(57)【要約】成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金を採用することにより、高温下でのＴＣＰ相の析出を防止して強度の向上を図ることが可能なＮｉ基単結晶超合金を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項３】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項４】
成分が重量比で、Ａｌ：５．９重量％、Ｔａ：５．９重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．９重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．９重量％、Ｒｕ：５．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項５】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．６重量％、Ｍｏ：３．１重量％、Ｗ：５．８重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．８重量％、Ｒｕ：５．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項６】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．８重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．８重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．８重量％、Ｒｕ：６．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項７】
重量比で、２．０重量％以下のＴｉをさらに含有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項８】
重量比で、４．０重量％以下のＮｂをさらに含有する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項９】
Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも一つを含有する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１０】
重量比で、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下である請求項９に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１１】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：１０．０重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１２】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１３】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：６．５重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１４】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１５】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１６】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１７】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１８】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１９】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２０】
母相の格子定数をａ１とし、析出相の格子定数をａ２としたとき、ａ２≦０．９９９ａ１である請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２１】
析出相の結晶の格子定数ａ２が母相の結晶の格子定数ａ１の０．９９６５以下である請求項２０に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２２】
析出相の結晶の格子定数ａ２が母相の結晶の格子定数ａ１の０．９９６５以下であり、かつ成分中にＲｅ、Ｒｕを含有し、さらに重量比で、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２３】
析出相の結晶の格子定数ａ２が母相の結晶の格子定数ａ１の０．９９６５以下であり、かつ成分中に重量比で、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２４】
合金中の転移網間隔が４０ｎｍ以下である請求項１から請求項２３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、Ｎｉ基単結晶超合金に関し、特に、クリープ特性の向上を目的としたＮｉ基単結晶超合金の改良に関する。
【背景技術】  航空機、ガスタービンなどの高温下の動・静翼用の材料として開発されているＮｉ基単結晶超合金の代表的な組成には、例えば表１に示したものが挙げられる。
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上記Ｎｉ基単結晶超合金では、所定の温度で溶体化処理を行った後、時効処理を行ってＮｉ基単結晶超合金を得ている。この合金は、いわゆる析出硬化型合金と呼ばれており、母相であるγ相中に、析出相であるγ’相が析出した形態を有している。
表１に挙げた合金のうち、ＣＭＳＸ−２（キャノン・マスケゴン社製、米国特許第４，５８２，５４８号参照）は第１世代合金、ＣＭＳＸ−４（キャノン・マスケゴン社製、米国特許第４，６４３，７８２号参照）は第２世代合金、Ｒｅｎｅ’Ｎ６（ゼネラル・エレクトリック社製、米国特許第５，４５５，１２０号参照）、ＣＭＳＸ−１０Ｋ（キャノン・マスケゴン社製、米国特許第５，３６６，６９５号参照）は第３世代合金、３Ｂ（ゼネラル・エレクトリック社製、米国特許第５，１５１，２４９号参照）は第４世代合金と呼ばれている。
上記の第１世代合金であるＣＭＳＸ−２や、第２世代合金であるＣＭＳＸ−４は、低温下でのクリープ強度は遜色ないものの、高温の溶体化処理後においても共晶γ’相が多量に残存し、第３世代合金と比較して高温下でのクリープ強度が劣る。
また、上記の第３世代であるＲｅｎｅ’Ｎ６やＣＭＳＸ−１０Ｋは、第２世代合金よりも高温下でのクリープ強度の向上を目的とした合金である。しかしながら、Ｒｅの組成比（５重量％以上）が母相（γ相）へのＲｅ固溶量を越えるため、余剰のＲｅが他の元素と化合して高温下でいわゆるＴＣＰ相（Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ  Ｃｌｏｓｅ  Ｐａｃｋｅｄ相）を析出させ、高温下における長時間の使用によりこのＴＣＰ相の量が増加してクリープ強度が低下するという問題があった。
また、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ強度を向上させるには、析出相（γ’相）の格子定数を母相（γ相）の格子定数よりわずかに小さくすることが有効であるが、各相の格子定数は合金の構成元素の組成比により大きく変動するため、格子定数の微妙な調整が困難であるためにクリープ強度の向上を図ることが難しいという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、高温下でのＴＣＰ相の析出を防止して強度の向上を図ることが可能なＮｉ基単結晶超合金の提供を目的とする。
【発明の開示】
上記の目的を達成するために、本発明では以下の構成を採用した。
本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
