(57)【要約】【課題】白金族元素を添加したγ’析出強化型Ｎｉ基超合金の合金特性解析や合金組成探索を簡便かつ容易に効率よく行うことのできる、新しいγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計支援プログラムおよび設計支援装置を提供する。【解決手段】γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援するために、コンピュータを、Ｎｉ基超合金の合金組成、使用温度および使用応力を入力する入力手段（１）、予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段（２）、記憶手段（２）から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段（３）、記憶手段（２）から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段（４）、および組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段（５）、として機能させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援するために、コンピュータを、
Ｎｉ基超合金の合金組成、使用温度および使用応力を入力する入力手段、
予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、
記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、
記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および
組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、
として機能させることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラム。
【請求項２】
γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援する装置であって、
Ｎｉ基超合金の合金組成、使用温度および使用応力を入力する入力手段、
予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、
記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、
記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および
組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、
を備えることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項３】
記憶手段に記憶した構成元素が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔであることを特徴とする請求項１記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項２記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項４】
記憶手段に記憶した組織因子計算式が、少なくとも使用温度におけるγ相とγ’相の平衡計算式を含むものであることを特徴とする請求項１記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項２記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項５】
γ相とγ’相の平衡計算式が、使用温度におけるγ’面の式および分配比の式からなるものであることを特徴とする請求項４記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項４記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項６】
記憶手段に記憶した合金特性計算式が、合金組成、組織因子、使用温度および使用応力との関数として表されたものであることを特徴とする請求項１記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項２記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項７】
コンピュータを、構成元素に関してγ’相の組成と分配比の反復収束計算およびγ’相量の反復計算を連動させて、使用温度におけるγ相およびγ’相の組成とγ’相の量比を算出するγ’相算出手段、としてさらに機能させることを特徴とする請求項１記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラム。
【請求項８】
構成元素に関してγ’相の組成と分配比の反復収束計算およびγ’相量の反復計算を連動させて、使用温度におけるγ相およびγ’相の組成とγ’相の量比を算出するγ’相算出手段、をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項９】
γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援するために、コンピュータを、
Ｎｉ基超合金の１個以上の要求性能、使用温度および使用応力を入力する入力手段、
予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、
要求性能を満足する合金組成を算出する合金組成算出手段、
記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、
記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および
組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、
として機能させることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラム。
【請求項１０】
γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援する装置であって、
Ｎｉ基超合金の１個以上の要求性能、使用温度および使用応力を入力する入力手段、
