(57)【要約】  【解決手段】  本発明は、高温環境での使用に適したニッケル合金に関する。例えば、本発明のニッケル合金は８００℃を超える温度で使用することができる。ニッケル合金は、自動車産業、例えばターボチャージャー・タービンホイールにおいて使用することができる。  【選択図】      図１
2019534389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル合金であって、
０．０１〜０．３重量％の炭素と、
７．０〜１５．０重量％のクロムと、
０〜１２．０重量％のコバルトと、
３．０〜７．０重量％のモリブデンと、
０．１〜９．５重量％のタングステンと、
１．０〜３．０重量％のニオブと、
０〜２．０重量％のタンタルと、
０．５〜２．０重量％のチタンと、
３．５〜７．０重量％のアルミニウムと、
０〜３．０重量％のホウ素と、
０．０１〜０．１重量％のジルコニウムと、
０．１〜１．０重量％のハフニウムまたは０．１〜１．０重量％のバナジウムと
ニッケル及び偶発的不純物である前記組成の残りと
を含有し、または、それからなるものである、ニッケル合金。
【請求項２】
請求項１に記載のニッケル合金において、炭素は０．０５〜０．２重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項３】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、クロムは７．５〜１３重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項４】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、モリブデンは３．５〜５．５重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項５】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、ニオブは１．８〜２．５重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項６】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、チタンは０．６〜１．２重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項７】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、アルミニウムは５．０〜７．０重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項８】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、ホウ素は０．００５〜０．０２重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項９】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、ジルコニウムは０．０３〜０．０８重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項１０】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、ハフニウムは０．２〜０．７重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項１１】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、バナジウムは０．１〜０．４重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項１２】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、任意選択的に、コバルトは９〜１１重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項１３】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、任意選択的に、タンタルは０．５〜１重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項１４】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、タングステンは、０．１〜１．０重量％または５〜９重量％の範囲で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項１５】
