(57)【要約】【課題】チタンアルミナイド合金およびタービン構成部品を提供する。【解決手段】ガンマチタンアルミナイド合金は、原子百分率で、３８から約５０％のアルミニウム、１から約６％のニオブ、０．２５から約２％のタングステン、０．０１から約１．５％のホウ素、約１％以下の炭素、任意選択で、約２％以下のクロム、任意選択で、約２％以下のバナジウム、約２％以下のマンガン、ならびに残部チタンおよび付随的不純物から実質的になる。ガンマチタンアルミナイド合金は、ガスタービン構成部品の少なくとも一部を形成する。ガンマチタンアルミナイド合金は、原子百分率で、約４０から約５０％のアルミニウム、約１から約５％のニオブ、約０．３から約１％のタングステン、約０．１から約０．３％のホウ素、約０．１％以下の炭素、約２％以下のクロム、約２％以下のバナジウム、約２％以下のマンガン、約１％以下のモリブデン、ならびに残部チタンおよび付随的不純物から実質的になる。【選択図】図１
2018162511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子百分率で、
約３８から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、
約１から約６％のニオブ（Ｎｂ）、
約０．２５から約２％のタングステン（Ｗ）、
約０．０１から約１．５％のホウ素（Ｂ）、
任意選択で、約１％以下の炭素（Ｃ）、
任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、
任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、
任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、および
残部チタン（Ｔｉ）および付随的不純物
から実質的になるガンマチタンアルミナイド合金。
【請求項２】
原子百分率で、前記Ｃｒは約１から約２％存在する、請求項１記載のガンマチタンアルミナイド合金。
【請求項３】
原子百分率で、前記Ｍｎは約１から約２％存在する、請求項１記載のガンマチタンアルミナイド合金。
【請求項４】
原子百分率で、前記Ｖは約１から約２％存在する、請求項１記載のガンマチタンアルミナイド合金。
【請求項５】
原子百分率で、前記Ａｌは約４６から約４７％存在し、前記Ｎｂは約３から約５％存在し、前記Ｗは約０．３から約１％存在する、請求項１記載のガンマチタンアルミナイド合金。
【請求項６】
原子百分率で、
約３８から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、
約１から約６％のニオブ（Ｎｂ）、
約０．２５から約２％のタングステン（Ｗ）、
約０．０１から約１．５％のホウ素（Ｂ）、
任意選択で、約１％以下の炭素（Ｃ）、
任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、
任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、
任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、および
残部チタン（Ｔｉ）および付随的不純物
から実質的になるガンマチタンアルミナイド合金を含むタービン構成部品。
【請求項７】
前記タービン構成部品は、ホイール（１１２）、またはバケット（１１０）である、請求項６記載のタービン構成部品。
【請求項８】
原子百分率で、
約４０から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、
約１から約５％のニオブ（Ｎｂ）、
約０．３から約１％のタングステン（Ｗ）、
約０．１から約０．３％のホウ素（Ｂ）、
任意選択で、約０．１％以下の炭素（Ｃ）、
任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、
任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、
任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、
任意選択で、約１％以下のモリブデン（Ｍｏ）、および
残部チタン（Ｔｉ）および付随的不純物
から実質的になるガンマチタンアルミナイド合金。
【請求項９】
原子百分率で、前記Ａｌは約４５．５から約４６．５％存在し、前記Ｎｂは約３％存在し、前記Ｗは約１％存在し、前記Ｂは約０．１％存在し、前記Ｃは約０．０３％存在する、請求項８記載のガンマチタンアルミナイド合金。
【請求項１０】
