的高溫耐腐蝕性。Hf的重量比為2.0%重量以下時，更優選為0.1%重量以上、2.0%重量以下時，Cr的組成比(重量比)優選為2.5%重量以上、8.5%重量以下；較優選為4.1%重量以上、8.5%重量以下；更優選為4.0%重量以上、6.7%重量以下；最優選為5.1%重量以上、8.5%重量以下。另外，Hf的重量比為0.5%重量以下時，更優選為0.1%重量以上、0.5%重量以下時，Cr的組成比優選為4.1%重量以上、8.5%重量ii以下；更優選為5.1%重量以上、8.5%重量以下；最優選為5.1%重量以上、6.7%重量以下。若Cr的組成比低於2.5%重量，則不能確保所需的高溫耐腐蝕性，因此不優選；若Cr的組成比超過8.5。/。重量，則在y'相的析出受到抑制的同時生成cy相和p相等有害相，從而導致高溫強度下降，因此不優選。Al和Ni化合，以60%-70%的比例(以體積百分比計)形成用Ni3Al表示的金屬間化合物，從而提高高溫強度，該金屬間化合物構成在母相中微細均勻地分散析出的y'相。另外，Al是抗氧化性優異的元素，與Cr和Hf共同提高Ni基單結晶超合金的高溫耐腐蝕性。Al的組成比(重量比)優選為5.0%重量以上、7.0%重量以下；更優選為5.0%重量以上、6.5%重量以下；最優選為5.5%重量以上、5.9%重量以下。若Al的組成比低於5.0%重量，則Y'相的析出量變的不充分，不能確保所需的高溫強度、高溫耐腐蝕性，因此不優選；若Al的組成比超過7.0%重量，則形成大量被稱為共晶y'相的粗大7相，變得不能進行固溶處理，不能確保高的高溫強度，因此不優選。Hf是晶界偏析元素，偏聚在y相和y'相的晶界而強化晶界，由此提高高溫強度。另，Hf是抗氧化性優異的元素，與Cr和Al共同提高Ni基單結晶超合金的高溫耐腐蝕性。Hf的組成比(重量比)優選為2.0%重量以下；較優選為0.5%重量以下；更優選為0.1%重量以上、2.0%重量以下；最優選為0.1%重量以上、0.5%重量以下。若Hf的組成比低於0.01%重量，則Y'相的析出量變的不充分，不能確保所需的高溫強度，因此不優選。但，根據需要，也存在使Hf的組成比為0%重量以上、低於0.01%重量的情況。另外，若Hf的組成比超過2，0%重量，則有引起局部熔融而降低高溫強度的可能性，因此不優選。通過採用OP=5.5x[Cr(%重量)]+15.0x[Al(%重量)]+9.5x[Hf(%重量)]的參數，使其滿足OPS108的條件，更優選為滿足OP^113的條件，可以將上述的Cr、Hf及Al設定為最佳範圍。Mo在與W和Ta共存的狀態下，固熔於作為母相的y相從而增加高溫強度，同時因析出硬化而有助於提高高溫強度。另外，Mo對於後述的晶格錯配度及位錯網間距(転位網間隔)的改善具有很大的作用。Mo的組成比，優選為1.1%重量以上、4.5°/。重量以下；較優選為2.1%重量以上、4.5%重量以下；更優選為2.1%重量以上、4.0%重量以下；最優選為2.2%重量以上、2.8%重量以下。若Mo的組成比低於1.1%重量，則不能確保所需的高溫強度，因此不優選；相反，若Mo的組成比超過4.5%重量，則會導致高溫強度下降，繼而又導致高溫耐腐蝕性下降，因此不優選。如上所述，W在與Mo和Ta共存的狀態下，通過固熔強化和析出硬化的作用提高合金的高溫強度。W的組成比優選為4.0%重量以上、10.0%重量以下；更優選為4.0%重量以上、6.0%重量以下；最優選為4.4%重量以上、5.6%重量以下。若W的組成比低於4,0。/o重量，則不能確保所需的高溫強度，因此不優選；若W的組成比超過10.0%重量，則高溫耐腐蝕性下降，因此不優選。如上所述，Ta在與Mo和W共存的狀態下，通過固熔強化和析出硬化的作用提高高溫強度。另外，Ta的一部分相對於y'相析出硬化而提高高溫強度。Ta的組成比優選為4,0%重量以上、10.0%重量以下；較優選為4.0%重量以上、6.5%重量以下；更優選為4.0%重量以上、6.0%重量以下；最優選為4.7%重量以上、5.6%重量以下。