上述の請求項のいずれかに記載のニッケル合金において、鉄は０．５または１重量％の量で存在するものである、ニッケル合金。
【請求項１６】
請求項１に記載のニッケル合金において、この合金は、
０．１重量％の炭素と、
１２．５重量％のクロムと、
４．０重量％のモリブデンと、
０．５重量％のタングステンと、
２．０重量％のニオブと、
０．８重量％のチタンと、
６．６重量％のアルミニウムと、
０．０１重量％のホウ素と、
０．０６重量％のジルコニウムと、
０．２５重量％のバナジウムと、
ニッケル及び偶発的不純物である前記組成の残りと
を含有するものである、ニッケル合金。
【請求項１７】
請求項１に記載のニッケル合金において、この合金は、
０．１６重量％の炭素と、
８．２重量％のクロムと、
１０重量％のコバルトと、
５．０重量％のモリブデンと、
７．０重量％のタングステンと、
２．２重量％のニオブと、
０．８重量％のタンタルと、
１．０重量％のチタンと、
５．５重量％のアルミニウムと、
０．０１５重量％のホウ素と、
０．０５重量％のジルコニウムと、
０．５重量％のハフニウムと、
ニッケル及び偶発的不純物である前記組成の残りと
を含有するものである、ニッケル合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はニッケル合金に関する。特に、当該ニッケル合金は高温（例えば８００℃を超える）で使用するためのニッケル超合金である。本発明の合金は、航空宇宙産業または自動車産業において、例えばターボチャージャーのタービンホイールにおける使用に有用である。
【背景技術】
【０００２】
エンジン設計者は燃費を向上させるという継続的な課題に直面しており、エンジンはより高温でよりきれいな燃料を燃焼するように設計されている。これは、すべての種類のエンジンに当てはまることだが、特に自動車用内燃エンジンに当てはまる。前記効率の改善の必要性およびそのより高温での燃料燃焼により、必然的にターボチャージャー入口温度において温度上昇傾向が生じていた。いくつかの新しいエンジンは、ありふれたターボチャージャー・タービンホイール合金ＩＮ７１３Ｃの温度性能を超える１０５０℃以上のタービン入口温度で動作するように設計されている。
【０００３】
ターボチャージャー産業ではその他の合金が検討されているが、これらは主にガスタービン用途から取り入れられた合金である。Ｍａｒ−Ｍ２４７は、新しい高温タービンホイール用として主に選択される合金の１つであるが、ＴａとＨｆを含んでおり、その結果ＩＮ７１３Ｃの４倍の価格となっている。コストを最小限に抑えることが市場シェアを勝ち取るための重要な要素となる産業では、特注で低コストの高温性能合金を開発することが非常に必要とされている。したがって、本発明のいくつかの実施形態の目的は、より安価な既知の合金と同等または改善された特性を有するニッケル合金を提供することである。
【０００４】
また、本発明の実施形態は従来技術の合金と比較して改善された高温引張特性および高温破断寿命を提供することを目的とする。
【０００５】
より新しいターボチャージャーでは温度が上昇していることに起因して。酸化的および腐食的摩耗のため金属成分の劣化を受ける傾向が高まっている。したがって、本発明の実施形態は、改善された高温酸化および／または腐食特性を提供することを目的とする。従来技術の合金は、同等またはより高いコストとなりうる。
【０００６】
タービンホイールの材料選択におけるその他の主要な要素は合金密度である。タービンホイールの慣性がタービンホイールの回転加速度に大きな影響を与えるためである。高密度の合金から鋳造されたホイールは、重く、ターボチャージャーにターボラグを生じさせ得る。したがって、本発明のいくつかの実施形態の目的は、有益な密度（すなわち、従来技術の合金Ｍａｒ−Ｍ２４７およびＩＮ７１３Ｃよりも低い）を有し、またその一方で任意選択的にコストを低減する合金を提供することである。
【０００７】
すでに概説したように、自動車用ターボチャージャータービンの運転温度は上昇していく持続的傾向がある。これにより、運転温度がその能力を超えてしまうため、設計者はＩＮ７１Ｃの代替合金の検討をすることとなる。本発明の実施形態ではまた、中間温度（８５０℃〜１０００℃）のターボチャージャー・タービンホイールで使用するためにＩＮ７１３Ｃと同等のコストで高温合金を設計することも目的である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、ニッケル合金が提供される。当該ニッケル合金は、
