Ni基單晶超合金及使用其的渦輪葉片的製作方法
2023-05-18 01:37:21 2
專利名稱：Ni基單晶超合金及使用其的渦輪葉片的製作方法
技術領域：
本發明涉及Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片。本申請基於2009年4月17日在日本國申請的日本特願2009-100903號主張優先權，在此援引其內容。
背景技術：
航空器引擎或產業用燃氣渦輪等中使用的渦輪葉片(靜/動葉片)由於長時間暴露在高溫下，從而作為耐熱性優異的材料，使用Ni基單晶超合金。該Ni基單晶超合金，是向基質Ni中添加Al析出Ni3Al型的析出物來進行強化，進而添加Cr、W、Ta等高熔點金屬
來形成合金，形成單晶而得到的超合金。此外，Ni基單晶超合金在規定的溫度下進行固溶化處理後，進行時效處理，得到適於提高強度的金屬組織。該超合金被稱為所謂的析出硬化型合金，具有在母相相)中分散析出析出相(Y』相)的結晶結構。在這種Ni基單晶超合金中，已經開發了不含有Re的第I代、含有3質量％左右的Re的第2代、含有5 6質量％的Re的第3代，隨著一代一代發展，蠕變強度提高。例如，作為第I代的Ni基單晶超合金，已知CMSX-2( W ) ) m 3 >社制、參照專利文獻I)，作為第2代的Ni基單晶超合金，已知CMSX-4( W ;、y I 」 3 >社制、參照專利文獻2)，作為第3代的Ni基單晶超合金，已知CMSX-10 ( W ;、y I 」 3 >社制、參照專利文獻3)等。而作為第3代的Ni基單晶超合金的CMSX-10的目的在於，與第2代的Ni基單晶超合金相比，提高高溫下的蠕變強度。但是，該Ni基單晶超合金由於Re的組成比高、為5質量％以上，Re在母相相)中的固溶量超出限度，從而高溫下剩餘的Re有可能與其它的元素化合、使所謂的TCP(拓撲密堆、Topologically Close Packed)相析出。因此,對於使用第3代的Ni基單晶超合金的渦輪葉片，存在由於在高溫下長時間使用，TCP相的量增加而蠕變強度降低的問題。為了解決這種問題，開發了 Ni基單晶超合金，其通過添加抑制TCP相的Ru且將其它構成元素的組成比設定在最優的範圍，使母相相)的晶格常數與析出物(Y』相)的晶格常數為最優的值，可以進一步提高高溫下的強度。具體地說，開發了含有直至3質量％左右的Ru的第4代的Ni基單晶超合金和含有4質量％以上的Ru的第5代的Ni基單晶超合金，隨著一代一代發展，蠕變強度得到進一步提高。例如，作為第4代的Ni基單晶超合金，已知TMS-138(NMS-IHI公司制、參照專利文獻4)，作為第5代的Ni基單晶超合金，已知TMS-162 (NIMS-IHI公司制、參照專利文獻5)
坐寸o但是，第4、5代的Ni基單晶超合金為了在高溫下得到高的蠕變強度而添加多量的W或Re等重金屬，與第2代以前的Ni基單晶超合金相比比重大。結果存在下述問題使用第4、5代的Ni基單晶超合金的渦輪葉片雖然在高溫下具有高的蠕變強度，但是由於葉片重量的增加而導致圓周速度的降低，或導致上述航空器引擎或產業用燃氣渦輪等的重量增加。為了解決這種問題，開發了 Ni基單晶超合金，其通過抑制比重大的W的添加量的同時，特定在高溫下可以維持高的蠕變強度的最優的組成範圍、並特定顯示組織穩定性的最優的組成範圍，可實現高溫下的蠕變強度的提高，同時相對於第4、5代的Ni基單晶超合金，比重小(參考專利文獻6)。另外，近年來，開發了與上述現有的Ni基單晶超合金相比、Re的組成比的值大(具體來說，Re的組成比大於8質量％)的Ni基單晶超合金(參考非專利文獻I)。該Ni基單晶超合金在非專利文獻I中被稱作高錸Ni基單晶超合金，如該文獻的表I所示，以組成比計含有9質量％的Re。專利文獻I :美國專利第4582548號說明書 專利文獻2 :美國專利第4643782號說明書
專利文獻3 :美國專利第5366695號說明書 專利文獻4 :美國專利第6966956號說明書 專利文獻5 :美國專利申請公開第2006/0011271號說明書 專利文獻6 :國際公開第2008 / 111585號小冊子
非專利文獻 I : E.N. Kablov, N. V. Petrushin, 」 DE SIGNING OF HIGH-RHENIUMSINGLE CRYSTAL NI-BASE SUPERALLOY FOR GAS TURBINE BLADES」， in Superalloys2008 (Russia), PubI. of TMS(The Minerals, Metals & Materials Society), 2008,pp.901-908。
發明內容
為了開發高溫下可得到比目前高的蠕變強度的Ni基單晶超合金，預測今後需要如上述非專利文獻I所示的那樣，增大Re的組成比。因此，為了謀求渦輪葉片在高溫下的蠕變強度的提高，期望開發Re的組成比比目前的8質量％大的Ni基單晶超合金。而且，該Ni基單晶超合金由於與目前相比較多地添加了重金屬Re，從而同時期望開發想要實現渦輪葉片的輕量化和耐用溫度的提高、單位比重的蠕變強度高的、所謂比蠕變強度高的Ni基單晶超合金。本發明是鑑於這種現狀而提出的，其目的在於，提供含有多量的Re、且比蠕變強度優異的Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片。本發明人為了解決上述問題而進行了努力研究，結果發現，通過抑制比重大的W的添加量的同時，(I)使Re以組成比例計大於8質量％、同時考慮到組織穩定性或TCP相的抑制來進行組成比例的改良，(2)含有抑制TCP相的Ru、並特定最優的組成範圍以在高溫下維持高的蠕變強度，而得到與目前相比含有更多的Re，同時可實現高溫下的蠕變強度的提高，且相對於第4、5代的Ni基單晶超合金、比重小的Ni基單晶超合金，從而完成本發明。S卩，本發明提供以下的技術方案。(I) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0.0質量％ 15.0質量％、Cr :4. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti 0. 