(57)【要約】【課題】密度が低く、かつ、強度が高い、軽量化されたニッケル基合金の提供。【解決手段】Ｃｏを１４〜１９質量％、Ｃｒを１０〜１５質量％、Ｃを０．０５〜０．２質量％、Ｍｏを０〜３質量％、Ｔｉを３．１〜４．５質量％含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物であり、Ａｌ含有率（質量％）に対するＴｉ含有率（質量％）の比（Ｔｉ／Ａｌ）が０．８５以下である、ニッケル基合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏを１４〜１９質量％、Ｃｒを１０〜１５質量％、Ｃを０．０５〜０．２質量％、Ｍｏを０〜３質量％、Ｔｉを３．１〜４．５質量％含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物であり、Ａｌ含有率（質量％）に対するＴｉ含有率（質量％）の比（Ｔｉ／Ａｌ）が０．８５以下である、ニッケル基合金。
【請求項２】
Ｖを０〜２質量％含有する、請求項１に記載のニッケル基合金。
【請求項３】
Ａｌを５．０〜６．７質量％含有する、請求項１または２に記載のニッケル基合金。
【請求項４】
１１８５℃〜１２３５℃で１〜４ｈ程度保持を行い、空冷またはガスファン冷却を行う溶体化処理と、その後、８００℃〜１１５０℃で３〜２５時間保持し、空冷またはガスファン冷却を行う時効処理とを施して得られる、Ｎｉの母相（γ相）中にＮｉ3Ａｌ型またはＮｉ3Ｔｉ型の析出相（γ´相）が分散析出して強化されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のニッケル基合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はニッケル基合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン、ジェットエンジン、ターボチャージャー等、耐熱性等が求められる部材は、従来、ニッケル基合金が利用されている。
このようなニッケル基合金として、例えば特許文献１に記載のニッケル基合金が挙げられる。特許文献１にはコバルト、クロム、アルミ、チタン、炭素等を含む合金組成物が記載されており、さらに具体的態様として、約９．５重量％のコバルト、約２重量％チタン、約４重量％のモリブデンを含み、加えてクロム、アルミニウム、炭素等を含み、残部としてニッケル及び不可避不純物を含むニッケル基合金（実施例１）、および、約３重量％のチタン、約４．２重量％のモリブデンを含み、加えてコバルト、クロム、アルミニウム、炭素等を含むニッケル基合金（実施例２）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなニッケル基合金は強度が高く、かつ軽量であることが望まれるが、強度の向上とともに密度が高くなる傾向があり、これらを両立させることは困難であった。例えば上記の特許文献１に記載のニッケル基合金も強度の向上および密度の低下の両立はなされていない。
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、密度が低く、かつ、強度が高い、軽量化されたニッケル基合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出して本発明を完成させた。
本発明は次の（１）〜（４）である。
（１）Ｃｏを１４〜１９質量％、Ｃｒを１０〜１５質量％、Ｃを０．０５〜０．２質量％、Ｍｏを０〜３質量％、Ｔｉを３．１〜４．５質量％含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物であり、Ａｌ含有率（質量％）に対するＴｉ含有率（質量％）の比（Ｔｉ／Ａｌ）が０．８５以下である、ニッケル基合金。
（２）Ｖを０〜２質量％含有する、上記（１）に記載のニッケル基合金。
（３）Ａｌを５．０〜６．７質量％含有する、上記（１）または（２）に記載のニッケル基合金。
（４）１１８５℃〜１２３５℃で１〜４ｈ程度保持を行い、空冷またはガスファン冷却を行う溶体化処理と、その後、８００℃〜１１５０℃で３〜２５時間保持し、空冷またはガスファン冷却を行う時効処理とを施して得られる、Ｎｉの母相（γ相）中にＮｉ3Ａｌ型またはＮｉ3Ｔｉ型の析出相（γ´相）が分散析出して強化されている、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のニッケル基合金。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、密度が低く、かつ、強度が高い、軽量化されたニッケル基合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例および比較例における各試験片の密度および耐力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明について説明する。
本発明は、Ｃｏを１４〜１９質量％、Ｃｒを１０〜１５質量％、Ｃを０．０５〜０．２質量％、Ｍｏを０〜３質量％、Ｔｉを３．１〜４．５質量％含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物であり、Ａｌ含有率（質量％）に対するＴｉ含有率（質量％）の比（Ｔｉ／Ａｌ）が０．８５以下である、ニッケル基合金である。
このようなニッケル基合金を、以下では「本発明の合金」ともいう。
【００１０】
本発明の合金における各成分について説明する。
本発明の合金における各成分の含有率はＩＣＰ−ＡＥＳ法によって測定して得られる値を意味するものとするが、Ｃ含有率およびＳ含有率は高周波燃焼−赤外線吸収法によって測定して得られる値を意味するものとし、Ｓｉ含有率は二酸化ケイ素重量法によって測定して得られる値を意味するものとし、Ｏ含有率は赤外線吸収法によって測定して得られる値を意味するものとし、Ｎ含有率は熱伝導度法によって測定して得られる値を意味するものとする。