また、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
また、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
上記のＮｉ基単結晶超合金によれば、Ｒｕを添加することにより、強度低下の原因となるＴＣＰ相が高温使用時に析出するのが抑制される。また、他の構成元素の組成比を最適な範囲に設定することにより母相（γ相）の格子定数と析出相（γ’相）の格子定数とを最適な値にすることが可能になる。これらにより、高温下での強度を向上させることが可能になる。また、Ｒｕの組成比が４．１重量％以上１４．０重量％以下であるので、高温使用時における、クリープ強度低下の原因となるＴＣＰ相の析出が抑制される。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、成分が重量比で、Ａｌ：５．９重量％、Ｔａ：５．９重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．９重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．９重量％、Ｒｕ：５．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することが望ましい。
上記組成のＮｉ基単結晶超合金によれば、１３７ＭＰａ、１０００時間でのクリープ耐用温度を１３４４Ｋ（１０７１℃）とすることが可能になる。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、成分が重量比で、Ｃｏ：５．８重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｍｏ：３．１重量％、Ｗ：５．８重量％、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．６重量％、Ｒｕ：５．０重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することが望ましい。
上記組成のＮｉ基単結晶超合金によれば、１３７ＭＰａ、１０００時間でのクリープ耐用温度を１３６６Ｋ（１０９３℃）とすることが可能になる。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、成分が重量比で、Ｃｏ：５．８重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．８重量％、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．８重量％（５．８２重量％）あるいは５，６重量％、Ｒｕ：６．０重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することが望ましい。
上記組成のＮｉ基単結晶超合金によれば、１３７ＭＰａ、１０００時間でのクリープ耐用温度を１３７５Ｋ（１１０２℃）あるいは１３７９Ｋ（１１０６℃）とすることが可能になる。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、重量比で、０重量％以上２．０重量％以下のＴｉをさらに含有してもよい。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、重量比で、０重量％以上４．０重量％以下のＮｂをさらに含有してもよい。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも一つを含んでもよい。
この場合、個々の成分は、重量比で、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下であるのが好ましい。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：１０．０重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：６．５重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
また、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。
さらに、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、先に記載のＮｉ基単結晶超合金であって、母相の格子定数をａ１とし、析出相の格子定数をａ２としたとき、ａ２≦０．９９９ａ１であることを特徴とする。
上記のＮｉ基単結晶超合金によれば、母相の格子定数をａ１とし、析出相の格子定数をａ２としたとき、ａ１とａ２の関係がａ２≦０．９９９ａ１であり、析出相の格子定数ａ２が母相の格子定数ａ１のマイナス０．１％以下であるので、母相中に析出する析出相が荷重方向の垂直方向に連続して延在するように析出し、応力下で転位欠陥が合金組織中を移動することが少なくなる。その結果、従来のＮｉ基単結晶超合金に比べ、高温時の強度を高めることが可能になる。
この場合、さらに望ましくは、析出相の結晶の格子定数ａ２を母相の結晶の格子定数ａ１の０．９９６５以下とする。
さらに、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、合金中の転移網間隔が４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、格子ミスフィットとクリープ寿命との関係を示す図である。
図２は、転移網間隔とクリープ寿命との関係を示す図である。
図３は、本発明のＮｉ基単結晶超合金の転移網及びその間隔を例示する、Ｎｉ基単結晶超合金の透過電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明のＮｉ基単結晶超合金は、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｕ等の成分、及びＮｉ（残部）を含有し、さらに不可避的不純物を含有する合金である。
上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下であり、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。
また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。
また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上１４．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。
上記合金はいずれも、オーステナイト相たるγ相（母相）と、この母相中に分散析出した中間規則相たるγ’相（析出相）とを有している。γ’相は、主としてＮｉ３Ａｌで表される金属間化合物からなり、このγ’相によりＮｉ基単結晶超合金の高温強度が向上する。
Ｃｒは耐酸化性に優れた元素であり、Ｎｉ基単結晶超合金の高温耐食性を向上させる。
Ｃｒの組成比は，Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下の範囲が好ましく、２．９重量％以上５．０重量％以下の範囲がより好ましく、２．９重量％以上４．３重量％以下の範囲がさらに好ましく、２．９重量％とすることが最も好ましい。
Ｃｒの組成比が２．０重量％未満であると、所望の高温耐食性を確保できないので好ましくなく、Ｃｒの組成比が５．０重量％を越えると、γ’相の析出が抑制されるとともにσ相やμ相などの有害相が生成し、高温強度が低下するので好ましくない。
Ｍｏは、Ｗ及びＴａとの共存下にて、母相であるγ相に固溶して高温強度を増加させるとともに析出硬化により高温強度に寄与する。また、Ｍｏは、本合金の特徴である格子ミスフィット及び転位網間隔（後述）に大きく寄与する。
Ｍｏの組成比は、１．１重量％以上４．５重量％以下の範囲が好ましく、２．９重量％以上４．５重量％以下の範囲がより好ましく、３．１重量％以上４．５重量％以下の範囲、あるいは、３．３重量％以上４．５重量％以下の範囲がさらに好ましく、３．１重量％あるいは３．９重量％とすることが最も好ましい。