０．０１〜０．３重量％の炭素と、
７．０〜１５．０重量％のクロムと、
０〜１２．０重量％のコバルトと、
３．０〜７．０重量％のモリブデンと、
０．１〜９．５重量％のタングステンと、
１．０〜３．０重量％のニオブと、
０〜２．０重量％のタンタルと、
０．５〜２．０重量％のチタンと、
３．５〜７．０重量％のアルミニウムと、
０〜３．０重量％のホウ素と、
０．０１〜０．１重量％のジルコニウムと、
０．１〜１．０重量％のハフニウムまたは０．１〜１．０重量％のバナジウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
を含有する。
【０００９】
上述のように、ニッケルは合金の残りを構成する。ニッケルは任意選択的に合金の４０〜８０重量％の量で存在しうる。
【００１０】
本発明の合金内では、炭素は耐クリープ性を高める効果を有する。炭素は、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、ＴａおよびＨｆと炭化物を形成し、これらは一次ＭＣ炭化物、二次Ｍ６ＣおよびＭ２３Ｃ６炭化物としてＮｉ超合金中に存在する。炭化物は様々な機能を有しており、粒内炭化物および粒間（粒界）炭化物として存在している。大きな粒内ＭＣ炭化物の存在は、それらが転位の動きを抑制するため、合金マトリックスを強化する効果を有する。小さな不連続粒界炭化物はピン止め相として作用し、それは耐クリープ性を高める。実施形態において、炭素は０．０５〜０．２重量％の範囲で存在しうる。代替的に、炭素は０．７〜０．１３重量％または０．１３〜０．１９重量％の範囲で存在してもよい。好ましくは、炭素は０．９５〜１．０５重量％（例えば０．１重量％）または０．１５５〜０．１６５重量％（例えば０．１６重量％）の量で存在する。
【００１１】
クロムは強度および耐食性を向上させる。ガンママトリックス中に固溶体強化剤として存在する場合、クロムはまた保護酸化物層、Ｃｒ２Ｏ３を形成する。Ｃｒ２Ｏ３は特に、金属元素が外側へ拡散する速度を制限し、また大気中の元素（例えば、Ｏ、Ｎ、Ｓ）が内側へ拡散する速度を制限するのに有効である。実施形態において、クロムは７．５〜１３重量％の範囲で存在する。代替的に、クロムは、１２．３５重量％〜１２．６５重量％または８．０５〜８．３５重量％の量で存在してもよい。好ましくは、クロムは１２．４５〜１２．５５重量％（例えば１２．５重量％）または８．１５〜８．２５重量％（例えば８．２重量％）の量で存在する。
【００１２】
ニッケルは特許請求の範囲に記載の発明の合金の基本元素であり、合金中のガンマおよびガンマプライム二次相析出物の基礎を形成する。ガンマとガンマプライム間の小さな格子不整合はＮｉ合金の高温安定性を担う。
【００１３】
コバルトは強度および相安定性を高める。コバルトの混入はガンマプライムのソルバス温度の上昇をもたらす。コバルトは、固溶体強化元素であり、Ｎｉと似たような原子直径を有するためにガンマ安定剤である。実施形態において、コバルトは任意選択的に９〜１１重量％の範囲で存在する。したがって、コバルトは、（任意の潜在的な偶発的不純物を除き）本発明の合金に存在しないか、または開示された範囲で存在する場合がある。コバルトは９．８〜１０．２重量％の量で存在してよい。好ましくは、コバルトは９．９５〜１０．０５重量％（例えば１０．０重量％）の量で存在する。
【００１４】
コバルトが存在する場合、それは好ましくはハフニウムを含有する本発明の合金中に存在する。コバルトが本発明の合金中に存在する場合、その合金はまた、本明細書のその他の箇所に開示した量でタンタルとハフニウムとを含有する。
【００１５】
コバルトが存在しない実施形態では、合金は好ましくは本明細書のその他の箇所に開示した量でバナジウムを含む。代替的に、コバルトが存在しない場合、合金は好ましくはタンタルを含まず、ハフニウムを含まず、バナジウムを含む。
【００１６】
モリブデンおよびタングステンは合金の固溶体強度を高めるために存在する。また、それらはガンマ安定化を通じて相安定性を増大させる効果を有する。それは大きなＭＣ炭化物を形成するためのもう１つの重要な要素である。
【００１７】
実施形態において、モリブデンは３．５〜５．５重量％の範囲で存在する。代替的に、モリブデンは３．８〜４．２重量％または４．８〜５．２重量％の量で存在する。好ましくは、モリブデンは３．９５〜４．０５重量％（例えば４．０重量％）または４．９５〜５．０５重量％（例えば５重量％）の量で存在する。