【００１１】
Ｃｏについて説明する。
本発明の合金はＣｏを１４〜１９質量％含有する。Ｃｏ含有率は１４．５質量％以上であることが好ましく、１５．０質量％以上であることがより好ましい。また、Ｃｏ含有率は１８．５質量％以下であることが好ましく、１８．０質量％以下であることがより好ましい。Ｃｏ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００１２】
Ｃｒについて説明する。
本発明の合金は、従来のニッケル基合金と比較してＣｒ含有率が高い。具体的には、本発明の合金はＣｒを１０〜１５質量％含有する。Ｃｒ含有率は１１質量％以上であることが好ましく、１２質量％以上であることがより好ましく、１２．５質量％以上であることより好ましく、１３質量％以上であることがさらに好ましい。また、Ｃｒ含有率は１４．５質量％以下であることが好ましく、１４質量％以下であることがより好ましい。Ｃｒ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００１３】
Ｍｏについて説明する。
本発明の合金は、従来のニッケル基合金と比較してＭｏ含有率が低い。具体的には、本発明の合金はＭｏを０〜３質量％含有する。すなわち、本発明の合金はＭｏを含まない場合もある。本発明の合金においてＭｏ含有率は０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがより好ましい。Ｍｏ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００１４】
Ｗについて説明する。
本発明の合金はＷを含んでもよい。本発明の合金は、Ｗ含有率が３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましく、１質量％以下であることがさらに好ましい。Ｗ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。Ｗが高すぎると密度が高くなる傾向がある。
【００１５】
Ｔｉについて説明する。
本発明の合金は、従来のニッケル基合金と比較してＴｉ含有率が高い。具体的には、本発明の合金はＴｉを３．１〜４．５質量％含有する。本発明の合金においてＴｉ含有率は３．３質量％以上であることが好ましく、３．５質量％以上であることがより好ましい。また、Ｔｉ含有率は４．３質量％以下であることが好ましく、４．０質量％以下であることがより好ましい。Ｔｉ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００１６】
Ａｌについて説明する。
本発明の合金はＡｌを必須成分として含む。本発明の合金はＡｌを５．０〜６．７質量％含有することが好ましい。本発明の合金においてＡｌ含有率は５．５質量％以上であることが好ましく、６質量％以上であることがより好ましい。また、Ａｌ含有率は６．６質量％以下であることが好ましく、６．５質量％以下であることがより好ましい。Ａｌ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００１７】
ＴｉとＡｌとの比について説明する。
本発明の合金において、Ａｌ含有率（質量％）に対するＴｉ含有率（質量％）の比（Ｔｉ／Ａｌ）は０．８５以下である。この比は、０．８以下であることが好ましく、０．７５以下であることがより好ましく、０．６８以下であることがさらに好ましい。また、この比は、０．４５以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましく、０．５６以上であることがさらに好ましい。Ａｌ含有率（質量％）に対するＴｉ含有率（質量％）の比（Ｔｉ／Ａｌ）がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００１８】
Ｔａについて説明する。
本発明の合金はＴａを含んでもよい。本発明の合金は、Ｔａ含有率が３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましく、１質量％以下であることがさらに好ましい。Ｔａ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００１９】
Ｎｂについて説明する。
本発明の合金はＮｂを含んでもよい。本発明の合金は、Ｎｂ含有率が３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましく、１質量％以下であることがさらに好ましい。Ｎｂ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００２０】
Ｖについて説明する。
本発明の合金においてＶは必須成分ではないが、本発明の合金はＶを含むことが好ましい。本発明の合金においてＶ含有率は０．４質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましく、０．８質量％以上であることがさらに好ましい。また、Ｖ含有率は３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましく、１．５質量％以下であることがさらに好ましい。Ｖ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００２１】
Ｚｒについて説明する。
本発明の合金においてＺｒは必須成分ではないが、本発明の合金はＺｒを含むことが好ましい。本発明の合金においてＺｒ含有率は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．０３質量％以上であることがさらに好ましい。また、Ｚｒ含有率は０．１質量％以下であることが好ましく、０．０７質量％以下であることがより好ましく、０．０５質量％以下であることがさらに好ましい。Ｚｒ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００２２】
Ｃについて説明する。