Ｍｏの組成比が１．１重量％未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、一方、Ｍｏの組成比が４．５重量％を越えても、高温強度が低下し、更には高温耐食性も低下するので好ましくない。
Ｗは、上記のようにＭｏ及びＴａとの共存下にて固溶強化と析出硬化の作用により、高温強度を向上させる。
Ｗの組成比は、４．０重量％以上１０．０重量％以下の範囲が好ましく、５．９重量％あるいは５．８重量％とすることが最も好ましい。
Ｗの組成比が４．０重量％未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ｗの組成比が１０．０重量％を越えると高温耐食性が低下するので好ましくない。
Ｔａは、上記のようにＭｏ及びＷとの共存下にて固溶強化と析出硬化の作用により高温強度を向上させ、また一部がγ’相に対して析出硬化し、高温強度を向上させる。
Ｔａの組成比は、４．０重量％以上１０．０重量％以下の範囲が好ましく、４．０重量％以上６．０重量％以下の範囲がより好ましく、４．０重量％以上５．６重量％以下の範囲がさらに好ましく、５．６重量％あるいは５．８２重量％とすることが最も好ましい。
Ｔａの組成比が４．０重量％未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ｔａの組成比が１０．０重量％を越えると、σ相やμ相が生成するようになって高温強度が低下するので好ましくない。
Ａｌは、Ｎｉと化合し、母相中に微細均一に分散析出するγ’相を構成するＮｉ３Ａｌ）で表される金属間化合物を、体積分率で６０〜７０％の割合で形成し、高温強度を向上させる。
Ａｌの組成比は、５．０重量％以上７．０重量％以下の範囲が好ましく、５．８重量％以上７．０重量％以下の範囲がより好ましく、５．９重量％あるいは５．８重量％とすることが最も好ましい。
Ａｌの組成比が５．０重量％未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ａｌの組成比が７．０重量％を越えると、共晶γ’相と呼ばれる粗大なγ相が多く形成され、溶体化処理が不可能となり、高い高温強度を確保できなくなるので好ましくない。
Ｈｆは粒界偏析元素であり、γ相とγ’相の粒界に偏在して粒界を強化し、これにより高温強度を向上させる。
Ｈｆの組成比は、０．０１重量％以上０．５０重量％以下の範囲が好ましく、０．１０重量％とすることが最も好ましい。
Ｈｆの組成比が０．０１重量％未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくない。但し、必要に応じ、Ｈｆの組成比を０重量％以上０．０１重量％未満とする場合もある。また、Ｈｆの組成比が０．５０重量％を越えると、局部溶融を引き起こして高温強度を低下させるおそれがあるので好ましくない。
Ｃｏは、Ａｌ、Ｔａ等の母相に対する高温下での固溶限度を大きくし、熱処理によって微細なγ’相を分散析出させ、高温強度を向上させる。
Ｃｏの組成比は、０．１重量％以上９．９重量％以下の範囲が好ましく、５．８重量％とすることが最も好ましい。
Ｃｏの組成比が０．１重量％未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくない。但し、必要に応じ、Ｃｏの組成比を０重量％以上０．１重量％未満とする場合もある。また、Ｃｏの組成比が９．９重量％を越えると、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ等の他の元素とのバランスがくずれ、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。
Ｒｅは母相であるγ相に固溶し、固溶強化により高温強度を向上させる。また耐蝕性を向上させる効果もある。一方でＲｅを多量に添加すると、高温時に有害相であるＴＣＰ相が析出し、高温強度が低下するおそれがある。
Ｒｅの組成比は、３．１重量％以上８．０重量％以下の範囲が好ましく、４．９重量％とすることが最も好ましい。
Ｒｅの組成比が３．１重量％未満であると、γ相の固溶強化が不十分となって所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ｒｅの組成比が８．０重量％を越えると、高温時にＴＣＰ相が析出し、高い高温強度を確保できなくなるので好ましくない。
Ｒｕは、ＴＣＰ相の析出を抑え、これにより高温強度を向上させる。
Ｒｕの組成比は、４．１重量％以上１４．０重量％以下の範囲、あるいは、１０．０重量％以上１４．０重量％以下の範囲、あるいは６．５重量％以上１４．０重量％以下の範囲が好ましく、５．０重量％あるいは６．０重量％あるいは７．０重量％とすることが最も好ましい。
Ｒｕの組成比が１．０重量％未満であると、高温時にＴＣＰ相が析出し、高い高温強度を確保できなくなる。さらに、Ｒｕの組成比が４．１重量％未満であると、Ｒｕの組成比が４．１重量％以上の場合に比べて、高温強度が低くなる。また、Ｒｕの組成比が１４．０重量％を越えると、ε相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。
本発明では、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｅ及びＮｉの組成比を最適なものに調整することにより、γ相の格子定数とγ’相の格子定数により算出される格子ミスフィット及び転移網間隔（後述）を最適な範囲に設定して高温強度を向上させるとともに、Ｒｕを添加することにより、ＴＣＰ相の析出を抑制できる。また、特にＡｌとＣｒとＴａとＭｏの組成比を上記のように設定することにより、合金の製造コストを抑えることができる。さらに、比強度の向上や、格子ミスフィットや転移網間隔の最適値への設定が実施可能となる。
また、１２７３Ｋ（１０００℃）から１３７３Ｋ（１１００℃）のような高温での使用環境において、母相であるγ相を構成する結晶の格子定数をａ１とし、析出相であるγ’相を構成する結晶の格子定数をａ２としたとき、ａ１とａ２の関係がａ２≦０．９９９ａ１であることが好ましい。即ち、析出相の結晶の格子定数ａ２が母相の結晶の格子定数ａ１のマイナス０．１％以下であることが好ましい。さらに好ましくは、析出相の結晶の格子定数ａ２が母相の結晶の格子定数ａ１の０．９９６５以下であるとよい。この場合、上述したａ１とａ２の関係は、ａ２≦０．９９６５ａ１となる。なお、以下の記載中、母相の結晶の格子定数ａ１に対する析出相の結晶の格子定数ａ２のパーセンテージを、「格子ミスフィット」と呼称する。
両者の格子定数がこのような関係を有する場合、熱処理によって母相中に析出相が析出する際に、析出相が荷重方向の垂直方向に連続して延在するように析出するので、応力下で転位欠陥が合金組織中を移動することが少なくなり、クリープ強度が高められる。
格子定数ａ１と格子定数ａ２の関係をａ２≦０．９９９ａ１とするためには、Ｎｉ基単結晶超合金を構成する構成元素の組成を適宜調整する必要がある。
格子ミスフィットと合金がクリープ破断するまでの時間（クリープ寿命）との関係を図１に示す。
図１において、格子ミスフィットがほぼ−０．３５以下であれば、クリープ寿命が要求値（図の縦軸に点線で示した値）をほぼ満たすことがわかる。よって、本発明では、より好ましい格子ミスフィットを、−０．３５以下に設定した。格子ミスフィットを−０．３５以下とするためには、Ｍｏの組成比を高めに維持しつつ、他の構成元素の組成比を調整する必要がある。
上記のＮｉ基単結晶超合金によれば、Ｒｕを添加することにより、クリープ強度低下の原因となるＴＣＰ相が高温使用時に析出するのが抑制される。また、他の構成元素の組成比を最適な範囲に設定することにより、母相（γ相）の格子定数と析出相（γ’相）の格子定数とを最適な値にすることが可能になる。これらにより、高温下でのクリープ強度を向上できる。
また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、Ｔｉをさらに含有してもよい。この場合、Ｔｉの組成比は、０重量％以上２．０重量％以下の範囲が好ましい。Ｔｉの組成比が２．０重量％を超えると、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。