0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru 0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(2) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0.0質量％ 15.0質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti 0. 0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(3) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :4.0質量％ 9. 5質量％、Cr :4. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti 0. 0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(4) Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti 0. 0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(5) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0.0質量％ 15.0質量％、Cr -A. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ 2. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(6) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0.0質量％ 15.0質量％、Cr -A. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ I. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(7) Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ I. 9質量％、丁& :4. 0質量％ 6. 5質量％、A1 4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ 0. 5質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb :0. 0質量％ I. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :4. 0質量％ 6.5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(8) Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 6. 5質量％、Mo :2. I質量％ 4. 0質量％、W 0. 0質量％ I. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 6. 0質量％、A1 :5. 0質量％ 6. 0質量％、Ti :0. 0質量％ 0. 5質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 1.0質量％、Re :8. I質量％ 9.0質量％、Ru :4. 0質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。(9)上述⑴ ⑶中的任意一項的Ni基單晶超合金，其中，進一步含有選自由B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zr組成的組中的至少I種或2種以上的元素。(10)上述(9)的Ni基單晶超合金，其中，在選自上述組中的組成中，分別滿足B :0. 05質量％以下、C 0. 15質量％以下、Si :0. I質量％以下、Y :0. I質量％以下、La :0. I質
量％以下、Ce :0. I質量％以下、V 1質量％以下、Zr :0. I質量％以下。(12)渦輪葉片，其使用了上述⑴ (10)中的任意一項的Ni基單晶超合金。如上所述，根據本發明，作為以大於8質量％的組成比例含有Re的Ni基單晶超合金，可以抑制比重的增加，同時在高溫下維持高的蠕變強度。因此，對於使用了該Ni基單晶超合金的渦輪葉片，可以同時實現輕量化和耐用溫度的提高。
[圖I]圖I為表示使用了本發明的Ni基單晶超合金的渦輪葉片的一例的透視圖。[圖2]圖2是表示表I所示的各實施例和參考例的Re含量與比重的關係的特性圖。[圖3]圖3是表示表I所示的各實施例和非專利文獻I的比較例的蠕變斷裂斷裂時間的附圖。[圖4]圖4是表示通過模擬得到的、具有本發明實施方式的平均成分的Ni基單晶超合金的Mo含量與蠕變速度的關係的附圖。[圖5]圖5是表示通過模擬得到的、具有本發明實施方式的平均成分的Ni基單晶超合金的Mo含量與TCP相的析出起始時間的關係的附圖。符號的說明
I渦輪葉片。