【００１８】
実施形態において、タングステンは、０．１〜１．０重量％または５〜９重量％の範囲で存在する。代替的に、タングステンは、０．３〜０．７重量％または６．８〜７．２重量％の量で存在する。好ましくは、タングステンは、０．４５〜０．５５重量％（例えば０．５重量％）または６．９５〜７．０５重量％（例えば７．０重量％）の量で存在する。
【００１９】
ニオブはガンマ相およびガンマプライム相の両方において合金の強度を増大させる。それは原子直径が大きいため強力な固溶体強化剤である。合金のその他の成分と同様に、ニオブは大きなＭＣ炭化物の形成に重要である。実施形態において、ニオブは１．８〜２．５重量％の範囲で存在する。代替的に、ニオブは１．８〜２．２重量％または２．０〜２．４重量％の量で存在する。好ましくは、ニオブは１．９５〜２．０５重量％（例えば２．０重量％）または２．１５〜２．２５重量％（例えば２．２重量％）の量で存在する。
【００２０】
ニオブと同様にタンタルは、原子直径が大きいため強力な固溶体強化剤であり、大きなＭＣ炭化物を形成する。実施形態において、タンタルは０．５〜１重量％の範囲で存在する。代替的に、タンタルは０．６〜１．０重量％の量で存在する。好ましくは、タンタルは０．７５〜０．８５重量％（例えば０．８重量％）の量で存在する。したがって、いくつかの実施形態では、タンタルもまたコバルトを含有する合金に添加され、当該合金はタンタルとコバルトの両方を含むようになっている。これは好ましい実施形態を表す。また、同様に、タンタルおよびコバルトの一方が存在しない場合、他方が存在しないことは、合金がタンタルとコバルトのいずれをも含有しない点で代替的な好ましい実施形態である。
【００２１】
チタンは、ニッケル超合金の用途（例としては、自動車、例えばターボチャージャー、及び航空宇宙産業、例えばタービン）において重要な合金の高温強度を増大させる。チタンはガンマプライム、Ｎｉ３（Ａｌ、Ｔｉ）を形成するが、これはＮｉ基超合金の高温強度を担う。実施形態において、チタンは０．６〜１．２重量％の範囲で存在する。代替的に、チタンは、０．６〜１．０重量％または０．８〜１．２重量％の量で存在する。好ましくは、チタンは０．７５〜０．８５重量％（例えば０．８重量％）または０．９５〜１．０５重量％（例えば１．０重量％）の量で存在する。
【００２２】
アルミニウムは、ガンマプライム二次相析出物を形成し、Ｎｉ超合金の高温強度を増大させる。アルミニウムはまた、合金表面上に耐拡散保護酸化物層を形成することにより耐食特性を担う。実施形態において、アルミニウムは５．０〜７．０重量％の範囲で存在する。代替的に、アルミニウムは６．４〜６．８重量％または５．３〜５．７重量％の量で存在する。好ましくは、アルミニウムは６．５５〜６．６５重量％（例えば６．６重量％）または５．４５〜５．５５重量％（例えば５．５重量％）の量で存在する。
【００２３】
ホウ素は応力破断寿命を向上させるために存在する。ホウ素はホウ化物の形態で粒界に存在し、それが応力破断寿命を向上させる有益な効果をもたらす。実施形態において、ホウ素は０．００５〜０．０２重量％の範囲で存在する。代替的に、ホウ素は０．０１〜０．０２重量％の量で存在する。好ましくは、ホウ素は、０．００５〜０．０１５重量％（例えば０．０１０重量％）または０．０１４５〜０．００１５５重量％（例えば０．００１５重量％）の量で存在する。
【００２４】
ジルコニウムも応力破断寿命を向上させ、さらに粒界精製剤の効果をもたらす。少量のジルコニウム添加は応力破断寿命を向上させ亀裂の形成を抑制する。実施形態において、ジルコニウムは０．０３〜０．０８重量％の範囲で存在する。代替的に、ジルコニウムは０．０５〜０．０７重量％または０．０４〜０．０６重量％の量で存在する。好ましくは、ジルコニウムは０．０５５〜０．０６５重量％（例えば０．０６０重量％）または０．０４５〜０．０５５重量％（例えば０．０５０重量％）の量で存在する。
【００２５】
ハフニウムは主要な炭化物形成剤であり、耐クリープ性および応力破断特性を向上させる。ハフニウムはまた、粒界を強化する。実施形態において、ハフニウムは０．２〜０．７重量％の範囲で存在する。代替的に、ハフニウムは０．４〜０．６重量％の量で存在する。好ましくは、ハフニウムは０．４５〜０．５５重量％（例えば０．５重量％）の量で存在する。
【００２６】
バナジウムは、炭化物形成剤および固溶体強化剤として存在する。実施形態において、バナジウムは０．１〜０．４重量％の範囲で存在する。代替的に、バナジウムは０．２〜０．３重量％の量で存在する。好ましくは、バナジウムは０．２４５〜０．２５５重量％（例えば０．２５重量％）の量で存在する。