また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、Ｎｂをさらに含有してもよい。この場合、Ｎｂの組成比は、０重量％以上４．０重量％以下であるのが好ましい。Ｎｂの組成比が４．０重量％を超えると、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。
あるいは、ＴａとＮｂとＴｉの組成比を、両者の合計（Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ）で４．０重量％以上１０．０重量％以下とすることによっても、高温強度を向上させることができる。
また、上記のＮｉ基単結晶超合金において、不可避的不純物以外に、例えば、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒなどを含んでもよい。Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも一つを含む場合、個々の成分の組成比は、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下であるのが好ましい。上記個々の成分の組成比が上記範囲を超えると、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。
また、上記のＮｉ基単結晶超合金において、合金中の転移網間隔が４０ｎｍ以下であることが望ましい。転移網とは、合金中に網目状に形成された転位（線状に繋がっている原子の変位）を示す。その網目の間隔を転位網間隔と定義する。転移網間隔と合金がクリープ破断するまでの時間（クリープ寿命）との関係を図２に示す。
図２において、転移網間隔がほぼ４０ｎｍ以下であれば、クリープ寿命が要求値（図の縦軸に点線で示した値）を満たすことがわかる。よって、本発明では、好ましい転移網間隔を、４０ｎｍ以下に設定した。転移網間隔を４０ｎｍ以下とするためには、Ｍｏの組成比を高めに維持しつつ、他の構成元素の組成比を調整する必要がある。
また、図３は、本発明（後述する実施例３）のＮｉ基単結晶超合金の転移網及びその間隔を例示する、Ｎｉ基単結晶超合金の透過電子顕微鏡写真である。図３から、本発明のＮｉ基単結晶超合金では、転移網間隔が４０ｎｍ以下であることがわかる。
なお、従来のＮｉ基単結晶超合金には、逆分配を起こす合金が存在するが、本発明に係るＮｉ基単結晶超合金は、逆分配を起こさない。
【実施例】  次に、実施例を示し、本発明の効果について説明する。
真空溶解炉を用いて各種のＮｉ基単結晶超合金の溶湯を調整し、この合金溶湯を用いて組成の異なる複数の合金インゴットを鋳造した。各合金インゴット（参考例１〜６、実施例１〜１４）の組成比を表２に示す。
2004053177.tif 000003
次に、合金インゴットに対して溶体化処理及び時効処理を行い、合金組織の状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。溶体化処理は、１５７３Ｋ（１３００℃）で１時間保持した後、１６０３Ｋ（１３３０℃）まで昇温し、５時間保持した。また、時効処理は、１２７３Ｋ〜１４２３Ｋ（１０００℃〜１１５０℃）で４時間保持する１次時効処理と、１１４３Ｋ（８７０℃）で２０時間保持する２次時効処理を連続して行った。
その結果、各試料ともに、組織中にＴＣＰ相は確認されなかった。
次に、溶体化処理及び時効処理を施した各試料に対して、クリープ試験を行った。クリープ試験は、表３に示す温度及び応力の各条件下で各試料（参考例１〜６、及び実施例１〜１４）がクリープ破断するまでの時間を寿命として測定した。また、格子ミスフィットの値を併せて計測した。これらの結果を表３に示す。さらに、表１に示した従来の合金（比較例１〜比較例５）の格子ミスフィットの値を併せて計測した。これらの結果を表４に示す。
2004053177.tif 000004
2004053177.tif 000005
表３から明らかなように、参考例１〜６、及び実施例１〜１４の試料はいずれも、１２７３Ｋ（１０００℃）以上の高温の条件下であっても高い強度を有していることがわかる。特に、Ｒｕの組成比が４．０重量％である参考例５、及びＲｕの組成比がほぼ５．０重量％である実施例１、２、４、９、１０、及び１１、Ｒｕの組成比が６．０重量％である実施例３及び１２、１３、Ｒｕの組成比が７．０重量％である実施例１４は、高い高温強度を有していることがわかる。
また、表３、４から明らかなように、比較例の格子ミスフィットは、−０．３５以上であるのに対して、参考例１〜６、及び実施例１〜１４の試料は、いずれも、格子ミスフィットは−０．３５以下であることがわかる。
さらに、表１に示した従来の合金（比較例１〜比較例５）、及び表２に示した各試料（参考例１〜６、及び実施例１〜１４）に対して、クリープランチャー特性（耐用温度）を比較した。その結果を表５に示す。クリープランチャー特性は、１３７ＭＰａの応力を１０００時間印加した条件で試料が破断するまでの温度を測定した結果、または試料の破断温度をその条件下に換算したものを用いている。
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表５から明らかなように、参考例１〜６の試料、及び実施例１〜１４の試料はいずれも、従来の合金（比較例１〜比較例５）に比べて同等以上の高い耐用温度を有していることがわかる。特に、実施例１〜１４はいずれも、高い耐用温度（実施例１：１３４４Ｋ（１０７１℃）、実施例２：１３６８Ｋ（１０９３℃）、実施例３：１３７５Ｋ（１１０２℃）、実施例４：１３７２Ｋ（１０９９℃）、実施例５：１３７９Ｋ（１１０６℃）、実施例６：１３７９Ｋ（１１０６℃）、実施例７：１３７９Ｋ（１１０６℃）、実施例８：１３６３Ｋ（１０９０℃）、実施例９：１３５８Ｋ（１０８５℃）、実施例１０：１３６２Ｋ（１０８９℃）、実施例１１：１３６１Ｋ（１０８８℃）、実施例１２：１３６３Ｋ（１０９０℃）、実施例１３：１３６６Ｋ（１０９３℃）、実施例１４：１３８４Ｋ（１１１１℃））を有していることがわかる。
従って、本実施例１〜１４は、従来のＮｉ基単結晶超合金と比較して高い耐熱温度を有しており、優れた高温強度を有していることがわかる。
なお、Ｎｉ基単結晶超合金では、Ｒｕが必要以上に増えると、ε相が析出して高温強度が低下するため、Ｒｕの含有量は、他の元素とのバランスがくずれない範囲内（例えば、４．１重量％以上１４．０重量％以下）に定められるのが好ましい。
【図１】
2004053177.tif 000007
【図２】
2004053177.tif 000008
【図３】
2004053177.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月15日(2005.8.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項３】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項４】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項５】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項６】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項７】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項８】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項９】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１０】
成分が重量比で、Ａｌ：５．９重量％、Ｔａ：５．９重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．９重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．９重量％、Ｒｕ：５．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１１】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．６重量％、Ｍｏ：３．１重量％、Ｗ：５．８重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．８重量％、Ｒｕ：５．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１２】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．８重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．８重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．８重量％、Ｒｕ：６．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１３】