具體實施例方式以下參照附圖對於適用本發明的Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片進行具體的說明。適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0. 0質量％ 15. 0質量*%、Cr 4. I質量％ 8. 0質量:2. I質量％ 4. 5質量*%、W 0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta -A. 0質量％ 10. 0質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。此外，適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0. 0質量％ 15. 0質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10.0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0.0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。此外，適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr -A. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3.9質量％、Ta :4.0質量％ 10.0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0.0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
此外，適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3.9質量％、丁&:4.0質量％ 10.0質量％、六1 :4.5質量％ 6.5質量％、!1 :0.0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。此外，適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0. 0質量％ 15. 0質量％、Cr -A. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 2. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10.0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0.0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。此外，適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :0. 0
質量％ 15. 0質量％、Cr -A. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ I. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10.0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0.0質量％ I. 0質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。此外，適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ I. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 6. 5質量％、Al :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0.0質量％ 0. 5質量％、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb :0. 0質量％ I. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :4. 0質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。此外，適用本發明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質量比，含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 6. 5質量％、Mo :2. I質量％ 4. 0質量％、W :0. 0質量％ I. 9質量％、Ta :4.0質量％ 6.0質量％、Al :5. 0質量％ 6. 0質量％、Ti :0.0質量％ 0. 5質量*%、Hf 0. 00質量％ 0. 5質量*%、Nb :0. 0質量％ I. 0質量*%、Re :8. I質量％ 9. 0質量％、Ru :4. 0質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。本發明中，為了得到比重小的Ni基單晶超合金，上述Ni基單晶超合金的組成中，可以使W為0. 0質量％ 2. 9質量％，進一步可以使W為0. 0質量％ I. 9質量％。上述Ni基單晶超合金的金屬組織都具有在母相(Y相)中分散析出析出相(Y 』相)的結晶結構。其中，Y相含有奧氏體相，Y 』相主要含有Ni3Al等具有規則結構的金屬間化合物。本發明的Ni基單晶超合金中，通過將Y相和分散在該Y相中的Y 』相的組成最優化，可以在高溫下得到優異的強度特性。以下對限定構成上述Ni基單晶超合金的各成分的組成範圍的理由進行說明。Co為增大高溫下對於含有Al、Ta等的母相的固溶限度，通過熱處理使微細的相分散析出，提高高溫強度的元素。但是，若Co超過15. 0質量％，則與Al、Ta、Mo、W、Hf、Cr等其它的添加元素的平衡被破壞，有害相析出，高溫強度降低。因此，Co優選為0.0質量％ 15. 0質量％,更優選為4. 0質量％ 9. 5質量％。Cr為耐氧化性優異的元素，為與Hf 和Al —起提高Ni基單晶超合金的高溫耐腐蝕性的兀素。但是，若Cr小於4. I質量％,則難以確保所需的高溫耐腐蝕性。另一方面，若Cr超過8.0質量％，則抑制相的析出的同時，0相或U相等有害相析出，高溫強度降低。因此，Cr優選為4. I質量％ 8. O質量％,更優選為5. I質量％ 8. O質量％,進一步優選為5. I質量％ 6. 5質量％。Mo為在與W或Ta共存的條件下，固溶在作為母相的、相中，增大高溫強度的同時，通過析出硬化而有助於高溫強度的元素。但是，若Mo小於2. I質量％，則難以確保所需的高溫強度。另一方面，若Mo超過4. 5質量％，則高溫強度降低，進而高溫耐腐蝕性也降低。因此，Mo優選為2. I質量％ 4. 5質量％，更優選為2. I質量％ 3. 4質量％，進一步優選為2. I質量％ 3. 0質量％。W為在與Mo或Ta共存的條件下通過固溶強化和析出硬化的作用而提高高溫強度的元素。但是，若W超過3.9質量％，則高溫耐腐蝕性降低。因此，W優選為0.0質量％ 3. 9質量％。此外，為了得到比重小的Ni基單晶超合金,W優選為0. 0質量％ 2. 9質量％，更優選為0. 0質量％ I. 9質量％。本發明中，即使在如此抑制W的添加量或不添加W的情況下，通過將其它的構成元素的組成比設定在最優的範圍內，也可以在高溫下維持高的蠕