原子百分率で、前記Ｎｂ、前記Ｗ、前記Ｂ、および前記Ｍｏは、総量の約１．４から約７．３％で存在する、請求項８記載のガンマチタンアルミナイド合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高温ガスタービン用途向けのチタンアルミナイド合金に関し、特に、熱間鍛造チタンアルミナイド合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ガスタービンのパワー出力は、代々のガスタービンの世代ごとに増大している。タービンパワーに関連して、ガスタービンのパワー出力状況を決定するパラメータが存在する。これらのパラメータのうちの１つは、最終段バケットのすぐ下流の排気ガスについてのタービンのロータ回転速度および出口環状半径の観点から定められる。このパラメータは、ＡＮ２のように記述され、ただし、Ｎはロータ回転速度に関係しており、Ａは出口環状半径に関係している。ＡＮ２がエリア内で増大すると、バケット引張荷重も増大する。これらの次第に大きくなる荷重は、ロータホイールのサイズ、および回転部品を含む金属が受ける応力、ならびに支持されるのに必要とされる金属の体積に悪影響を及ぼす。
【０００３】
近年、ＡＮ２値は、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）７１８（ウエストバージニア州ＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎのＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｃｏｒｐ．）とも呼ばれる高価な合金７１８、すなわち、析出硬化ニッケルクロム合金の使用を保証するのに十分大きくなっている。合金７１８などのニッケル基合金は、高価であり、タービン構成部品へと製造するのに時間がかかり、内部冷却を可能にするように内部をくり抜いた部分を製造したときでも比較的高密度で重い。ガスタービンのサイズ増大およびタービンの重量増加はともに、これらの機械のさらなる成長を制限しているとともに、機械の製造コストを増加させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４２５９６４号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的実施形態では、ガンマチタンアルミナイド合金は、原子百分率で、約３８から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、約１から約６％のニオブ（Ｎｂ）、約０．２５から約２％のタングステン（Ｗ）、約０．０１から約１．５％のホウ素（Ｂ）、任意選択で、約１％以下の炭素（Ｃ）、任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、ならびに残部チタン（Ｔｉ）および付随的不純物から実質的になる。
【０００６】
別の例示的実施形態では、タービン構成部品は、原子百分率で、約３８から約５０％のＡｌ、約１から約６％のＮｂ、約０．２５から約２％のＷ、約０．０１から約１．５％のＢ、任意選択で、約１％以下のＣ、任意選択で、約２％以下のＣｒ、任意選択で、約２％以下のＶ、任意選択で、約２％以下のＭｎ、ならびに残部Ｔｉおよび付随的不純物から実質的になるガンマチタンアルミナイド合金を含む。
【０００７】
別の例示的実施形態では、ガンマチタンアルミナイド合金は、原子百分率で、約４０から約５０％のＡｌ、約１から約５％のＮｂ、約０．３から約１％のＷ、約０．１から約０．３％のＢ、任意選択で、約０．１％以下のＣ、任意選択で、約２％以下のＣｒ、任意選択で、約２％以下のＶ、任意選択で、約２％以下のＭｎ、任意選択で、約１％以下のモリブデン（Ｍｏ）、ならびに残部Ｔｉおよび付随的不純物から実質的になる。
【０００８】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例として示す添付図面と併せて見ると、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態における、γチタンアルミナイド合金を含む構成部品を備えたガスタービンを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示的なチタンアルミナイド合金組成物が提供される。本開示の実施形態は、本明細書中に記載された特徴のうち１つまたは複数を使用しない組成物と比較して、低密度を有するがロータホイールおよびバケットが受ける応力および耐クリープ性に耐え、ロータホイールおよびバケットなどのタービン構成部品に従来から使用されている超合金材料ほど高価でなく、低密度を有し、改善された高温特性を有し、改善された高温耐クリープ性を有し、改善された高温伸び特性を有し、改善された高温極限引っ張り強さを有し、改善された高温降伏強度を有し、ニッケル基超合金システムおよび高合金鋼システムに適した低コストの代替品としてタービンホイールおよびタービンバケットにおける使用に特に適しており、γＴｉＡｌマトリックス全体を通じて形状およびサイズが均一に分布した保持されたベータ（β）相によって特徴付けられ、約１３６５℃（約２４９０°Ｆ）未満の温度で高温成形性を有し、またはそれらの組み合わせである。