【００２７】
ハフニウムおよびバナジウムは通常、偶発的な不純物としてのみ現れるものでなければ、本発明の合金中に一緒には存在しない。したがって、合金は０．１〜１．０重量％のハフニウムまたは０．１〜１．０重量％のバナジウムを含有する。
【００２８】
実施形態において、効果的な固溶体強化元素を提供するために、Ｍｏ（５重量％）およびＮｂ（２．２重量％）が記載した量で添加された。
【００２９】
実施形態では、ガンマプライム率を高めるためにＡｌが６．６重量％の量で添加された。Ａｌ２Ｏ３はまた、Ｃｒ２Ｏ３に比べ高温でより効果的な保護酸化物層であると認識されており、したがって実施形態では、Ｎｖを低く抑えるためＣｒが１２．５重量％で存在する。Ｍｏは４．０重量％存在し、Ｗは０．５重量％存在した。
【００３０】
本発明の実施形態において、合金は鉄および／またはマグネシウムをさらに含有する。マグネシウムは、好ましくは本発明の合金中に０．０００２〜０．００８重量％の量で存在する。鉄は存在しないか、あるいは０．４〜１．２重量％、０．３〜０．７重量％、または０．８〜１．２重量％、任意選択的に１．０重量％または０．５重量％の量で存在する。
【００３１】
本発明の合金は、上記の意図的に添加された元素に加えて、必然的に他の微量元素を含有する。これらの微量元素は、合金の技術的性質に影響を及ぼさないか、場合によっては合金にわずかな悪影響を及ぼす。しかしながら、これらの付加的な元素が合金中に現れるレベルが比較的小さいことを考えると、それらは偶発的不純物と見なすことができる。これらの付随元素には、窒素、酸素、硫黄、およびリンが含まれる。酸素は酸化物を形成するが、当該酸化物は応力を上昇させるものであり亀裂を生じさせる。窒素は窒化物の形成を通して亀裂および多孔性をもたらす。硫黄は、粒界脆化をもたらすものであることにより、合金成分の有益な応力破断効果に抗する作用をする。硫黄はまた、保護酸化物層の破砕を引き起こし、高温酸化および耐食性を低下させる。硫黄はまた、高温耐酸化性を低下させる。リンもまた粒界脆化をもたらすものである。これらの元素のうちの１またはそれ以上が存在する場合でもその比較的低いレベルは合金の特性に大きな影響を及ぼさない。
【００３２】
いくつかの場合において、本発明の合金は、最大濃度５０ｐｐｍの酸素を含有してもよい。別に合金は最大濃度５０ｐｐｍの窒素を含有してもよい。独立して合金は最大濃度１００ｐｐｍの硫黄を含有してもよい。同様に、合金は独立して最大濃度１００ｐｐｍのリンを有してもよい。当業者は、合金中の成分元素の供給源に応じてこれらの元素がいつどのような量で生じ、許容されるかを理解するであろう。
【００３３】
いくつかの金属もまた、偶発的不純物として本発明の合金中に存在する場合がある。例えば、鉄は、主成分元素のうちの１またはそれ以上の中に微量成分として存在することがあり、したがって本発明の最終合金に入り込むことがある。しかしながら、鉄は意図的に添加されたものではなく、それが存在し得る低いレベルでは合金の性質に技術的効果が観察されることはなかった。鉄は、存在する場合、最高１．５重量％の量で生じ得るが、通常そのレベルは１．０重量％以下であり、いくつかの場合では鉄を完全に排除することが可能である。
【００３４】
本発明の合金中に存在し得るその他の偶発的不純物にケイ素がある。ケイ素は、最大０．１５重量％または最大０．１０重量％の量で存在することができる。例えば、ケイ素は最大０．０５重量％の量で存在してもよい。
【００３５】
本発明の合金は、主元素成分の供給源に応じて微量のマグネシウムを偶発的不純物として含有することがある。マグネシウムは、存在する場合、通常それ自体では技術的効果が現れないくらいの少量で存在するため、偶発的不純物と考えることができる。いくつかの場合では、本発明の合金は、偶発的不純物として最大０．００８重量％のマグネシウムを含む。
【００３６】
いくつかの場合において、マグネシウムは、存在するであろう任意の硫黄と反応する有益な効果を有することがある。その場合、これは粒子結合延性の改善に寄与し得る。
【００３７】
銅は少量で本発明の合金に影響を及ぼさないもう１つの金属である。したがって、銅は、存在する場合、合金の特性に観察可能な影響を及ぼすことがない状態で少なくとも０．０２重量％までの量で許容することができる。銅は付随元素と見なすことができる。
【００３８】