本発明の合金はＣを０．０５〜０．２質量％含有する。Ｃ含有率は０．０６質量％以上であることが好ましく、０．０７質量％以上であることがより好ましい。また、Ｃ含有率は０．１８質量％以下であることが好ましく、０．１６質量％以下であることがより好ましい。Ｃ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００２３】
Ｂについて説明する。
本発明の合金においてＢは必須成分ではないが、本発明の合金はＢを含むことが好ましい。本発明の合金においてＢ含有率は０．００５質量％以上であることが好ましく、０．０１質量％以上であることがより好ましい。また、Ｂ含有率は０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。Ｂ含有率がこのような範囲であると、密度がより低く、かつ、強度がより高くなる傾向があるからである。
【００２４】
本発明の合金は、上記のような成分を含み、残部がＮｉおよび不可避的不純物である。
【００２５】
本発明の合金においてＮｉ含有率は５５質量％以上であることが好ましく、５６質量％以上であることがより好ましく、５７質量％以上であることがさらに好ましい。また、本発明の合金においてＮｉ含有率は６３質量％以下であることが好ましく、６２質量％以下であることがより好ましく、６１質量％以下であることがより好ましく、６０．５質量％以下であることがさらに好ましい。
【００２６】
本発明の合金において不可避的不純物とは、原料や製造過程において混入し得る成分であって、意図的に添加していない成分を意味する。具体的に、不可避的不純物として、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏが挙げられる。不可避的不純物の含有率は低いことが好ましく、具体的には０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１０質量％以下であることがより好ましい。
【００２７】
本発明の合金は、上記のような組成であって、Ｎｉの母相（γ相）中にＮｉ3Ａｌ型またはＮｉ3Ｔｉ型の析出相（γ´相）が分散析出して強化された合金である。次に説明するように、Ｎｉをベースとし、ＡｌおよびＴｉを添加し、加えてＣｒ、Ｗ、Ｔａなどの高融点金属を添加した上で、所定の温度で溶体化処理を行い、さらに時効処理を行って得ることができる。具体的には、１１８５℃〜１２３５℃で１〜４ｈ程度保持を行い、空冷またはガスファン冷却を行う溶体化処理と、その後、８００℃〜１１５０℃で３〜２５時間保持し、空冷またはガスファン冷却を行う時効処理とを施して得られるものであることが好ましい。
【００２８】
本発明の合金の製造方法について説明する。
本発明の合金の製造方法は特に限定されず、鍛造によって得ることもできるが、原料を溶解した後、鋳造して得ることが好ましい。鋳造して得た本発明の合金は割れ難い傾向があり好ましい。
【００２９】
本発明の合金を鋳造して得る方法を具体例を挙げて説明する。
初めに、不純物の少ない原料を真空誘導炉で溶解し、鋳造してインゴットを得る。
次に、得られたインゴットを溶体化処理および時効処理を行う。時効処理は２段階であることが好ましい。
例えばこのような方法によって、本発明の合金を得ることができる。
【００３０】
このような本発明の合金は密度が低く、かつ、強度が高い。具体的には、耐力が７００ＭＰａ以上（好ましくは７５０ＭＰａ以上）であって、かつ、密度が７．８８ｇ／ｃｍ3以下であるニッケル基合金とすることができる。また、好ましい態様の場合であれば、耐力が７５０ＭＰａ以上であって、かつ、密度が７．７５ｇ／ｃｍ3以下（好ましくは７．７３ｇ／ｃｍ3以下）であるニッケル基合金とすることができる。ここで耐力および密度は、後述する実施例において説明する方法によって得られる値を意味するものとする。
したがって、従来のニッケル基合金と同程度の強度として場合に、より軽量化された部材を得ることができる。また、同程度の重量の部材であって、より強度が高いものを得ることもできる。
【実施例】
【００３１】
第１表に示す実施例１~１２および比較例１、２の各成分組成となるように合金原料の配合割合を調整した後、真空溶解炉を用いてインゴットを作成した。なお、比較例１はインコネル（登録商標）１００（スペシャルメタルズ社（旧インコ社）製）と同様の組成であり、比較例２はインコネル（登録商標）７１３Ｃ（スペシャルメタルズ社（旧インコ社）製）と同様の組成である。
次に、このインゴットを用いて真空溶解炉にて溶解および鋳型への鋳造を行い、鋳造素材を作成した。
次に、得られた鋳造素材に対して溶体化処理および時効処理を行って試験片を得た。ここで溶体化処理は１１８５℃〜１２３５℃で１〜４ｈ程度保持を行い、空冷またはガスファン冷却を行った。また、時効処理は２段階の時効処理に分けられ、１次時効処理は１０００℃〜１１５０℃で３〜５ｈ保持し、空冷またはガスファン冷却を行った。２次時効処理は８００℃〜９５０℃で１０〜２５時間保持し、空冷またはガスファン冷却を行った。
【００３２】
次に得られた試験片について、密度および耐力を測定した。
密度の測定方法は次の通りである。
ＪＩＳ  Ｚ  ８８０７に示された「液中ひょう量法による密度および比重の測定方法」に準拠して密度測定を実施した。測定の際に標準物質には純水を用いた。
【００３３】
耐力の測定方法は次の通りである。
試験片をＡＳＴＭ  Ｅ８規格に準拠した形状の引張試験片形状に機械加工を施した後、ＡＳＴＭ  Ｅ８規格に準拠した試験方法にて引張試験を実施し耐力を測定した。この時測定した耐力は０．２％耐力である。
密度および耐力の測定結果を第１表および図１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
第１表および図１から明らかなように、本発明の範囲内である実施例１〜１２の試験片は密度が低く、かつ、耐力が高い。
【図１】
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