【００１１】
「高温」という用語は、本明細書中で使用されるとき、ガスタービンの動作温度の範囲内の温度を指す。動作温度は、約１０９３℃（約２０００°Ｆ）、代替として約１０９３から約１５４０℃（約２０００から約２８００°Ｆ）、代替として約１０９３から約１２００℃（約２０００から約２２００°Ｆ）、代替として約１２００℃（約２２００°Ｆ）、代替として約１２００から約１３２０℃（約２２００から約２４００°Ｆ）、代替として約１３２０℃（約２４００°Ｆ）、代替として約１３２０から約１４３０℃（約２４００から約２６００°Ｆ）、代替として約１４３０℃（約２６００°Ｆ）、代替として約１４３０から約１５４０℃（約２６００から約２８００°Ｆ）、代替として約１０９３℃（約２８００°Ｆ）、代替として約１２００から約１４３０℃（約２２００から約２６００°Ｆ）、または任意の値、範囲、もしくはそれらの間の部分範囲である。
【００１２】
「残部が実質的にチタンおよび付随的不純物（ｂａｌａｎｃｅ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ａｎｄ  ｉｎｃｉｄｅｎｔａｌ  ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ）」および「合金の残部が実質的にチタンの（ｂａｌａｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ａｌｌｏｙ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｔｉｔａｎｉｕｍ）」という用語は、本明細書中で使用されるとき、チタンに加えて、特性および／または量において合金の有利な態様に影響を与えないチタンアルミナイド合金に固有である少量の不純物および他の付随的元素を指す。別段の定めがない限り、本明細書中で特定される全ての組成は、原子百分率である。
【００１３】
いくつかの実施形態では、本組成物は、高温用途に使用され、そこでは耐クリープ性および／または耐応力破断性（ｓｔｒｅｓｓ  ｒｕｐｔｕｒｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が重要である。いくつかの実施形態では、高温用途は、ガスタービンである。いくつかの実施形態では、本組成物は、ガスタービン構成部品に使用される。いくつかの実施形態では、ガスタービン構成部品は、バケットまたはホイールである。いくつかの実施形態では、本組成物は、構成部品を形成するために熱間鍛造される。
【００１４】
図１は、圧縮機セクション１０５、燃焼セクション１３０、およびタービンセクション１５０を備えたガスタービン１００を示す。圧縮機セクション１０５は、ホイール１１２に取り付けられた回転バケット１１０と、流体を圧縮するように構成された非回転ノズル１１５とを備える。圧縮機セクション１０５は、圧縮機排出ケーシング１２５も備えることができる。燃焼セクション１３０は、燃焼缶１３５と、燃料ノズル１４０と、移行セクション１４５とを備える。各燃焼缶１３５内で、圧縮空気は、圧縮機セクション１０５から受け取られ、燃料源から受け取った燃焼と混合される。混合気は点火され、作動流体を生成する。作動流体は、概して、燃料ノズル１４０の後端から下流に、移行セクション１４５を通じて下流に、およびタービンセクション１５０の中に流れる。タービンセクション１５０は、ホイール１１２に取り付けられた回転バケット１１０と、非回転ノズル１１５とを備える。タービンセクション１５０は、作動流体のエネルギーを機械トルクに変換する。タービン構成部品の少なくとも１つは、γチタンアルミナイド合金組成物で構成されている。いくつかの実施形態では、タービン構成部品は、バケット１１０である。いくつかの実施形態では、タービン構成部品は、ホイール１１２である。
【００１５】
いくつかの実施形態では、組成物は、γチタンアルミナイド合金である。いくつかの実施形態では、γチタンアルミナイド合金は、金属間合金である。いくつかの実施形態では、γチタンアルミナイド合金は、原子百分率で、約３８から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、約１から約６％のニオブ（Ｎｂ）、約０．２５から約２％のタングステン（Ｗ）、約０．０１から約１．５％のホウ素（Ｂ）、任意選択で、約１％以下の炭素（Ｃ）、任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、ならびに残部が実質的にチタン（Ｔｉ）および付随的不純物を含有する。
【００１６】
これらのγＴｉＡｌ合金は、好ましくは、低密度の利点をもたらし、γＴｉＡｌ合金がタービンバケット１１０、タービンホイール１１２、およびタービンノズル１１５などの用途に特に使用されることを可能にする。好ましくは、これらのγＴｉＡｌ合金は、現在使用されている材料、特にニッケル基超合金および高合金鋼を上回るそのような密度の有利さを有し、γＴｉＡｌ合金は、その内部をくり抜く等によって金属を取り除く必要なしに使用することができる。