本発明の合金のいくつかの成分は任意選択的に存在するものとして特定される。当業者ならば理解するように、合金のある成分が任意選択的に存在する場合、その成分は存在するかまたは存在しないかのいずれかである。技術的効果を付与する目的では存在しない成分であっても、意図的に添加される元素ではなく偶発的不純物として依然として存在する場合がありうる。このような場合、その元素はいかなる技術的効果も有さないであろう。
【００３９】
本発明によれば、ニッケル合金が提供される。当該ニッケル合金は、
０．０１〜０．３重量％の炭素と、
７．０〜１５．０重量％のクロムと、
任意選択的に８〜１２．０重量％のコバルトと、
３．０〜７．０重量％のモリブデンと、
０．１〜９．５重量％のタングステンと、
１．０〜３．０重量％のニオブと、
任意選択的に０．５〜１．５重量％のタンタルと、
０．５〜２．０重量％のチタンと、
３．５〜７．０重量％のアルミニウムと、
０〜３．０重量％のホウ素と、
０．０１〜０．１重量％のジルコニウムと、
０．１〜１．０重量％のハフニウムまたは０．１〜１．０重量％のバナジウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
を含有する。
【００４０】
好ましい実施形態では、本発明のニッケル合金は、
０．７〜０．１３重量％の炭素と、
１２．３重量％〜１２．７重量％のクロムと、
コバルトは存在せず、
３．８〜４．２重量％のモリブデンと、
０．３〜０．７重量％のタングステンと、
１．８〜２．２重量％のニオブと、
タンタルは存在せず、
０．６〜１．０重量％のチタンと、
６．４〜６．８重量％のアルミニウムと、
０．０１〜０．０２重量％のホウ素と、
０．０５〜０．０７重量％のジルコニウムと、
０．２〜０．３重量％のバナジウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
からなる。
【００４１】
好ましい実施形態において、本発明のニッケル合金は、
０．１３〜０．１９重量％の炭素と、
８．０５〜８．３５重量％のクロムと、
９．８〜１０．２重量％のコバルトと、
４．８〜５．２重量％のモリブデンと、
６．８〜７．２重量％のタングステンと、
２．０〜２．４重量％のニオブと、
０．６〜１．０重量％のタンタルと、
０．８〜１．２重量％のチタンと、
５．３〜５．７重量％のアルミニウムと、
０．０１〜０．０２重量％のホウ素と、
０．０４〜０．０６重量％のジルコニウムと、
０．４〜０．６重量％のハフニウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
からなる。
【００４２】
一実施形態において、ニッケル合金は、
０．１重量％の炭素と、
１２．５重量％のクロムと、
４．０重量％のモリブデンと、
０．５重量％のタングステンと、
２．０重量％のニオブと、
０．８重量％のチタンと、
６．６重量％のアルミニウムと、
０．０１重量％のホウ素と、
０．０６重量％のジルコニウムと、
０．２５重量％のバナジウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
からなる。
【００４３】
一実施形態において、ニッケル合金は、
０．１重量％の炭素と
１２．５重量％のクロムと、
４．０重量％のモリブデンと、
０．５重量％のタングステンと、
２．０重量％のニオブと、
０．８重量％のチタンと、
６．６重量％のアルミニウムと、
０．０１重量％のホウ素と、
０．０６重量％のジルコニウムと、
０．０００２〜０．００８重量％のマグネシウムと、
任意選択的に１．０重量％の鉄と、
０．２５重量％のバナジウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
からなる。
【００４４】
請求項１に記載のニッケル合金であって、この合金は、
０．１６重量％の炭素と、
８．２重量％のクロムと、
１０重量％のコバルトと、
５．０重量％のモリブデンと、
７．０重量％のタングステンと、
２．２重量％のニオブと、
０．８重量％のタンタルと、
１．０重量％のチタンと、
５．５重量％のアルミニウム、
０．０１５重量％のホウ素と、
０．０５重量％のジルコニウムと、
０．５重量％のハフニウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
からなる。
【００４５】
請求項１に記載のニッケル合金であって、この合金は、
０．１６重量％の炭素と、
８．２重量％のクロムと、
１０重量％のコバルトと、
５．０重量％のモリブデンと、
７．０重量％のタングステンと、
２．２重量％のニオブと、
０．８重量％のタンタルと、