重量比で、２．０重量％以下のＴｉをさらに含有する請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１４】
重量比で、４．０重量％以下のＮｂをさらに含有する請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１５】
Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも一つを含有する請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１６】
重量比で、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下である請求項１５に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１７】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１８】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：６．５重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項１９】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２０】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２１】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２２】
成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２３】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２４】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２５】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２６】
成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２７】
母相の格子定数をａ1とし、析出相の格子定数をａ2としたとき、０．９９３７ａ1≦ａ2≦０．９９５８ａ1である請求項１から請求項２６のいずれか一項に記載のＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２８】
析出相の結晶の格子定数ａ2が母相の結晶の格子定数ａ1の０．９９３７以上０．９９５８以下であり、かつ成分中にＲｅ、Ｒｕを含有し、さらに重量比で、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【請求項２９】
析出相の結晶の格子定数ａ2が母相の結晶の格子定数ａ1の０．９９３７以上０．９９５８以下であり、かつ成分中に重量比で、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有するＮｉ基単結晶超合金。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、Ｎｉ基単結晶超合金に関し、特に、クリープ特性の向上を目的としたＮｉ基単結晶超合金の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】  航空機、ガスタービンなどの高温下の動・静翼用の材料として開発されているＮｉ基単結晶超合金の代表的な組成には、例えば表１に示したものが挙げられる。【０００３】
【表１】
2004053177.tif 000010
【０００４】  上記Ｎｉ基単結晶超合金では、所定の温度で溶体化処理を行った後、時効処理を行ってＮｉ基単結晶超合金を得ている。この合金は、いわゆる析出硬化型合金と呼ばれており、母相であるγ相中に、析出相であるγ’相が析出した形態を有している。【０００５】  表１に挙げた合金のうち、ＣＭＳＸ−２（キャノン・マスケゴン社製、特許文献１参照）は第１世代合金、ＣＭＳＸ−４（キャノン・マスケゴン社製、特許文献２参照）は第２世代合金、Ｒｅｎｅ’Ｎ６（ゼネラル・エレクトリック社製、特許文献３参照）、ＣＭＳＸ−１０Ｋ（キャノン・マスケゴン社製、特許文献４参照）は第３世代合金、３Ｂ（ゼネラル・エレクトリック社製、特許文献５参照）は第４世代合金と呼ばれている。【特許文献１】米国特許第４，５８２，５４８号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６４３，７８２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４５５，１２０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３６６，６９５号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１５１，２４９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上記の第１世代合金であるＣＭＳＸ−２や、第２世代合金であるＣＭＳＸ−４は、低温下でのクリープ強度は遜色ないものの、高温の溶体化処理後においても共晶γ’相が多量に残存し、第３世代合金と比較して高温下でのクリープ強度が劣る。【０００７】  また、上記の第３世代であるＲｅｎｅ’Ｎ６やＣＭＳＸ−１０Ｋは、第２世代合金よりも高温下でのクリープ強度の向上を目的とした合金である。しかしながら、Ｒｅの組成比（５重量％以上）が母相（γ相）へのＲｅ固溶量を越えるため、余剰のＲｅが他の元素と化合して高温下でいわゆるＴＣＰ相（Topologically Close Packed 相）を析出させ、高温下における長時間の使用によりこのＴＣＰ相の量が増加してクリープ強度が低下するという問題があった。【０００８】  また、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ強度を向上させるには、析出相（γ’相）の格子定数を母相（γ相）の格子定数よりわずかに小さくすることが有効であるが、各相の格子定数は合金の構成元素の組成比により大きく変動するため、格子定数の微妙な調整が困難であるためにクリープ強度の向上を図ることが難しいという問題があった。【０００９】  本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、高温下でのＴＣＰ相の析出を防止して強度の向上を図ることが可能なＮｉ基単結晶超合金の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記の目的を達成するために、本発明では以下の構成を採用した。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、���ｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。【００１１】  上記のＮｉ基単結晶超合金によれば、Ｒｕを添加することにより、強度低下の原因となるＴＣＰ相が高温使用時に析出するのが抑制される。また、他の構成元素の組成比を最適な範囲に設定することにより母相（γ相）の格子定数と析出相（γ’相）の格子定数とを最適な値にすることが可能になる。これらにより、高温下での強度を向上させることが可能になる。また、Ｒｕの組成比が４．１重量％以上８．０重量％以下であるので、高温使用時における、クリープ強度低下の原因となるＴＣＰ相の析出が抑制される。