【００１７】
γＴｉＡｌ合金は、ニッケル基超合金および高合金鋼を上回るかなり大きいコストの利点をもたらす。γＴｉＡｌ合金は合金元素を含むことが好ましいが、これらの合金元素は少量で存在することが好ましい。さらに、これらの合金元素は、大部分が、戦略的ではなく、容易に利用可能である。
【００１８】
いくつかの実施形態では、タービンホイール１１２およびタービンバケット１１０に使用され得るγチタン合金組成物は、原子百分率で、約３８から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、約１から約６％のニオブ（Ｎｂ）、約０．２５から約２％のタングステン（Ｗ）、約０．０１から約１．５％のホウ素（Ｂ）、任意選択で、約１％以下の炭素（Ｃ）、任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、ならびに残部が実質的にチタン（Ｔｉ）および付随的不純物から実質的になる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、γチタンアルミナイド合金は、原子百分率で、約４０から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、約１から約５％のニオブ（Ｎｂ）、約０．３から約１％のタングステン（Ｗ）、約０．１から約０．３％のホウ素（Ｂ）、任意選択で、約０．１％以下の炭素（Ｃ）、任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、任意選択で、約１％以下のモリブデン（Ｍｏ）、ならびに残部が実質的にチタン（Ｔｉ）および付随的不純物で構成されている。いくつかの実施形態では、全体の非Ａｌ、非Ｔｉ合金含有量は、原子百分率で約１．４から約７．３％の範囲内である。
【００２０】
Ａｌは、原子百分率で、約３８から約５０％、代替として約４０から約５０％、代替として約４５．５から約４７．５％、代替として約４６から約４７％、代替として約４６．５％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の範囲内の量で存在することができる。
【００２１】
この合金では、Ｎｂが合金の耐酸化性を改善するために添加することができる。耐酸化性は、タービンバケット１１０、ホイール１１２、およびシールなどのためのタービンの高温セクションに使用される合金の重要な特性である。高温排気ガスは、これらの用途におけるこれらの構成部品に使用される合金を劣化させる傾向がある。Ｎｂは、原子百分率で、約１から約６％、代替として約１から約５％、代替として約２から約６％、代替として約３から約５％、代替として約３％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の範囲内の量で添加することができる。
【００２２】
本発明の合金は、温度伸びを約０．８５から約１％向上させた。より具体的には、約４７％のＡｌ、約２％のＣｒ、約３．３８％のＮｂ、約０．１から約０．２％のＢ、約０．０３から約０．０６％のＣ、ならびに残部が実質的にＴｉおよび付随的不純物を有する合金は、２１５０°Ｆで約１％、２２３５°Ｆで１％、２３５０°Ｆで１％、２３７５°Ｆで１％、および２４００°Ｆで０．８５％の伸びを有する。
【００２３】
本発明の合金は、温度降伏強度を約５２から約５８ｋｓｉへ向上させた。より具体的には、約４７％のＡｌ、約２％のＣｒ、約３．３８％のＮｂ、約０．１から約０．２％のＢ、約０．０３から約０．０６％のＣ、ならびに残部が実質的にＴｉおよび付随的不純物を有する合金は、２１５０°Ｆで約５２．３ｋｓｉ、２２３５°Ｆで５４ｋｓｉ、２３５０°Ｆで５６．３ｋｓｉ、２３７５°Ｆで５６．８ｋｓｉ、および２４００°Ｆで５８ｋｓｉの降伏強度を有する。
【００２４】
本発明の合金は、約４３から約４５．５ｋｓｉ−ｉｎのクリープ強度を有する。より具体的には、約４７％のＡｌ、約２％のＣｒ、約３．３８％のＮｂ、約０．１から約０．２％のＢ、約０．０３から約０．０６％のＣ、ならびに残部が実質的にＴｉおよび付随的不純物を有する合金は、２１５０°Ｆで約４５．６２ｋｓｉ−ｉｎ、２２３５°Ｆで４４．８１ｋｓｉ−ｉｎ、２３５０°Ｆで４３．７２ｋｓｉ−ｉｎ、２３７５°Ｆで４３．４８ｋｓｉ−ｉｎ、および２４００°Ｆで４３．０ｋｓｉ−ｉｎのクリープ強度を有する。
【００２５】
本発明の合金は、約１５．２２から約２４．００ＭｐＡ  ｍ１／２の破壊靱性を有する。より具体的には、約４７％のＡｌ、約２％のＣｒ、約３．３８％のＮｂ、０．１から約０．２％のＢ、０．０３から約０．０６％のＣ、ならびに残部が実質的にＴｉおよび付随的不純物を有する合金は、２１５０°Ｆで約１５．２２ＭｐＡ  ｍ１／２−ｉｎ、２２３５°Ｆで１８．０９ＭｐＡ  ｍ１／２−ｉｎ、２３５０°Ｆで２１．９７ＭｐＡ  ｍ１／２−ｉｎ、２３７５°Ｆで２２．８２ＭｐＡ  ｍ１／２−ｉｎ、および２４００°Ｆで２４．０ＭｐＡ  ｍ１／２−ｉｎの破壊靱性を有する。