若Ta的組成比低於4.0o/o重量，則不能確保所需的高溫強度，因13此不優選；若Ta的組成比超過10.0%重量，則生成ci相和p相，從而導致高溫強度下降，因此不優選。Co可以增大Al、Ta等在高溫下相對於母相的固熔限度，通過熱處理使微細的y'相分散析出，從而提高高溫強度。Co的組成比優選為0.0%重量以上、9.9%重量以下；更優選為4.5%重量以上、9.5%重量以下；最優選為5.3%重量以上、9.0%重量以下。若Co的組成比低於0.1。/。重量，則f相的析出量變得不充分，不能確保所需的高溫強度，因此不優選。但，根據需要，也存在使Co的組成比為0%重量以上、低於0.1%重量的情況。另，若Co的組成比超過9.9%重量，則失去與Al、Ta、Mo、W、Hf、Cr等其他元素之間的平衡，有害相析出，從而導致高溫強度下降，因此不優選。Re固熔於作為母相的y相，通過固熔強化提高高溫強度。另外，Re還有提高耐腐蝕性的效果。另一方面，若大量添加Re,則在高溫時析出作為有害相的TCP相，有可能導致高溫強度下降。Re的組成比優選為3.1%重量以上、8.0%重量以下；更優選為4.5%重量以上、7.5%重量以下；最優選為5.0%重量以上、6.8%重量以下。若Re的組成比低於3.1%重量，則y相的固熔強化變得不充分，不能確保所需的高溫強度，因此不優選；若Re的組成比超過8.0。/o重量，則高溫時析出TCP相，變得不能確保高的高溫強度，因此不優選。Ru抑制TCP相的析出，由此提高高溫強度。Ru的組成比優選為1.0%重量以上、14.0%重量以下；更優選為1.5%重量以上、6.5%重量以下；最優選為2.3%重量以上、5.9%重量以下。若Ru的組成比低於1.0%重量，則高溫時析出TCP相，變得不能確保高的高溫強度。另外，若Ru的組成比超過14.0%重量，則e14相析出，從而導致高溫強度下降，因此不優選。本發明的特徵在於將Al、Cr及Hf設定為最佳範圍，但除此之外，通過調整Ta、Mo、W、Co、Re及Ni的組成比，將由y相的晶格常數和y相的晶格常數算出的晶^4普配度(後述)及位錯網間距設定為最佳範圍，可以提高高溫強度，同時通過添加Ru,可以抑制TCP相的析出。另外，特別是通過將A1、Cr、Ta及Mo的組成比設定為上述的範圍，可以降低合金的製造成本。再者，可以提高疲勞強度，並使將晶格錯配度和位錯網間距設定為最佳值在實施上成為可能。另外，為了提高抗氧化性而將Cr的組成比設為較高時，若組織穩定性受影響，也可以用Nb置換Ta的組成比的一部分，若晶格錯配度變為較大的負值，可以將Mo的組成比設為較低，若為了進一步抑制TCP相，可以將Ru的組成比設為4交高。另，在諸如1273K(IOO(TC)至1373K(1IO(TC)的高溫下的使用環境中，使構成作為母相的y相的結晶的晶4^常數為al，使構成作為析出相的y相的結晶的晶格常數為a2時，優選al和a2的關係為a2^0.999al。即，優選析出相結晶的晶格常數a2不大於母相結晶的晶格常數al減去自身的0.1%所得值。進一步優選析出相結晶的晶格常數a2是母相結晶的晶格常數al的0.9965以下。此時，上述的al和a2的關係變為a2^0.9965al。需要說明的是，將析出相結晶的晶格常數a2相對於母相結晶的晶格常數al的百分比稱為"晶格錯配度"。上述晶格常數al、a2具有這種關係時，析出相通過熱處理在母相中析出時，由於析出相在荷重方向的垂直方向上連續延伸地析出，因此位錯缺陷在應力下在合金組織中移動的情況變少，可以提高蠕變強度。根據上述的Ni基單結晶超合金，通過添加Ru，可以抑制高溫使用時TCP相的析出，該TCP相是導致蠕變強度下降的原因。另外，通過將其他構成元素的組成比設定為最佳範圍，可以使將母相(y相)15的晶格常數和析出相(/相)的晶格常數設定為最佳值成為可能。由此，可以提高高溫下的蠕變強度。另外，上述的Ni基單結晶超合金可以進一步含有Ti。