１．０重量％のチタンと、
５．５重量％のアルミニウムと、
０．０１５重量％のホウ素と、
０．０５重量％のジルコニウムと、
０．０００２〜０．００８重量％のマグネシウムと、
任意選択的に０．５重量％の鉄と、
０．５重量％のハフニウムと、
ニッケルと偶発的不純物であるその組成の残りと
からなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、実施例１および２ならびに参考合金１および２の高温強度を予測するシミュレーションの結果を示す。
【図２】図２〜４は、３つの異なる温度での実施例１および２ならびに参考合金１および２の高温破断寿命を予測するシミュレーション結果を示す。
【図３】図２〜４は、３つの異なる温度での実施例１および２ならびに参考合金１および２の高温破断寿命を予測するシミュレーション結果を示す。
【図４】図２〜４は、３つの異なる温度での実施例１および２ならびに参考合金１および２の高温破断寿命を予測するシミュレーション結果を示す。
【図５】図５は、典型的な製造プロセスの図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明における合金は、ＶＩＭ炉内において減圧またはアルゴン保護雰囲気下で製造される。合金を調製する第一の段階は、最終合金に必要とされる所望の量の様々な元素を達成するために、様々な元素成分およびスクラップまたは母合金（これは最終合金に必要な様々な元素の供給源である）の相対重量比を計算することを含む。固体の母合金、スクラップまたは元素は炉に加えられる。全ての成分を一緒に溶融し、炉内で当該成分を確実に十分に混合して元素がそのマトリックス内に適切に分布するようにするため、熱が加えられる。
【００４８】
そのプロセスで使用される母合金、スクラップ、または元素は市場で入手可能なものである。
【００４９】
溶融および混合が達成されると、気体の低沸点不純物は上記減圧にさらされることにより除去され、非金属は浮遊により除去され、炉内には液体合金のきれいな溶液が残る。次いで、溶融合金の試料を炉から取り出し、放冷し、その元素組成を決定するために分光学的またはその他の容認された分析方法により分析することができる。溶融中の任意の元素質量損失に対応するために組成物の調整がこの段階で必要となる場合があり、または必要としない場合がある。組成は、必要に応じて更なる元素の添加によって調整され、そして所望の組成が達成されていることを確実にするために任意選択的に再分析される。
【００５０】
所望の組成が達成された後、所望のサイズおよび形状の型への溶融物の容易な注ぎ込みを確実にするために、温度は溶融温度を上回りタッピング温度まで上げられる。
【００５１】
図５は、典型的な製造プロセスの図である。
【００５２】
実施例
２つの例示的な合金が製造された。合金の組成を以下に記載する。
【００５３】
実施例１は、以下に示す組成を有するニッケル合金である：
０．１６重量％の炭素と、
８．２重量％のクロムと、
１０重量％のコバルトと、
５．０重量％のモリブデンと
７．０重量％のタングステンと、
２．２重量％のニオブと、
０．８重量％のタンタルと、
１．０重量％のチタンと、
５．５重量％のアルミニウムと、
０．０１５重量％のホウ素と、
０．０５重量％のジルコニウムと、
０．５重量％のハフニウムと、
ニッケルと偶発的不純物である前記組成の残り。
【００５４】
実施例２は、以下に示す組成を有するニッケル合金である：
０．１重量％の炭素と、
１２．５重量％のクロムと、
４．０重量％のモリブデンと、
０．５重量％のタングステンと、
２．０重量％のニオブと、
０．８重量％のチタンと、
６．６重量％のアルミニウムと、
０．０１重量％のホウ素と、
０．０６重量％のジルコニウムと、
０．２５重量％のバナジウムと、
ニッケルと偶発的不純物である前記組成の残り。
【００５５】
実施例１および２の試験片を小型のＲ&Ｄ  ＶＩＭ炉で溶融し、インベストメント鋳造プロセスを用いて試験用キャロットに鋳造した。試験用キャロットは引張試験片と応力破断試験片に機械加工されている。実施例１および２用の試験片を製造した。２つの既知の合金、参考例１（市販の合金Ｍａｒ−Ｍ２４７）および参考例２（市販の合金ＩＮ７１３Ｃ）の試験用キャロットが形成された。実施例１および２の試験用キャロットならびに参考例１（Ｍａｒ−Ｍ２４７）および参考例２（ＩＮ７１３Ｃ）の試験用キャロットの性能を一連の機械的試験で比較する。機械的試験を以下に記載する。実施例１および２の性能は前記公知の合金よりも向上することが予想される。これは、予測ソフトウェアで実証された実施例１および２の有益な特性によるものである。