【００１２】  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、成分が重量比で、Ａｌ：５．９重量％、Ｔａ：５．９重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．９重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｃｏ：５．９重量％、Ｒｕ：５．０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することが望ましい。  上記組成のＮｉ基単結晶超合金によれば、１３７ＭＰａ、１０００時間でのクリープ耐用温度を１３４４Ｋ（１０７１℃）とすることが可能になる。【００１３】  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、成分が重量比で、Ｃｏ：５．８重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｍｏ：３．１重量％、Ｗ：５．８重量％、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．���重量％、Ｒｕ：５．０重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することが望ましい。  上記組成のＮｉ基単結晶超合金によれば、１３７ＭＰａ、１０００時間でのクリープ耐用温度を１３６６Ｋ（１０９３℃）とすることが可能になる。【００１４】  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、成分が重量比で、Ｃｏ：５．８重量％、Ｃｒ：２．９重量％、Ｍｏ：３．９重量％、Ｗ：５．８重量％、Ａｌ：５．８重量％、Ｔａ：５．８重量％（５．８２重量％）あるいは５，６重量％、Ｒｕ：６．０重量％、Ｒｅ：４．９重量％、Ｈｆ：０．１０重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる組成を有することが望ましい。  上記組成のＮｉ基単結晶超合金によれば、１３７ＭＰａ、１０００時間でのクリープ耐用温度を１３７５Ｋ（１１０２℃）あるいは１３７９Ｋ（１１０６℃）とすることが可能になる。【００１５】  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、重量比で、０重量％以上２．０重量％以下のＴｉをさらに含有してもよい。  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、重量比で、０重量％以上４．０重量％以下のＮｂをさらに含有してもよい。【００１６】  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金において、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも一つを含んでもよい。  この場合、個々の成分は、重量比で、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下であるのが好ましい。【００１７】  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：６．５重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：���重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上５．６重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．８重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下��らなる組成を有する。  また、先に記載のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．９重量％以上４．３重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｎｂ：４．０重量％以下、Ｔｉ：２重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。【００１８】  また、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。  また、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。  また、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、さらに望ましくは、成分が重量比で、Ａｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：３．３重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下からなる組成を有する。【００１９】  さらに、本発明のＮｉ基単結晶超合金は、先に記載のＮｉ基単結晶超合金であって、���相の格子定数をａ1とし、析出相の格子定数をａ2としたとき、０．９９３７ａ1≦ａ2≦０．９９５８ａ1であることを特徴とする。  上記のＮｉ基単結晶超合金によれば、母相の格子定数をａ1とし、析出相の格子定数をａ2としたとき、ａ1とａ2の関係が０．９９３７ａ1≦ａ2≦０．９９５８ａ1であり、析出相の格子定数ａ2が母相の格子定数ａ1のマイナス０．１％以下であるので、母相中に析出する析出相が荷重方向の垂直方向に連続して延在するように析出し、応力下で転位欠陥が合金組織中を移動することが少なくなる。その結果、従来のＮｉ基単結晶超合金に比べ、高温時の強度を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。  本発明のＮｉ基単結晶超合金は、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｕ等の成分、及びＮｉ（残部）を含有し、さらに不可避的不純物を含有する合金である。【００２１】  上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下であり、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上８．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下��Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．１重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：１．１重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、例えば、組成比がＡｌ：５．０重量％以上７．０重量％以下、Ｔａ：４．０重量％以上６．０重量％以下、Ｍｏ：２．９重量％以上４．５重量％以下、Ｗ：４．０重量％以上１０．０重量％以下、Ｒｅ：３．１重量％以上８．０重量％以下、Ｈｆ：０重量％以上０．５０重量％以下、Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下、Ｃｏ：０重量％以上９．９重量％以下、Ｒｕ：４．６重量％以上７．０重量％以下を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなる合金である。【００２２】  上記合金はいずれも、オーステナイト相たるγ相（母相）と、この母相中に分散析出した中間規則相たるγ’相（析出相）とを有している。γ’相は、主としてＮｉ３Ａｌで表される金属間化合物からなり、このγ’相によりＮｉ基単結晶超合金の高温強度が向上する。【００２３】  Ｃｒは耐酸化性に優れた元素であり、Ｎｉ基単結晶超合金の高温耐食性を向上させる。  Ｃｒの組成比は，Ｃｒ：２．０重量％以上５．０重量％以下の範囲が好ましく、２．９重量％以上５．０重量％以下の範囲がより好ましく、２．９重量％以上４．３重量％以下の範囲がさらに好ましく、２．９重量％とすることが最も好ましい。  Ｃｒの組成比が２．０重量％未満であると、所望の高温耐食性を確保できないので好ましくなく、Ｃｒの組成比が５．