【００２６】
タングステンは、高温処理中の粒成長を制限する安定した微細粒を形成するために添加することができる。Ｗは、原子百分率で、約０．２５から約２％、代替として約０．３から約１％、代替として約１％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の範囲内の量で添加することができる。
【００２７】
ホウ素は、γチタンアルミニウム合金の高温強度および耐クリープ性を増大させるために加えることができる。ホウ素の添加は、高温処理中の粒成長を制限するＴｉＢ２の微細相（ｆｉｎｅ  ｐｈａｓｅ）を形成する。Ｂは、原子百分率で、約０．０１から約１．５％、代替として約０．７５から約１．５％、代替として０．１から約０．３％、代替として約０．１％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の範囲内の量で添加することができる。
【００２８】
少量の炭素の添加は、γおよびγ＋βチタンアルミナイド合金の高温耐クリープ性を大きく増大させる。耐クリープ性は、高温および高回転速度で動作するタービンバケット１１０およびタービンホイール１１２などのタービン用途にとって重要な特性である。Ｃは、原子百分率で、約１％以下、代替として約０．０１から約１％、代替として約０．１％以下、代替として約０．０３％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の量で添加することができる。
【００２９】
Ｃｒは、原子百分率で、約２％以下、代替として約１から約２％、代替として約１％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の量で添加することができる。
【００３０】
バナジウムは、合金の靱性を改善するために約１％から約２％の量で添加することができる。靱性は、エネルギーを吸収し、破壊することなく塑性的に変形する能力である。靱性は、ホイール１１２における望ましい特徴であるが、それは、特に、高速で移動している間にバケット１１０がタービンケーシングに接触し得るとき、過渡的な出力エクスカーション中に、タービンバケット１１０における重要な特性である。Ｖは、原子百分率で、約２％以下、代替として約１から約２％、代替として約１％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の量で添加することができる。
【００３１】
Ｍｎは、原子百分率で、約２％以下、代替として約１から約２％、代替として約１％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の量で添加することができる。
【００３２】
モリブデン（Ｍｏ）は、低温での延性および靱性を向上させるために任意選択の元素として添加することができる。モリブデンは、押出加工後のマトリックス内のβ相のより細かい分配を実現するように高温押出加工中のβ相の分解も促進する。Ｍｏは、原子百分率で、約１％以下、代替として約０．０１から約１％、代替として約１％、または任意の量、範囲もしくはそれらの間の部分範囲の量で添加することができる。いくつかの実施形態では、Ｍｏは、本合金の配合において特に除外される。
【００３３】
タンタル（Ｔａ）は、本合金の配合において特に除外されることが好ましい。
【００３４】
合金のＡｌ含有物を約５０％未満に減少させると、高温で合金に形成される第２のベータ（β）相の量を増大させる。β相は、β安定剤の添加によってさらに安定化することができる。上述したように、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、鉄（Ｆｅ）、およびシリコン（Ｓｉ）は、全てβ安定剤である。Ｔａは、戦略的な合金としてのその高価さと、その密度との両方のため、この合金には使用されない。Ｆｅは、その密度のため、この合金には使用されない。Ｖ、Ｎｂ、およびＭｏは、β相を低温へ安定化する同形のβ安定剤である。Ｃｒは、Ｃｒが十分な濃度に存在するときに、β相の安定化温度を室温まで下げることができる共析晶β安定剤である。
【００３５】
高温でのγ＋βチタンアルミナイド合金に存在するβ相の量は、上述したように注意深い組成制御によって制御されることが好ましく、β安定剤は、β相を低温へ維持することができる。これは、熱間加工の容易さが存在し得るβ相の量を増加させることによって改善されるので、重要な特徴である。したがって、より高い歪み速度での鍛造および熱間押出加工は、より大きい量のβ相で達成することができる。もちろん、維持される相の量は、限定するものではないが耐クリープ性、極限引っ張り強さ、降伏強度、伸び、靱性、密度、およびコストが含まれ得る他の特性によってバランスがとられなければならない。Ｔｉの濃度の増加は、合金のコストならびに密度を増加させる。したがって、合金の特性とコストのバランスをとることが望ましく、Ａｌは、Ｔｉよりもずっと低い密度であり、ずっとより安価である。