變強度。Ta為在與Mo或W共存的條件下通過固溶強化和析出硬化的作用而提高高溫強度，此外通過一部分相對於Y 』相析出硬化而提高高溫強度的元素。但是，若Ta小於4.0質量％，則難以確保所需的高溫強度。另一方面，若Ta超過10.0質量％，則O相或y相等有害相析出，高溫強度降低。因此，Ta優選為4. 0質量％ 10. 0質量％，更優選為4. 0質量％ 6. 5質量％，進一步優選為4. 0質量％ 6. 0質量％。Al與Ni化合的同時，以60 70%(體積百分率)的比率形成Ni3Al所示的金屬間化合物來作為在母相中微細均一地分散析出的Y 』相。即，Al為與Ni —起提高高溫強度的元素。此外，Al為耐氧化性優異的元素，為與Cr和Hf —起提高Ni基單晶超合金的高溫耐腐蝕性的元素。但是，若Al小於4. 5質量％,則Y 』相的析出量不充分，難以確保所需的高溫強度和高溫耐腐蝕性。另一方面，若Al超過6.5質量％，則形成很多被稱為共晶相的粗大的Y相，不能進行固溶化處理，難以確保所需的高溫強度。因此，Al優選為4. 5質量％ 6. 5質量％,更優選為5. 0質量％ 6. 0質量％。Ti為在與Mo或W共存的條件下通過固溶強化和析出強化的作用提高高溫強度，此外一部分相對於Y 』相析出硬化而提高高溫強度的元素。但是，若Ti超過I. 0質量％，則有害相析出，高溫強度降低。因此，Ti優選為0. 0質量％ I. 0質量％，更優選為0. 0質量％ 0. 5質量％。本發明中，即使在如此抑制Ti的添加量或不添加Ti的情況下,通過將其它的構成元素的組成比設定在最優的範圍，也可以在高溫下維持高的蠕變強度。Hf為晶界偏析元素，為偏在於晶界而強化晶界，由此提高高溫強度的元素。此外，Hf為耐氧化性優異的元素，為與Cr和Al —起提高Ni基單晶超合金的高溫耐腐蝕性的元素。但是，若Hf超過0.5質量％，則引起局部熔融而有可能降低高溫強度。因此，Hf優選為0. 00質量％ 0. 5質量％。Nb為提高高溫強度的元素。但是，若Nb超過3. 0質量％，則有害相析出而高溫強度降低。因此，Nb優選為0. 0質量％ 3. 0質量％，更優選為0. 0質量％ I. 0質量％。本發明中，即使在如此抑制Nb的添加量或不添加Nb的情況下，通過將其它的構成元素的組成比設定在最優的範圍內，也可以在高溫下維持高的蠕變強度。Re為固溶在作為母相的Y相中，通過固溶強化提高高溫強度的元素。此外，還具有提高耐腐蝕性的效果。但是，若Re小於3.0質量％，則Y相的固溶強化不充分，難以確保所需的高溫強度。這裡，本發明中以與目前相比含有更多的Re的Ni基單晶超合金為對象，從而將Re的組成比的下限特定為8. I質量％。另一方面，若Re超過9.9質量％，則高溫時有害相TCP相析出，難以確保所需的高溫強度。因此，Re優選為8. I質量％ 9. 9質量％，更優選為8. I質量％ 9. 0質量％。Ru為抑制TCP相的析出，提高高溫強度的元素。但是，若Ru小於0. 5質量％，則高溫時TCP相析出，難以確保所需的高溫強度。另一方面，若Ru超過6. 5質量％，則有害相析出而高溫強度降低。因此，Ru優選為0. 5質量％ 6. 5質量％，更優選為4. 0質量％ 6. 5
質量％。此外，適用本發明的Ni基單晶超合金可以進一步含有選自B、C、Si、Y、La、Ce、V、
Zr中的至少I種或2種以上的元素。具體地說，對於各組成範圍，優選為B :0. 05質量％以下、C :0. 15質量％以下、Si :0. I質量％以下、Y :0. I質量％以下、La :0. I質量％以下、Ce 0. I質量％以下、V 1質量％以下、Zr :0. I質量％以下，以在含有這些添加元素時,不會析出有害相而降低高溫強度。另一方面，對於S i，有降低合金的熔點的作用，在進行固熔化處理這樣的高溫下的熱處理時，有帶來使材料局部熔融這樣的不良影響的情況。因此，適用本發明的Ni基單晶超合金中，不優選含有S i這樣的元素，期望儘可能減少該元素。如上所述，適用本發明的Ni基單晶超合金中，含有多量的Re，同時可以抑制比重的增加，在高溫下維持高的蠕變強度。具體地說，為了得到比重小的Ni基單晶超合金，即使在將W的添加量抑制在2. 9質量％以下的情況下，也可以在高溫下維持高的蠕變強度，進而即使在將W的添加量抑制在I. 9質量％以下的情況下，也可以在高溫下維持高的蠕變強度。因此，根據本發明，可以得到單位比重的蠕變強度高(比蠕變強度高)的Ni基單晶超合金。此外，本發明的Ni基單晶超合金例如可以合適地用於圖I所示的渦輪葉片I。BP,在使用本發明的Ni基單晶超合金的渦輪葉片I中，在高溫下具有高的蠕變強度，可以耐受高溫下的長時間使用的同時，相對於第4、5代的Ni基單晶超合金，比重小，因此可以同時實現輕量化和耐用溫度的提高。因此，本發明的Ni基單晶超合金可以廣泛適用於上述航空器引擎或產業用燃氣渦輪等中使用的渦輪葉片(靜/動葉片)等中。進一步地，本發明的Ni基單晶超合金不限於上述航空器引擎或產業用燃氣渦輪等中使用的渦輪葉片，還可以廣泛用於高溫下長時間使用的部件或製品中。而且，根據本發明，可以將Y相和分散在該Y相中的Y 』相的組成最優化，因此不僅是上述Ni基單晶超合金，對於單向凝固材料或普通鑄造材料等，同樣地也可以適用本發明。此時，可以得到與本發明同樣的效果。
實施例以下，通過實施例進一步明確本發明的效果。而且，本發明不被以下的實施例所限定，在不變更其主旨的範圍內可以進行適當變更來實施。首先，使用真空熔解爐製備各種Ni基單晶超合金的熔液，使用該合金熔液鑄造組成不同的實施例I 3的合金錠。這些實施例I 3的各合金錠的組成比如表I所示。此外，表1中，作為參考例1 28，示出公知的Ni基單晶超合金的組成比。