０重量％を越えると、γ’相の析出が抑制されるとともにσ相やμ相などの有害相が生成し、高温強度が低下するので好ましくない。【００２４】  Ｍｏは、Ｗ及びＴａとの共存下にて、母相であるγ相に固溶して高温強度を増加させるとともに析出硬化により高温強度に寄与する。また、Ｍｏは、本合金の特徴である格子ミスフィット及び転位網間隔（後述）に大きく寄与する。  Ｍｏの組成比は、１．１重量％以上４．５重量％以下の範囲が好ましく、２．９重量％以上４．５���量％以下の範囲がより好ましく、３．１重量％以上４．５重量％以下の範囲、あるいは、３．３重量％以上４．５重量％以下の範囲がさらに好ましく、３．１重量％あるいは３．９重量％とすることが最も好ましい。  Ｍｏの組成比が１．１重量％未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、一方、Ｍｏの組成比が４．５重量％を越えても、高温強度が低下し、更には高温耐食性も低下するので好ましくない。【００２５】  Ｗは、上記のようにＭｏ及びＴａとの共存下にて固溶強化と析出硬化の作用により、高温強度を向上させる。  Ｗの組成比は、４．０重量％以上１０．０重量％以下の範囲が好ましく、５．９重量％あるいは５．８重量％とすることが最も好ましい。  Ｗの組成比が４．０重量％未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ｗの組成比が１０．０重量％を越えると高温耐食性が低下するので好ましくない。【００２６】  Ｔａは、上記のようにＭｏ及びＷとの共存下にて固溶強化と析出硬化の作用により高温強度を向上させ、また一部がγ’相に対して析出硬化し、高温強度を向上させる。  Ｔａの組成比は、４．０重量％以上１０．０重量％以下の範囲が好ましく、４．０重量％以上６．０重量％以下の範囲がより好ましく、４．０重量％以上５．６重量％以下の範囲がさらに好ましく、５．６重量％あるいは５．８２重量％とすることが最も好ましい。  Ｔａの組成比が４．０重量％未満であると、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ｔａの組成比が１０．０重量％を越えると、σ相やμ相が生成するようになって高温強度が低下するので好ましくない。【００２７】  Ａｌは、Ｎｉと化合し、母相中に微細均一に分散析出するγ’相を構成するＮｉ３Ａｌ）で表される金属間化合物を、体積分率で６０〜７０％の割合で形成し、高温強度を向上させる。  Ａｌの組成比は、５．０重量％以上７．０重量％以下の範囲が好ましく、５．８重量％以上７．０重量％以下の範囲がより好ましく、５．９重量％あるいは５．８重量％とすることが最も好ましい。  Ａｌの組成比が５．０重量％未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ａｌの組成比が７．０重量％を越えると、共晶γ’相と呼ばれる粗大なγ相が多く形成され、溶体化処理が不可能となり、高い高温強度を確保できなくなるので好ましくない。【００２８】  Ｈｆは粒界偏析元素であり、γ相とγ’相の粒界に偏在して粒界を強化し、これにより高温強度を向上させる。  Ｈｆの組成比は、０．０１重量％以上０．５０重量％以下の範囲が好ましく、０．１０重量％とすることが最も好ましい。  Ｈｆの組成比が０．０１重量％未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくない。但し、必要に応じ、Ｈｆの組成比を０重量％以上０．０１重量％未満とする場合もある。また、Ｈｆの組成比が０．５０重量％を越えると、局部溶融を引き起こして高温強度を低下させるおそれがあるので好ましくない。【００２９】  Ｃｏは、Ａｌ、Ｔａ等の母相に対する高温下での固溶限度を大きくし、熱処理によって微細なγ’相を分散析出させ、高温強度を向上させる。  Ｃｏの組成比は、０．１重量％以上９．９重量％以下の範囲が好ましく、５．８重量％とすることが最も好ましい。  Ｃｏの組成比が０．１重量％未満であると、γ’相の析出量が不十分となり、所望の高温強度を確保できないので好ましくない。但し、必要に応じ、Ｃｏの組成比を０重量％以上０．１重量％未満とする場合もある。また、Ｃｏの組成比が９．９重量％を越えると、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ等の他の元素とのバランスがくずれ、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。【００３０】  Ｒｅは母相であるγ相に固溶し、固溶強化により高温強度を向上させる。また耐蝕性を向上させる効果もある。一方でＲｅを多量に添加すると、高温時に有害相であるＴＣＰ相が析出し、高温強度が低下するおそれがある。  Ｒｅの組成比は、３．１重量％以上８．０重量％以下の範囲が好ましく、４．９重量％とすることが最も好ましい。  Ｒｅの組成比が３．１重量％未満であると、γ相の固溶強化が不十分となって所望の高温強度を確保できないので好ましくなく、Ｒｅの組成比が８．０重量％を越えると、高温時にＴＣＰ相が析出し、高い高温強度を確保できなくなるので好ましくない。【００３１】  Ｒｕは、ＴＣＰ相の析出を抑え、これにより高温強度を向上させる。  Ｒｕの組成比は、４．１重量％以上８．０重量％以下の範囲、あるいは、４．１重量％以上７．０重量％以下の範囲、あるいは、４．６重量％以上７．０重量％以下の範囲が好ましく、５．０重量％あるいは６．０重量％あるいは７．０重量％とすることが最も好ましい。  Ｒｕの組成比が１．０重量％未満であると、高温時にＴＣＰ相が析出し、高い高温強度を確保できなくなる。さらに、Ｒｕの組成比が４．１重量％未満であると、Ｒｕの組成比が４．１重量％以上の場合に比べて、高温強度が低くなる。また、Ｒｕの組成比が１４．０重量％を越えると、ε相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。【００３２】  本発明では、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｅ及びＮｉの組成比を最適なものに調整することにより、γ相の格子定数とγ’相の格子定数により算出される格子ミスフィット及び転位網間隔（後述）を最適な範囲に設定して高温強度を向上させるとともに、Ｒｕを添加することにより、ＴＣＰ相の析出を抑制できる。また、特にＡｌとＣｒとＴａとＭｏの組成比を上記のように設定することにより、合金の製造コストを抑えることができる。さらに、比強度の向上や、格子ミスフィットや転位網間隔の最適値への設定が実施可能となる。【００３３】  また、１２７３Ｋ（１０００℃）から１３７３Ｋ（１１００℃）のような高温での使用環境において、母相であるγ相を構成する結晶の格子定数をａ1とし、析出相であるγ’相を構成する結晶の格子定数をａ2としたとき、ａ1とａ2の関係がａ2≦０．９９９ａ1であることが好ましい。即ち、析出相の結晶の格子定数ａ2が母相の結晶の格子定数ａ1のマイナス０．１％以下であることが好ましい。さらに好ましくは、析出相の結晶の格子定数ａ2が母相の結晶の格子定数ａ1の０．９９６５以下であるとよい。この場合、上述したａ1とａ2の関係は、ａ2≦０．９９６５ａ1となる。なお、以下の記載中、母相の結晶の格子定数ａ1に対する析出相の結晶の格子定数ａ2のパーセンテージ���、「格子ミスフィット」と呼称する。【００３４】  両者の格子定数がこのような関係を有する場合、熱処理によって母相中に析出相が析出する際に、析出相が荷重方向の垂直方向に連続して延在するように析出するので、応力下で転位欠陥が合金組織中を移動することが少なくなり、クリープ強度が高められる。  格子定数ａ1と格子定数ａ2の関係をａ2≦０．９９９ａ1とするためには、Ｎｉ基単結晶超合金を構成する構成元素の組成を適宜調整する必要がある。【００３５】  格子ミスフィットと合金がクリープ破断するまでの時間（クリープ寿命）との関係を図１に示す。  図１において、格子ミスフィットがほぼ−０．３５％以下であれば、クリープ寿命が要求値（図の縦軸に点線で示した値）をほぼ満たすことがわかる。よって、本発明では、より好ましい格子ミスフィットを、−０．３５％以下に設定した。格子ミスフィットを−０．３５％以下とするためには、Ｍｏの組成比を高めに維持しつつ、他の構成元素の組成比を調整する必要がある。