予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、
要求性能を満足する合金組成を算出する合金組成算出手段、
記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、
記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および
組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、
を備えることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項１１】
記憶手段に記憶した構成元素が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔであることを特徴とする請求項９記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項１０記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項１２】
記憶手段に記憶した組織因子計算式が、少なくとも使用温度におけるγ相とγ’相の平衡計算式を含むものであることを特徴とする請求項９記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項１０記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項１３】
γ相とγ’相の平衡計算式が、使用温度におけるγ’面の式および分配比の式からなるものであることを特徴とする請求項１２記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項１２記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【請求項１４】
要求性能が、合金特性および組織因子のいずれか一方または両方から選ばれる１個以上のものであることを特徴とする請求項９記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは請求項１０記載のγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムおよびγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、白金族元素を添加したγ’析出強化型Ｎｉ基超合金の合金特性解析や合金組成探索に有用な、新しいγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計支援プログラムおよび設計支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、γ’析出強化型Ｎｉ基超合金は、高温強度に優れた耐熱合金としてジェットエンジン、発電用ガスタービンなどの熱機関の高温部材に広く用いられている。特に動翼材については高温、高圧下で使用される部材として必要不可欠なものとなっており、この合金の高温特性が熱機関の出力や熱効率に大きく影響する要因となっている。また最近では、地球温暖化防止、ＣＯ２削減という観点から、特に発電用ガスタービンシステムの超高効率化が望まれており、より高性能な合金の開発が期待されている。
【０００３】
γ’析出強化型Ｎｉ基超合金はＮｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅなど１０種類以上の構成元素からなっている。さらに最新の組織安定性の向上とそれによる高温長時間側でのクリープ強度にすぐれた第４世代合金では、ルテニウム（Ｒｕ）やイリジウム（Ｉｒ）などの白金族元素まで添加されるに至っている。新しい優れた性能を持つ合金を開発するためには、これらの構成元素を組み合わせた組成の違う合金を設計・製造し、性能を検証しなければならず、多大な労力と費用が必要である。このため、使用温度・応力下における合金構成相の量比や組成を簡便かつ効率的に最適化することが望まれているが、現在、γ’析出強化型Ｎｉ基超合金開発に適用できる技術は、ＰＨＡＣＯＭＰ（非特許文献１参照）、ＤＶ−Ｘαクラスター法（非特許文献２参照）、γ’析出強化型Ｎｉ基超合金設計支援装置（特許文献１参照）のみである。
【０００４】
しかしながら、ＰＨＡＣＯＭＰは電子論を応用した有害相の判定技術であり、新合金開発のための方策は見いだされていない。
【０００５】
ＤＶ−Ｘαクラスター法によるものは合金元素のエネルギーレベルと共有結合度をパラメータとして、新合金の組成を求める方法であるが、構成相の格子定数ミスフィットなどの合金性能に直接関係する組織因子を考慮しておらず、また、白金族元素には対応していない。
【０００６】
γ’析出強化型Ｎｉ基超合金設計支援装置は合金組成を入力し、構成相であるγ’相の組成と分配比の収束計算およびγ’相量の収束計算を連動させ、γ相およびγ’相の組成とγ’相量、格子定数ミスフィットという組織因子を計算し、さらに組織因子と合金組成から機械的性能を計算するという優れた合金設計支援装置であるが、組織因子計算が９００℃に固定されており、また白金族元素添加に対応していない。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｃｈｅｓｔｅｒ  Ｔ．  Ｓｉｍｓ，  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ  ＩＩ”，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｉｎｃ．，  １９８７，  ｐｐ．２３０−２３３
【非特許文献２】
小和田  善之、”ＤＶ−Ｘαホームページ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１４年１０月１０日更新、ＤＶ−Ｘα研究協会、［平成１４年１０月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ  ：  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉ．ｈｙｏｇｏ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｙｋｏｗａｄａ／＞
【特許文献１】