【００３６】
作業全体にわたってその最高の高温でワークピースを維持しようとする一熱間加工プロセスは、等温の鍛造である。本来的に低い鍛造性を有する本チタンアルミナイド合金などの合金は、形成するのが難しい可能性があり、それらの機械特性は、小さい温度範囲にわたって大きく変わり得る。等温の鍛造は、上述したような合金添加が含まれるときに、これらの特性の克服を助けるために使用することができる。等温鍛造は、開始時のワークピースの温度、または開始時のワークピースの温度よりわずかに低い温度までダイを加熱することによって実現される。例えば、ダイは、石英水銀灯などの外側の熱源によって鍛造前に予熱を受け、温度に維持することができ、またはダイは、事前設定レベルで温度を維持する制御された加熱要素を備えてもよい。ダイによって及ぼされる力がワークピースを形成するとき、成形の作業の界面間のワークピースの冷却は無くされ、または少なくとも実質的に減らされ、したがって金属の流れ特性は、大いに改善される。等温鍛造は、真空または制御された雰囲気中で実行されてもよく、またはされなくてもよい。この製造プロセスのための設備コストは高く、このタイプの作業の追加費用は、ケースバイケースで正当化されるべきである。
【００３７】
タービンホイール１１２またはタービンホイール１１２に取り付けられたタービンバケット１１０として合金が使用されるガスタービン用途において実行するために、合金は、高温耐クリープ性、ならびに十分な高温極限引っ張り強さ（ＵＴＳ：ｕｌｔｉｍａｔｅ  ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、降伏強度（ＹＳ）、および伸びを示さなければならない。本明細書中に開示された合金は、タービン用途内のシールとしても使用することができる。シールは十分なので、高温耐クリープ性はそれほど重要ではないが、合金は高温極限引っ張り強さ（ＵＴＳ）、降伏強度（ＹＳ）、および伸びを示さなければならない。
【００３８】
いくつかの実施形態では、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、およびＴｉの量は、γチタンアルミナイド合金に予め定めた量の少なくとも１つの特性を与えるように選択される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの特性は、材料コスト、密度、高温耐クリープ性、高温伸び、高温耐酸化性、高温極限引っ張り強さ、高温降伏強度、またはそれらの組み合わせである。
【００３９】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、様々な変更がなされてもよく、均等物が本発明の範囲から逸脱することなくその要素に代わって用いられてもよいことが当業者によって理解されよう。加えて、多くの修正形態が、本発明の実質的な範囲から逸脱することなく特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるようになされてもよい。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図されている。
【００４０】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
原子百分率で、
約３８から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、
約１から約６％のニオブ（Ｎｂ）、
約０．２５から約２％のタングステン（Ｗ）、
約０．０１から約１．５％のホウ素（Ｂ）、
任意選択で、約１％以下の炭素（Ｃ）、
任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、
任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、
任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、および
残部チタン（Ｔｉ）および付随的不純物
から実質的になるガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様２］
原子百分率で、前記Ｃｒは約１から約２％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様３］
原子百分率で、前記Ｍｎは約１から約２％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様４］