【００３６】  上記のＮｉ基単結晶超合金によれば、Ｒｕを添加することにより、クリープ強度低下の原因となるＴＣＰ相が高温使用時に析出するのが抑制される。また、他の構成元素の組成比を最適な範囲に設定することにより、母相（γ相）の格子定数と析出相（γ’相）の格子定数とを最適な値にすることが可能になる。これらにより、高温下でのクリープ強度を向上できる。【００３７】  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、Ｔｉをさらに含有してもよい。この場合、Ｔｉの組成比は、０重量％以上２．０重量％以下の範囲が好ましい。Ｔｉの組成比が２．０重量％を超えると、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。【００３８】  また、上記のＮｉ基単結晶超合金は、Ｎｂをさらに含有してもよい。この場合、Ｎｂの組成比は、０重量％以上４．０重量％以下であるのが好ましい。Ｎｂの組成比が４．０重量％を超えると、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。【００３９】  あるいは、ＴａとＮｂとＴｉの組成比を、両者の合計（Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｔｉ）で４．０重量％以上１０．０重量％以下とすることによっても、高温強度を向上させることができる。  また、上記のＮｉ基単結晶超合金において、不可避的不純物以外に、例えば、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒなどを含んでもよい。Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｖ、Ｚｒのうちの少なくとも一つを含む場合、個々の成分の組成比は、Ｂ：０．０５重量％以下、Ｃ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以下、Ｙ：０．１重量％以下、Ｌａ：０．１重量％以下、Ｃｅ：０．１重量％以下、Ｖ：１重量％以下、Ｚｒ：０．１重量％以下であるのが好ましい。上記個々の成分の組成比が上記範囲を超えると、有害相が析出して高温強度が低下するので好ましくない。【００４０】  また、上記のＮｉ基単結晶超合金において、合金中の転位網間隔が４０ｎｍ以下であることが望ましい。転位網とは、合金中に網目状に形成された転位(線状に繋がっている原子の変位)を示す。その網目の間隔を転位網間隔と定義する。転位網間隔と合金がクリープ破断するまでの時間（クリープ寿命）との関係を図２に示す。【００４１】  図２において、転位網間隔がほぼ４０ｎ��以下であれば、クリープ寿命が要求値（図の縦軸に点線で示した値）を満たすことがわかる。よって、本発明では、好ましい転位網間隔を、４０ｎｍ以下に設定した。転位網間隔を４０ｎｍ以下とするためには、Ｍｏの組成比を高めに維持しつつ、他の構成元素の組成比を調整する必要がある。【００４２】  また、図３は、本発明（後述する実施例３）のＮｉ基単結晶超合金の転位網及びその間隔を例示する、Ｎｉ基単結晶超合金の透過電子顕微鏡写真である。図３から、本発明のＮｉ基単結晶超合金では、転位網間隔が４０ｎｍ以下であることがわかる。【００４３】  なお、従来のＮｉ基単結晶超合金には、逆分配を起こす合金が存在するが、本発明に係るＮｉ基単結晶超合金は、逆分配を起こさない。
【実施例】
【００４４】  次に、実施例を示し、本発明の効果について説明する。  真空溶解炉を用いて各種のＮｉ基単結晶超合金の溶湯を調整し、この合金溶湯を用いて組成の異なる複数の合金インゴットを鋳造した。各合金インゴット（参考例１〜６、実施例１〜1４）の組成比を表２に示す。【００４５】
【表２】
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【００４６】  次に、合金インゴットに対して溶体化処理及び時効処理を行い、合金組織の状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。溶体化処理は、１５７３Ｋ（１３００℃）で１時間保持した後、１６０３Ｋ（１３３０℃）まで昇温し、５時間保持した。また、時効処理は、１２７３Ｋ〜１４２３Ｋ（１０００℃〜１１５０℃）で４時間保持する１次時効処理と、１１４３Ｋ（８７０℃）で２０時間保持する２次時効処理を連続して行った。  その結果、各試料ともに、組織中にＴＣＰ相は確認されなかった。【００４７】  次に、溶体化処理及び時効処理を施した各試料に対して、クリープ試験を行った。クリープ試験は、表３に示す温度及び応力の各条件下で各試料（参考例１〜６、及び実施例１〜１４）がクリープ破断するまでの時間を寿命として測定した。また、格子ミスフィットの値（％）を併せて計測した。これらの結果を表３に示す。さらに、表１に示した従来の合金（比較例１〜比較例５）の格子ミスフィット（％）の値を併せて計測した。これらの結果を表４に示す。【００４８】
【表３】
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【００４９】
【表４】
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【００５０】  表３から明らかなように、参考例１〜６、及び実施例１〜１４の試料はいずれも、１２７３Ｋ（１０００℃）以上の高温の条件下であっても高い強度を有していることがわかる。特に、Ｒｕの組成比が４．０重量％である参考例５、及びＲｕの組成比がほぼ５．０重量％である実施例１、２、４、９、１０、及び１１、Ｒｕの組成比が６．０重量％である実施例３及び１２、１３、Ｒｕの組成比が７．０重量％である実施例１４は、高い高温強度を有していることがわかる。【００５１】  また、表３、４から明らかなように、比較例の格子ミスフィットは、−０．３５％以上であるのに対して、参考例１〜６、及び実施例１〜１４の試料は、いずれも、格子ミスフィットは−０．３５％以下であることがわかる。【００５２】  さらに、表１に示した従来の合金（比較例１〜比較例５）、及び表２に示した各試料（参考例１〜６、及び実施例１〜１４）に対して、クリープランチャー特性（耐用温度）を比較した。その結果を表５に示す。クリープランチャー特性は、１３７ＭＰａの応力を１０００時間印加した条件で試料が破断するまでの温度を測定した結果、または試料の破断温度をその条件下に換算したものを用いている。【００５３】
【表５】
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【００５４】  表５から明らかなように、参考例１〜６の試料、及び実施例１〜１４の試料はいずれも、従来の合金（比較例１〜比較例５）に比べて同等以上の高い耐用温度を有していることがわかる。特に、実施例１〜１４はいずれも、高い耐用温度（実施例１：１３４４Ｋ（１０７１℃）、実施例２：１３６８Ｋ（１０９３℃）、実施例３：１３７５Ｋ（１１０２℃）、実施例４：１３７２Ｋ（１０９９℃）、実施例５：１３７９Ｋ（１１０６℃）、実施例６：１３７９Ｋ（１１０６℃）、実施例７：１３７９Ｋ（１１０６℃）、実施例８：１３６３Ｋ（１０９０℃）、実施例９：１３５８Ｋ（１０８５℃）、実施例１０：１３６２Ｋ（１０８９℃）、実施例１１：１３６１Ｋ（１０８８℃）、実施例１２：１３６３Ｋ（１０９０℃）、実施例１３：１３６６Ｋ(１０９３℃)、実施例１４：１３８４Ｋ（１１１１℃））を有していることがわかる。【００５５】  従って、本実施例１〜１４は、従来のＮｉ基単結晶超合金と比較して高い耐熱温度を有しており、優れた高温強度を有していることがわかる。【００５６】  なお、Ｎｉ基単結晶超合金では、Ｒｕが必要以上に増えると、ε相が析出して高温強度が低下するため、Ｒｕの含有量は、他の元素とのバランスがくずれない範囲内（例えば、４．１重量％以上８．０重量％以下）に定められるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】格子ミスフィットとクリープ寿命との関係を示す図である。
【図２】転位網間隔とクリープ寿命との関係を示す図である。
【図３】本発明のＮｉ基単結晶超合金の転位網及びその間隔を例示する、Ｎｉ基単結晶超合金の透過電子顕微鏡写真である。
【国際調査報告】
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