特開平３−１９１０３２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑み、上記従来技術では行えなかった白金族元素を添加したγ’析出強化型Ｎｉ基超合金の使用温度における組織因子計算と使用応力下での耐クリープ特性などの合金特性の解析、また、要求性能を満たす新規な白金族元素を添加したγ’析出強化型Ｎｉ基超合金の合金組成の探査を、簡便かつ容易に効率よく行うことのできる、新しいγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムおよびγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援するために、コンピュータを、Ｎｉ基超合金の合金組成、使用温度および使用応力を入力する入力手段、予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、として機能させることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラム、ならびに第２には、γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援する装置であって、Ｎｉ基超合金の合金組成、使用温度および使用応力を入力する入力手段、予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、を備えることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置を提供する。
【００１０】
第３には、前記記憶手段に記憶した構成元素が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置、第４には、前記記憶手段に記憶した組織因子計算式が、少なくとも使用温度におけるγ相とγ’相の平衡計算式を含むものであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置、第５には、前記γ相とγ’相の平衡計算式が、使用温度におけるγ’面の式および分配比の式からなるものであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置、第６には、前記記憶手段に記憶した合金特性計算式が、合金組成、組織因子、使用温度および使用応力との関数として表されたものであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置、第７には、前記コンピュータを、構成元素に関してγ’相の組成と分配比の反復収束計算およびγ’相量の反復計算を連動させて、使用温度におけるγ相およびγ’相の組成とγ’相の量比を算出するγ’相算出手段としてさらに機能させることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラム、ならびに第８には、前記構成元素に関してγ’相の組成と分配比の反復収束計算およびγ’相量の反復計算を連動させて、使用温度におけるγ相およびγ’相の組成とγ’相の量比を算出するγ’相算出手段をさらに備えることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置を提供する。
【００１１】
またこの出願の発明は、第９には、γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援するために、コンピュータを、Ｎｉ基超合金の１個以上の要求性能、使用温度および使用応力を入力する入力手段、予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、要求性能を満足する合金組成を算出する合金組成算出手段、記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、として機能させることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラム、ならびに第１０には、γ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金の設計を支援する装置であって、Ｎｉ基超合金の１個以上の要求性能、使用温度および使用応力を入力する入力手段、予めＮｉ基超合金の構成元素、組織因子計算式および合金特性計算式を記憶しておく記憶手段、要求性能を満足する合金組成を算出する合金組成算出手段、記憶手段から読み出した組織因子計算式を用いて合金組成から組織因子を算出する組織因子算出手段、記憶手段から読み出した合金特性計算式を用いて合金組成、組織因子、使用温度および使用応力から合金特性を算出する合金特性算出手段、および組織因子および合金特性を合金組成とともに出力する出力手段、を備えることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援装置をも提供する。
【００１２】
第１１には、前記記憶手段に記憶した構成元素が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置、第１２には、前記記憶手段に記憶した組織因子計算式が、少なくとも使用温度におけるγ相とγ’相の平衡計算式を含むものであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置、第１３には、前記γ相とγ’相の平衡計算式が、使用温度におけるγ’面の式および分配比の式からなるものであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置、第１４には、前記要求性能が、合金特性および組織因子のいずれか一方または両方から選ばれる１個以上のものであることを特徴とするγ’析出強化型白金族元素添加Ｎｉ基超合金設計支援プログラムまたは設計支援装置を提供する。
【００１３】
上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明によれば、コンピュータを用いて、合金組成、使用温度、使用応力を入力すると、予め記憶してある組織因子計算式によって格子定数、格子定数ミスフィットおよび合金元素の固溶指数という組織因子を自動的に算出することができる。このときの組織因子計算式としては、たとえば収束計算を行う使用温度におけるγ相とγ’相の平衡計算式、より具体的には使用温度におけるγ’面の式および分配比の式からなるγ相とγ’相の平衡計算式を考慮できる。
【００１４】
また、入力した合金組成、使用温度、使用応力および算出した組織因子から合金特性計算式を用いて、クリープ破断寿命などの合金特性をも自動的に算出することができる。このときの合金特性計算式としては、合金組成、組織因子、使用温度および使用応力との関数として表されたものを考慮できる。
【００１５】