【００５６】
機械的試験
【００５７】
高温引張試験−各合金からの試料は、室内温度、８５０℃、９５０℃および１０５０℃で試験することとなる。これは業界標準の試験である。
【００５８】
高温応力破断試験−各合金からの試料を、８５０℃、９５０℃および１０５０℃で試験することとなる。これも業界標準の試験である。
【００５９】
高温酸化および腐食試験−各合金の試料は、長期間にわたって高温（８５０℃、９５０℃および１０５０℃）でディーゼル排気エンジンからの排気ガスに曝されることになる。試験中、試料に応力がかかることはないが、この試験はターボチャージャー・タービンホイールの運転環境を近しく再現するように設計されている。この試験により、各合金について高温酸化および耐食性を決定することが可能になる。
【００６０】
金属組織学−各合金の試料は、長期間にわたって高温（８５０℃、９５０℃および１０５０℃）に曝されることになる。試料は、金属組織学的評価のための準備で周期的な間隔で取り出されることとなる。この試験は、各合金の高温微細構造の進展の決定を可能にすることとなる。
【００６１】
実施例３
【００６２】
実施例１および２の合金の高温特性は、市販のコンピュータプログラムＪＭａｔＰｒｏを用いてモデル化した。Ｍａｒ−Ｍ２４７およびＩＮ７１３Ｃと共に合金の特性はＪＭａｔＰｒｏで生成した。
【００６３】
実施例３ａ−高温引張特性
【００６４】
図１は、実施例１および２並びに参考合金１および２の高温強度を予測するＪＭａｔＰｒｏを用いたシミュレーションの結果を示す。実施例１は、参考例１のものよりも高い高温強度を示した。この実施例１の性能が参考例１の性能よりも良好であろうことは予測されていなかった。
【００６５】
シミュレーションはまた、実施例２が参考例２のより高温での機械的特性を超えることを示した。さらに、実施例２は高温で、実施例１の４倍のコストである合金、参考例１の特性を超えることが示された。
【００６６】
実施例３ｂ−高温破裂寿命
【００６７】
図２〜図４に示されるように、ＪＭａｔＰｒｏを用いて生成されたデータは、高温で、実施例１の破断寿命が参考例１の破断寿命よりも長く、実施例２の破断寿命が参考例２の破断寿命よりも大きいことを示す。
【００６８】
本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、「含有する」および「含む」という用語およびそれらの変形は「含むがこれらに限定されない」ことを意味し、それらは、その他の部分、添加物、成分、整数または工程を除外することを意図しない（および除外しない）。本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、文脈上別段の要求がない限り、単数形は複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用されている場合、本明細書は、文脈上別段の要求がない限り、単数形だけでなく複数形も企図するものとして理解されよう。
【００６９】
本発明の特定の態様、実施形態または実施例に関連して記載された特徴、整数、特性、化合物、化学的部分または基は、それらと適合しない場合を除き、本明細書に記載の任意のその他の態様、実施形態または実施例に適用可能であると理解されるべきである。本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書および図面を含む）に開示されているすべての特徴、および／またはそのように開示されている任意の方法若しくはプロセスのすべての工程は、そのような特徴および／または工程の少なくとも一部が相互に排他的である場合の組み合わせを除き、任意の組み合わせで組み合わせることができる。本発明は、前述の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書および図面を含む）に開示された特徴の任意の新規なものまたは任意の新規な組合せ、或いはそのように開示されている任意の方法またはプロセスの工程の任意の新規なものまたは任意の新規な組合せに及ぶ。
【００７０】
読者の注意は、本出願に関連して本明細書と同時またはそれ以前に提出され、本明細書と共に公衆の閲覧に付されているすべての論文および文書に向けられ、そのようなすべての論文および文書の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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