此時，Ti的組成比優選為1.0%重量以下。若Ti的組成比超過1.0%重量，則有害相析出，從而導致高溫強度下降，因此不優選。另外，上述的Ni基單結晶超合金可以進一步含有Nb。此時，Nb的組成比優選為4.0%重量以下，更優選為1.5%重量以下，最優選為1.0%重量以下。若Nb的組成比超過4.0%重量，則有害相析出，從而導致高溫強度下降，因此不優選。另外，以(Ta+Nb+Ti)的總計計，通過將Ta、Nb以及Ti的組成比設為4.0%重量以上、10.0%重量以下，也可以提高合金的高溫強度。另外，在上述的Ni基單結晶超合金中，除了不可避免的雜質之外，例如，還可以含有B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zr等。在含有B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zr中的至少一種成分時，各個成分的組成比，優選為B:0.05Q/o重量以下；C:0.15%重量以下；Si:0.1%重量以下；Y:0.1%重量以下；La:0.1%重量以下；Ce:0.1%重量以下；V:1%重量以下；Zr:0.1%重量以下。若上述各個成分的組成比超出上述的範圍，則有害相析出，從而高溫強度下降，因此不優選。另，在上述的Ni基單結晶超合金中，在用P=-200[Cr(%重量)]十SOx[Mo(。/。重量)]-20[Mo(。/。重量)]2+200[W(。/。重量)]-14[W(%重量)]2+30[Ta(Q/。重量)]-1.5[Ta(%重量)]2+2.5[Co(%重量)]+1200[Al(0/。重量)]-100[Al(%重量)]2+100[Re(%重量)]+1000[Hf(%重量)]-2000[Hf(%重量)]2+700[Hf(%重量)]3規定的參數P值中，優選使P<4500。P值的功能是用於預測上式中的組成的整體性效果，特別是高溫蠕變斷裂強度的參數。對於所述P值的說明，在日本特開平10-195565號中詳述。需要說明的是，在現有的Ni基單結晶超合金中，有的會產生逆16分配，而本發明的Ni基單結晶超合金不會產生逆分配。實施例1接著，例示實施例，對本發明的效果進行說明。使用真空熔煉爐製備各種Ni基單結晶超合金的熔體，用該合金熔體鑄造多個組成不同的合金鑄錠。各合金鑄錠(參考例1-4、實施例l-15)的組成比如表1所示。表1試料(合金名)元素(％重量)OP值AlTaMoWReHfCrCoNbRuNi參考例15.95.92.95.94.90.12.95.92.0餘量105.4參考例25.75.62.85.65.80.13.25.83.6餘量104.1參考例35.65.02.65.66.90.13.25.60.55.0餘量102.6參考例45.85.83.95.84.90.12.95.86.0餘量103.9實施例15.85.12.45.25.10.16.25.80.53.3餘量121.5實施例25.95.12.45.65.20.15,15.S0.52.5餘量117.5實施例35.85.22.65.55.80.14.25.80.53.7餘量110.8實施例45.64.92.35.16.80.15.25.80.55.9餘量113.6實施例55.65.62.45.06.40.14.85.65.0餘量111.4實施例65.65.02.45.06.40.14.65.60.65.0餘量110.3實施例75.65.62.34.46.40.16.75.65.0餘量121.8實施例85.85.62.45.45.00.15.15.82.7餘量116.0實施例95.S5.62.25.15.00.15.95.83,1餘量120.4實施例105.85.62.14.85.00.16.65.83.5餘量124.3實施例116.15.52.15.22.10.72.95.70.9餘量114.1實施例126.35.52.25.31.41.62.95.71.4餘量125.9實施例135.95.92.95.92.92.13.15.92.0餘量125.5實施例145.85.62.45.25.60.15.15.83.6餘量116.0實施例155.75.62.24.65.60.16.75.83.6餘量123.3接著，對合金鑄錠進行固溶處理和時效處理，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察合金組織的狀態。