そしてこれら算出した組織因子および合金特性は入力した合金組成とともに画面表示等出力されるので、合金設計において参照できるようになる。
【００１６】
また、予め記憶したＮｉ基超合金のＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ等の各構成元素に関して、γ’相の組成と分配比の反復収束計算およびγ’相量の反復計算を連動させて、入力した使用温度におけるγ相およびγ’相それぞれの組成と量比を自動算出し表示することも可能である。
【００１７】
一方で、１個以上の要求性能、より具体的には合金特性および組織因子のいずれか一方または両方から選ばれる１種以上の要求性能を入力すると、要求性能を満足する合金組成を自動算出することもできる。より具体的には、γ’相の組成と相量を自動的に変化させ、その各々についてγ相の組成を順次計算し、次いでこれらの組成を足し合わせて、合金組成を自動的に算出する。
【００１８】
そして、算出した合金組成に基づいて上記組織因子計算式により組織因子を自動算出し、また算出した合金組成および組織因子ならびに入力した使用温度および使用応力に基づいて上記合金特性計算式により合金組成を自動算出し、それら組織因子、合金特性および合金組成のリストを画面表示等出力できるようになる。
【００１９】
これにより、従来技術では行えなかった白金族元素を添加したγ’析出強化型Ｎｉ基超合金の使用温度における組織因子計算と使用応力下での耐クリープ特性などの合金特性の解析、ならびに、要求性能を満たす新規な白金族元素を添加したγ’析出強化型Ｎｉ基超合金の合金組成の探査を、簡便かつ容易に効率よく行うことができるのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、各々、上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明の一実施形態を説明するための機能ブロック図およびフローチャートである。以下、本実施形態における合金特性解析および合金組成探査について説明する。
【００２１】
なお、図１および図２では、入力した合金組成、使用温度、使用応力から合金の組織因子および合金特性を算出し出力する解析系（１）と、入力した要求性能を満たす合金組成を探査し出力する探査系（２）とからなる２系統構成の実施形態を示しており、本実施形態によれば、使用目的に応じて、解析系（１）または探査系（２）のいずれかを選択し（ステップＳ１）、所望の演算結果を引き出すことが可能である。もちろん２系統構成であるからといって図示したように入力手段（１１）（２１）、記憶手段（２１）（２２）、出力手段（１６）（２６）をそれぞれ二つずつ設ける必要がないことは言うまでもない。
【００２２】
＜合金特性の解析＞
本実施形態において、Ｎｉ基超合金の構成元素がＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｄおよびＰｔである合金組成、使用温度および使用応力を入力すると（図１−入力手段（１１）、図２・図３−ステップＳ２）、入力した使用温度におけるγ相およびγ’相のそれぞれの組成と量比が平衡計算式に基づいて算出される（図１−組成因子算出手段（１３）・γ’相算出手段（１５）、図２−ステップＳ３、図３・図４−ステップＳ３ａ〜Ｓ３ｐ）。この平衡計算式には、γ相とγ’相が平衡して存在する相の組成の計算式、すなわちγ’面の式と合金元素の分配比の式（Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｄおよびＰｔなどの構成元素それぞれのγ相中の濃度とγ’相中の濃度との比で示される）を用いている。これらのγ’面の式と分配比の式は、それぞれ既存のＮｉ基超合金を重回帰分析した分析データに基づいて作成されている。
【００２３】
γ’面の式は、たとえば▲１▼式に示すようなγ’相中の構成元素濃度と温度の関数として表される。
γ相中のＡｌ濃度＝ｆ｛γ’相中のＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｄおよびＰｔ濃度（ａｔ％）、温度｝・・・▲１▼
また、分配比の式も、たとえば▲２▼式に示すようなγ’相中の構成元素濃度と温度の関数として表される。
ｉ元素の分配比＝ｇ｛γ’相中のＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｄおよびＰｔ濃度（ａｔ％）、温度｝・・・▲２▼
ただし、ｉはＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｄおよびＰｔを示す。
【００２４】
これら▲１▼、▲２▼式を代表とするγ’面の式と分配比の式を用いて、図３および図４に示す計算フローに基づく反復収束計算を行う。本実施形態においては、反復収束計算の安定性確保と分析データが豊富という理由から、まず、基準として９００℃（もちろんこの温度は一例である）におけるγ相およびγ’相の組成と量比を計算する（ステップＳ３ａ〜Ｓ３ｈ）。より具体的には本計算では、合金組成、使用温度および使用応力の入力値（ステップＳ２）、ならびに合金元素の分配比などの組織因子計算の初期値（ステップＳ３ａ）およびγ’相量比の初期値（ステップＳ３ｂ）を用いて、入力合金組成と計算合金組成とが一致（ステップＳ３ｅ）するまでγ’相の組成および量比（ステップＳ３ｃ）ならびに分配比の計算（ステップＳ３ｄ）をγ’量比および分配比を微小変化（ステップＳ３ｆ）させながら繰り返し（第１の反復収束計算）、一致後に基準温度９００度でのγ’面の方程式計算を行い（ステップＳ３ｇ）、さらに計算結果がγ’面上に乗る（ステップＳ３ｈ）まで上記各処理（ステップＳ３ｃ〜Ｓ３ｇ）を繰り返す。
【００２５】
次いで、入力した使用温度と基準温度９００℃との差から生じるγ’面および分配比の変化分を計算し（ステップＳ３ｉ）、さらに入力使用温度におけるγ相およびγ’相の組成と量比を計算する（ステップＳ３ｊ〜Ｓ３ｏ）。より具体的には本計算では、上記第１の反復収束計算と同様な第２の反復集束計算を使用温度について行う。
【００２６】
そして、γ’面の方程式計算（ステップＳ３ｎ）の結果がγ’面上にある場合に（ステップＳ３ｏ）、使用温度におけるγ相およびγ’相の組成と量比が算出されたことになる（ステップＳ３ｐ）。
【００２７】
図３および図４に示したように、基準温度９００℃におけるγ’相量と分配比を計算するループである第１の反復収束計算（ステップＳ３ｃ〜Ｓ３ｈ）と使用温度におけるγ’相量と分配比を計算する別のループである第２の反復収束計算（ステップＳ３ｊ〜Ｓ３ｏ）を設けることで、収束計算解の発散を抑え、安定した、精度の高い解析結果が得られる。