[表 1]
權利要求
1.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :0. 0質量％ 15. 0質量％、Cr :4. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
2.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :0. 0質量％ 15. 0質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
3.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :4. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
4.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W :0. 0質量％ 3. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
5.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :0. 0質量％ 15. 0質量％、Cr -A. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ 2. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
6.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :0. 0質量％ 15. 0質量％、Cr -A. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ I. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 10. 0質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ I. 0質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ 3. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :0. 5質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
7.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 8. 0質量％、Mo :2. I質量％ 4. 5質量％、W 0. 0質量％ I. 9質量％、Ta :4. 0質量％ 6. 5質量％、A1 :4. 5質量％ 6. 5質量％、Ti :0. 0質量％ 0. 5質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ I. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 9質量％、Ru :4. 0質量％ 6. 5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
8.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質量比,含有Co :4. 0質量％ 9. 5質量％、Cr :5. I質量％ 6. 5質量％、Mo 2. I質量％ 4.0質量％、W :0. 0質量％ L9質量％、Ta :4. 0質量％ 6. 0質量％、A1 :5. 0質量％ 6. 0質量％、Ti :0. 0質量％ 0. 5質量％、Hf :0. 00質量％ 0. 5質量％、Nb 0. 0質量％ I. 0質量％、Re :8. I質量％ 9. 0質量％、Ru 4. O質量％ 6. 5質量％，剰餘部分含有Ni和不可避免的雜質。
9.根據權利要求I 8中任一項所述的Ni基單晶超合金，其中，進ー步含有選自由B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zr組成的組中的至少I種或2種以上的元素。
10.根據權利要求9所述的Ni基單晶超合金，其中，在選自上述組中的組成中，分別滿足B :0. 05質量％以下、C :0. 15質量％以下、Si :0. I質量％以下、Y :0. I質量％以下、La 0.I質量％以下、Ce :0. I質量％以下、V 1質量％以下、Zr :0. I質量％以下。
11.渦輪葉片，其使用了權利要求I 8中任一項所述的Ni基單晶超合金。
12.渦輪葉片，其使用了權利要求9所述的Ni基單晶超合金。
13.渦輪葉片，其使用了權利要求10所述的Ni基單晶超合金。
全文摘要
採用Ni基單晶超合金，該Ni基單晶超合金具有下述組成按照質量比，含有Co0.0質量％～15.0質量％、Cr4.1質量％～8.0質量％、Mo2.1質量％～4.5質量％、W0.0質量％～3.9質量％、Ta4.0質量％～10.0質量％、Al4.5質量％～6.5質量％、Ti0.0質量％～1.0質量％、Hf0.00質量％～0.5質量％、Nb0.0質量％～3.0質量％、Re8.1質量％～9.9質量％、Ru0.5質量％～6.5質量％，剩餘部分含有Ni和不可避免的雜質。結果可以提供以高於8質量％的組成比例含有Re、且比蠕變強度優異的Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片。
文檔編號C22C19/05GK102803528SQ20108002697
公開日2012年11月28日 申請日期2010年4月16日 優先權日2009年4月17日
發明者青木祥宏, 關根伸仁, 佐藤彰洋, 宮田仁一, 筑後一義 申請人:株式會社 Ihi