實施例1-15中的固溶處理，使初始固溶溫度為1503K(123(TC)至1573K(130(TC)，經過多級步驟，分階段升高溫度，升溫至1583K(1310。C)至1613K(1340。C)的最終固溶溫度，保持幾小時直至成為目的組織為止，之後進行冷卻。該固溶處理所需的處理時間為6-40小時。另外，實施例1-4中的時效處17理，只是在1273K(IOO(TC)至1423K(1150。C)下保持4小時的1次時效處理；實施例5-15中的時效處理是連續進行的處理，其包括在1273K(IOOO"C)至1423K(1150。C)下保持4小時的1次時效處理和在1143K(870。C)下保持16-20小時的2次時效處理。結果，在各試料的組織中均未確_〖人到TCP相。接著，對實施了固溶處理和時效處理的各試料，進行測定重量變化量的試驗。對於實施例1-4，將各實施例的合金試驗片放置在保持於1373K(IIO(TC)的大氣壓熱處理爐中，以100小時的間隔取出，測量經過500小時後(5個循環)的重量。其結果如圖1所示。為了進行比較，對參考例l、3及4也進行了同樣的測量。如本圖所示，在參考例中可見超過"-40mg/cn^"的重量變化量，但在本發明的實施例中，該值均低於參考例。實施例2的值是比較接近參考例的值，但實施例1和4的值為參考例1和4的值的大約一半，在實施例3中，得到1/10以下的值。另外，對於實施例5-15，將各實施例的試驗片放置在保持於1373K(110(TC)的大氣壓熱處理爐中，以l小時的間隔取出，測量經過50小時後(50個循環)的重量。其結果如圖2所示。為了進行比較，對參考例l-4也進行了同樣的測量。如本圖所示，在參考例中可見超過"-14mg/cm&的重量變化量，但在本發明的實施例中，該值均低於參考例。若將參考例中重量變化量最小的參考例4與各實施例進行比較，結果可知即使實施例中重量變化量大的實施例5和6的值也僅是參考例4的值的大約一半。另外，圖3是表示圖2所示的重量變化量的測量結果與OP值的關係的圖。這裡，縱軸表示重量變化量(mg/cm2)，橫軸表示表1所示的OP值。從本圖可知，在參考例1-4和實施例5-15中，重量變化量和OP值之間存在相關關係。具體而言，可以分類為標準1(Criterial)和標準2(Criteria2)，如果超過標準2的標準而在OP值(108)以上，可知重量變化量較參考例1-4小，即可得到抗氧化性優異的Ni基單結晶超合金。再者，可知要求更高的抗氧化性時，只要超過標準1的標準而在OP值(113)以上的範圍內設定組成即可。另外，圖4是表示圖1所示重量變化量的測量結果與OP值的關係的圖。縱軸表示重量變化量(mg/cm2),橫軸表示表1所示的OP值。從圖4可知，對於實施例1-4也可以得到與圖3大致相同的結果。接著，對於實施例1-3、實施例5-8、實施例10、實施例14、實施例15，測量其蠕變斷裂時間(Hr)。結果如圖5所示。為了進行比較，對參考例1-4也進行了同樣的測量。蠕變斷裂時間(Hr)是在1000°C'245MPa及110CTC.137MPa的溫度及應力的各條件下，測得的各個試料到蠕變斷裂為止的時間(壽命)。如本圖所示，對於實施例1和實施例2，得到蠕變斷裂時間(Hr)比蠕變斷裂時間(Hr)短的參考例1更低的結果，但對於其它的實施例，得到同等或高於參考例1的結果。另外，作為實施例16-22，通過與實施例1-15同樣的方法鑄造多個組成不同的合金鑄錠。