原子百分率で、前記Ｖは約１から約２％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様５］
原子百分率で、前記Ａｌは約４６から約４７％存在し、前記Ｎｂは約３から約５％存在し、前記Ｗは約０．３から約１％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様６］
原子百分率で、前記Ａｌは約４５．５から約４７．５％存在し、前記Ｎｂは約５％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様７］
原子百分率で、前記Ｗは約１％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様８］
原子百分率で、前記Ｎｂは約３％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様９］
原子百分率で、前記Ｂは約０．７５から約１．５％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様１０］
原子百分率で、前記Ｃは約０．０１から約０．１％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様１１］
原子百分率で、前記Ａｌは約４０から約５０％存在する、実施態様１に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様１２］
原子百分率で、
約３８から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、
約１から約６％のニオブ（Ｎｂ）、
約０．２５から約２％のタングステン（Ｗ）、
約０．０１から約１．５％のホウ素（Ｂ）、
任意選択で、約１％以下の炭素（Ｃ）、
任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、
任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、
任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、ならびに
残部チタン（Ｔｉ）および付随的不純物
から実質的になるガンマチタンアルミナイド合金を含むタービン構成部品。
［実施態様１３］
前記タービン構成部品は、ホイール（１１２）、またはバケット（１１０）である、実施形態１２に記載のタービン構成部品。
［実施態様１４］
原子百分率で、前記Ｂは約０．７５から約１．５％存在する、実施形態１２に記載のタービン構成部品。
［実施態様１５］
原子百分率で、前記Ｃは約０．０１から約０．１％存在する、実施形態１２に記載のタービン構成部品。
［実施態様１６］
原子百分率で、
約４０から約５０％のアルミニウム（Ａｌ）、
約１から約５％のニオブ（Ｎｂ）、
約０．３から約１％のタングステン（Ｗ）、
約０．１から約０．３％のホウ素（Ｂ）、
任意選択で、約０．１％以下の炭素（Ｃ）、
任意選択で、約２％以下のクロム（Ｃｒ）、
任意選択で、約２％以下のバナジウム（Ｖ）、
任意選択で、約２％以下のマンガン（Ｍｎ）、
任意選択で、約１％以下のモリブデン（Ｍｏ）、ならびに
残部チタン（Ｔｉ）および付随的不純物
から実質的になるガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様１７］
原子百分率で、前記Ａｌは約４５．５から約４６．５％存在し、前記Ｎｂは約３％存在し、前記Ｗは約１％存在し、前記Ｂは約０．１％存在し、前記Ｃは約０．０３％存在する、実施態様１６に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様１８］
原子百分率で、前記Ａｌは約４６．５％存在する、実施態様１６に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様１９］
原子百分率で、前記Ｍｏは約１％存在する、実施態様１６に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
［実施態様２０］
原子百分率で、前記Ｎｂ、前記Ｗ、前記Ｂ、および前記Ｍｏは、総量の約１．４から約７．３％で存在する、実施態様１６に記載のガンマチタンアルミナイド合金。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ガスタービン
１０５  圧縮機セクション
１１０  回転バケット、バケット、タービンバケット
１１２  ホイール、タービンホイール
１１５  非回転ノズル、タービンノズル
１２５  圧縮機排出ケーシング
１３０  燃焼セクション
１３５  燃焼缶
１４０  燃料ノズル
１４５  移行セクション
１５０  タービンセクション
【図１】
2018162511.tif 000003
【外国語明細書】
2018162511000001.pdf