【００２８】
なお、入力した合金組成から有害相が生成する場合やγ’相が析出しない場合などには、その旨が表示されるようになっている。この場合、合金組成、使用温度および使用応力を入力し直し、再度、γ相およびγ’相のそれぞれの組成と量比を計算することができる。
【００２９】
以上のようにγ相およびγ’相のそれぞれの組成と量比を計算した後は、下記表１に例示した他の組織因子と合金特性の予測計算を行う（図１−組成因子算出手段（１３）・合金特性算出手段（１４）・γ’相算出手段（１５）、図２・図４−ステップＳ４）。組織因子の計算式および合金の合金特性計算式は予め記録されている（図１−記憶手段（１２））。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
この出願の発明においては、合金特性計算式を既存のＮｉ基超合金のデータを重回帰分析し、合金組成と組織因子、合金組成と使用温度、合金組成と使用応力、合金組成と組織因子と使用温度、合金組成と組織因子と使用応力、合金組成と使用温度と使用応力、合金組成と組織因子と使用温度と使用応力の関数としていることをひとつの特徴としている。これによって、上記表１に例示した種々の合金特性を算出し、入力した合金組成および算出した組織因子とともに表示することを可能ならしめている。
【００３２】
＜合金組成の探査＞
続いて、所望の特性を有する新合金の組成を探査する場合には、まず、探査系を選択し（図１−探査系（２）、図２−ステップＳ１）、使用温度、使用応力および要求性能を入力する（図１−入力手段（２１）、図２−ステップＳ７）。要求性能としては上記表１に例示した合金特性から任意のものを１種以上選択することができる。また、必要に応じて、組織因子を１つ以上選択し、要求性能として付加することもできる。
【００３３】
要求特性を入力すると、合金組成が自動的に微少に変化し、前述した解析系（１）と同様にして、その組成に対するγ’相と平衡するγ相の組成を計算し（図１−合金組成算出手段（２３）、図２−ステップＳ８・Ｓ９）、使用温度、使用応力における組織因子と合金特性の計算が行われる（図１−組織因子算出手段（２４）・合金特性算出手段（２５）、図２−ステップＳ１０）。ついで、それらの値と入力した要求性能を対照し、要求性能を満たす場合には、必要に応じて順位付けを行い（準位付け手段（図示なし））、算出した合金組成、組織因子および合金特性を記憶するとともに（算出結果記憶手段（図示なし））、それらのリストを出力する（図１−出力手段（２６）、図２−ステップＳ１２）。
【００３４】
一方、要求性能を満足しない場合には、再び、合金組成を変化させ（図１−合金組成算出手段（２３）、図２−ステップＳ１１）、γ’相の組成、量比の計算を繰り返す（図１−合金組成算出手段（２３）・組織因子算出手段（２４）・合金特性算出手段（２５）、図２−ステップＳ８〜Ｓ１０）。また、要求性能を満足する合金が存在しない場合には、その旨が表示される（図１−出力手段（２６））。以上の過程もすべて自動的に行われる。
【００３５】
【実施例】
＜解析実施例＞
ＴＭＳ−１３８合金の組成を入力し、９００℃−３９２ＭＰａおよび１１００℃−１３７ＭＰａにおける平衡状態および合金特性を計算した。図５はその結果を表示したプリントアウト出力の一例を示したものである。図中の略記号の意味は下記表２に示したとおりである。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
図５のプリントアウト出力に表示されたγ相およびγ’相の組成などの組織因子および合金特性の予測値はＴＭＳ−１３８合金の実測値と十分一致していた。その計算時間は約１秒程度であり、高速で、しかも精度の高い合金特性の解析が行えることが確認できた。
【００３８】
＜探査実施例＞
要求特性として、クリープ破断寿命（試験条件１１００℃、１３７ＭＰａ）を５００時間以上、γ’相固溶化温度幅を４０℃以上とした他、格子定数ミスフィット、固溶指数などに一定の制限を与え、かつ、ＴＭＳ−１３８合金の組成範囲付近を探査した。その結果、Ｒｕを２．０ｗｔ％から２．５ｗｔ％に増加した場合、他の合金添加元素をＲｕ量増加分だけ減らしても、ＴＭＳ−１３８合金と同等以上の合金特性を持つＴＭＳ−１５７合金が得られることが分かった。
【００３９】
実際にこの合金を溶解して作製した単結晶試験片の合金特性を測定し、設計値と比較した。図６はその結果を示したものである。図６から明らかなように、ＴＭＳ−１３８およびＴＭＳ−１５７合金の設計値（＝計算値）は高温・低応力側および中低温・高応力側ともに実測値と十分に一致していることが分かる。
【００４０】
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態および実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明により、白金族元素添加合金を含めたγ’析出強化型Ｎｉ基超合金の任意の合金組成、温度、応力に対する特性を予測することが可能となる。また、所望の特性を満たす新規な白金族元素添加合金を含めたγ’析出強化型Ｎｉ基超合金を効率よく探査することができる。これにより白金族元素添加合金を含めたＮｉ基超合金の解析と探査が、簡便かつ容易になり、合金開発の効率が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施形態を説明するための機能ブロック図である。
【図２】この出願の発明の一実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図３】γ相およびγ’相の組成、量比、組織因子および合金特性についてのより具体的な計算フローチャートである。
【図４】図３に続く計算フローチャートである。
【図５】この出願の発明の一実施例としての解析例の結果を例示した図である。
【図６】この出願の発明の別の一実施例としての探査例の結果を例示した図である。
【符号の説明】
１  解析系
１１  入力手段
１２  記憶手段
１３  組成因子算出手段
１４  合金特性算出手段
１５  γ’相算出手段
１６  出力手段
２  探査系
２１  入力手段
２２  記憶手段
２３  合金組成算出手段
２４  組成因子算出手段
２５  合金特性算出手段
２６  出力手段
【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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【図６】
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