各合金鑄錠的組成比如表2所示。表2tableseeoriginaldocumentpage19接著，對實施了固溶處理和時效處理的各種試料進行測量重量變化量的試驗。即，對於實施例16-22，將各實施例的合金試驗片放置在保持於1373K(110(TC)的大氣壓熱處理爐中，以100小時的間19隔取出，測量經過500小時後(5個循環)的重量。其結果如圖6所示。為了進行比較，對參考例l、3及4也進行了同樣的測量。如本圖所示，在參考例中可見超過"-40mg/cm&的重量變化量，但在本發明的實施例中，其值均低於參考例。另外，圖7是表示圖6所示的重量變化量的測量結果與OP值的關係的圖。縱軸表示重量變化量(mg/cm2),橫軸表示表2所示的OP值。從圖7可知，對於實施例16-22也可以得到與圖3和圖4大致相同的結果。接著，對於實施例16-22，測量它們的蠕變斷裂時間(Hr)。其結果如圖8所示。為了進行比較，對參考例l-4也進行了同樣的測量。如本圖所示，對於實施例19,得出蠕變斷裂時間(Hr)比蠕變斷裂時間(Hr)短的參考例1更低的結果，但對於其它的實施例，得到高於參考例1的結果。再者，對於實施例16-22，將各實施例的合金試驗片放置在保持於1173K(90(TC)的大氣壓熱處理爐中，測量經過100小時後的重量。其結果如圖9所示。為了進行比較，對參考例l-3也進行了同樣的測量。如本圖所示，在參考例中可見超過"1.3mg/cm&的重量變化量，但在本發明的實施例中，其值均低於參考例。另外，圖10是表示圖9所示的重量變化量的測量結果與OP值的關係的圖。此處，縱軸表示重量變化量(mg/cm2)，橫軸表示表2所示的OP值。從圖IO可知，對於實施例16-22,也可以得到與圖3、圖4及圖7大致相同的結果。產業上的利用可能性根據本發明的Ni基單結晶超合金，通過將Al、Cr及Hf設定為最佳範圍，可以在保持蠕變強度的同時，提高抗氧化性。權利要求1.Ni基單結晶超合金，其具有如下的組成以重量比計，各成分為Al5.0％重量以上、7.0％重量以下，Ta4.0％重量以上、10.0％重量以下，Mo1.1％重量以上、4.5％重量以下，W4.0％重量以上、10.0％重量以下，Re3.1％重量以上、8.0％重量以下，Hf0.0％重量以上、2.0％重量以下，Cr2.5％重量以上、8.5％重量以下，Co0.0％重量以上、9.9％重量以下，Nb0.0％重量以上、4.0％重量以下，Ru1.0％重量以上、14.0％重量以下，餘量為Ni和不可避免的雜質。2.權利要求1的Ni基單結晶超合金，其中，使Hf為0.0。/。重量以上、0.5%重量以下，使Cr為5.1%重量以上、8.5%重量以下。3.權利要求1的Ni基單結晶超合金，其中，使Hf為0.0%重量以上、0.5%重量以下，使Cr為5.1%重量以上、8.5%重量以下，使Mo為2.1%重量以上、4.5%重量以下，使Ta為4.0%重量以上、6.0%重量以下。4.Ni基單結晶超合金，其具有如下的組成以重量比計，各成分為Al:5.0%重量以上、6.5%重量以下，Ta:4.0%重量以上、6.5%重量以下，Mo:2.1%重量以上、4.0%重量以下，W:4.0%重量以上、6,0%重量以下，Re:4.5%重量以上、7.5%重量以下，Hf:0.1%重量以上、2.0%重量以下，Cr:2.5%重量以上、8.5%重量以下，Co:4.5。/。重量以上、9.5%重量以下，Nb:0.0%重量以上、1.5%重量以下，Ru:1.5%重量以上、6.5%重量以下，餘量為Ni和不可避免的雜質。5.權利要求4的Ni基單結晶超合金，其中，使Cr為4.1%重量以上、8.5。/。重量以下。6.權利要求4的Ni基單結晶超合金，其中，使Cr為5.1%重量以上、8.5%重量以下。7.權利要求4的Ni基單結晶超合金，其中，使Hf為0.1。/。重量以上、0.5%重量以下，使Cr為4.1%重量以上、8.5%重量以下。8.權利要求4的Ni基單結晶超合金，其中，使Hf為0.1。/。重量以上、0.5%重量以下，使Cr為5.1%重量以上、8.5%重量以下。9.Ni基單結晶超合金，其具有如下的組成以重量比計，各成分為Al:5.5%重量以上、5.9%重量以下，Ta:4.7%重量以上、5.6%重量以下，Mo:2.2%重量以上、2.8%重量以下，W:4.4%重量以上、5.6%重量以下，Re:5.0%重量以上、6.8%重量以下，Hf:0.1%重量以上、2.0%重量以下，Cr:4.0%重量以上、6.7%重量以下，Co:5.3%重量以上、9.0%重量以下，Nb:0.0%重量以上、1.0%重量以下，Ru:2.3%重量以上、5.9%重量以下，餘量為Ni和不可避免的雜質。10.權利要求9的Ni基單結晶超合金，其中，使Hf為0.1%重量以上、0.5%重量以下，使Cr為5.1%重量以上、6.7%重量以下。11.權利要求1-10中任一項的Ni基單結晶超合金，其中，使OP(氧化參數)=5.5x[Cr(%重量)]+15.0x[Al(%重量)]+9.5x[Hf(%重量)]時，OP^108。12.權利要求1-10中任一項的Ni基單結晶超合金，其中，使OP(氧化參數)=5.5x[Cr(%重量)]+15.0x[Al(%重量)]+9.5x[Hf(0/。重量)]時，OP值^113。13.權利要求1-10中任一項的Ni基單結晶超合金，其中，以重量比計，進一步含有1.0%重量以下的Ti。14.權利要求1-10中任一項的Ni基單結晶超合金，其中，進一步含有B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zr中的至少一種成分。15.權利要求14的Ni基單結晶超合金，其中，以重量比計，各成分為B:0.05%重量以下、C:0.15%重量以下、Si:0.1%重量以下、Y:0.1%重量以下、La:0.1%重量以下、Ce:0.1%重量以下、V:1%重量以下、Zr:0.1%重量以下。16.權利要求1-10中任一項的Ni基單結晶超合金，其中，使母相的晶格常數為al,使析出相的晶格常數為a2時，a2〇0.999al。17.權利要求1-10中任一項的Ni基單結晶超合金，其中，使母相的晶格常數為al,使析出相的晶格常數為a2時，a2^0.9965al。18.權利要求1-10中任一項的Ni基單結晶超合金，其中，使P--200[Cr(%重量)]+80x[Mo(。/。重量)]-20[Mo(%重量)]2+200[W(%重量)]-14[W(%重量)]2+30[Ta(。/。重量)]-1.5[Ta(%重量)]2+2.5[Co(%重量)]+1200[Al(。/q重量)]-100[A1(%重量)]2+100[Re(%重量)]+1000[Hf(。/。重量)]-2000[Hf(。/。重量)]2+700[Hf(%重量)]3時，P<4500。全文摘要本發明的Ni基單結晶超合金，例如是具有如下組成的超合金以重量比計，含有Al5.0％重量以上、7.0％重量以下，Ta4.0％重量以上、10.0％重量以下，Mo1.1％重量以上、4.5％重量以下，W4.0％重量以上、10.0％重量以下，Re3.1％重量以上、8.0％重量以下，Hf0.0％重量以上、2.0％重量以下，Cr2.5％重量以上、8.5％重量以下，Co0.0％重量以上、9.9％重量以下，Nb0.0％重量以上、4.0％重量以下，Ru1.0％重量以上、14.0％重量以下，餘量由Ni和不可避免的雜質組成。另，為使OP≥108，優選設定Cr、Hf及Al的組成比。若使用本發明的Ni基單結晶超合金，可以在保持高的蠕變強度的同時，提高抗氧化性。文檔編號C22C19/05GK101652487SQ20078004222公開日2010年2月17日申請日期2007年9月12日優先權日2006年9月13日發明者佐藤彰洋,原田廣史,小林敏治,小泉裕,川岸京子,橫川忠晴,正木彰樹,筑後一義,荒井幹也,青木祥宏申請人:獨立行政法人物質.材料研究機構;株式會社Ihi