(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品に使用されるＮｉ基合金の組織変化に基づいてＮｉ基合金製高温部品のメタル温度を推定する方法において、
下記式（１）に示すラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から鈴なりにつながった粒界炭化物の幅とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求める工程と、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用してメタル温度を推定する工程とを具備することを特徴とするＮｉ基合金製部品のメタル温度推定法。
ＬＭＰ＝（２７３＋Ｔ）（Ｋ＋ｌｏｇｔ）／１０００        …（１）
但し、式（１）において、Ｔは加熱温度(℃）、ｔは加熱時間（ｈ）を示す。また、Ｋは定数で１５〜２０の適当な数を示す。
【請求項２】
ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品に使用されるＮｉ基合金の組織変化に基づいてＮｉ基合金製高温部品の材料特性を推定する方法において、
下記式（２）に示すラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から材料特性とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求める工程と、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用して材料特性を推定する工程とを具備することを特徴とするＮｉ基合金製部品の材料特性推定法。
ＬＭＰ＝（２７３＋Ｔ）（Ｋ＋ｌｏｇｔ）／１０００        …（２）
但し、式（２）において、Ｔは加熱温度(℃）、ｔは加熱時間（ｈ）を示す。また、Ｋは定数で１５〜２０の適当な数を示す。
【請求項３】
前記材料特性は、Ｎｉ基合金製高温部品のクリープ破断強度、寿命、引張強度のいずれかであることを特徴とする請求項２記載のＮｉ基合金製部品の材料特性推定法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品、特に動翼あるいは静翼に使用されるＮｉ基合金製部品のメタル温度、材料特性推定法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、例えばガスタービンの動翼や静翼等の高温部品には、Ｎｉ基合金が使用されている。こうした動翼や静翼は高温下で応力をかけられながら長時間使用されるので、運転中にクリープ損傷を受け、金属組織，特にγ’相（Ｎｉ３Ａｌ金属間化合物）が粗大化する等の形態変化が生じる。この形態変化は材料劣化を意味し、その要因としてＮｉ基合金の温度（メタル温度）、応力、使用時間等が挙げられる。従って、ガスタービンでは、材料劣化を考慮して長時間の使用に耐えうるように翼の材質の組成や形状等を決めている。
【０００３】
しかし、このように配慮しても何らかの要因でメタル温度が急激に上昇する等の理由により、ガスタービンがその寿命に達する前に破損する可能性がある。そこで、動翼や静翼の劣化状況を正確に検知して残りの寿命を的確に予測する技術が求められている。従来、その一手段として、動翼や静翼の断面ミクロ組織によりγ’相の形態変化を測定してメタル温度を求めることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、γ’相の変化は応力（遠心力）の影響を受けることもあり、別のパラメーターに基づくメタル温度や材料特性の推定が求められていた。
【０００５】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、ＬＭＰの関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から鈴なりにつながった粒界炭化物の幅とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求めた後、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用してメタル温度を推定することにより、ガスタービンの残りの寿命を的確に予測しえるＮｉ基合金製部品のメタル温度推定法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、ＬＭＰの関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から材料特性とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求めた後、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用して材料特性を推定することにより、ガスタービンの残りの寿命を的確に予測しえるＮｉ基合金製部品の材料特性推定法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品に使用されるＮｉ基合金の組織変化に基づいてＮｉ基合金製高温部品のメタル温度を推定する方法において、
下記式（１）に示すラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から鈴なりにつながった粒界炭化物の幅とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求める工程と、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用してメタル温度を推定する工程とを具備することを特徴とするＮｉ基合金製部品のメタル温度推定法である。
【０００８】
ＬＭＰ＝（２７３＋Ｔ）（Ｋ＋ｌｏｇｔ）／１０００      …（３）
但し、式（３）において、Ｔは加熱温度(℃）、ｔは加熱時間（ｈ）を示す。また、Ｋは定数で１５〜２０の適当な数を示す。
【０００９】
本願第２の発明は、ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品に使用されるＮｉ基合金の組織変化に基づいてＮｉ基合金製高温部品の材料特性を推定する方法において、上記式（３）に示すラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から材料特性とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求める工程と、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用して材料特性を推定する工程とを具備することを特徴とするＮｉ基合金製部品の材料特性推定法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明において、前記粒界炭化物又は粒内炭化物の大きさは、粒界炭化物又は粒内炭化物の粒径若しくは幅若しくは面積を示す。ここで、粒界炭化物とは加熱によりＮｉ基合金の表面に析出した場合を示し、粒内炭化物とは加熱により表面に析出せずにＮｉ基合金内に存在する場合を示す。また、例えばＩＮ７３８ＬＣのようなＮｉ基合金は図５（Ａ）に示すように粒界炭化物（粒内炭化物）が切り離されて存在するので、粒界炭化物の径Ｒを測定することになるが、例えばＴｏｍｉｌｌｏｙのようなＮｉ基合金は図５（Ｂ）に示すように鈴なりにつながるので粒界炭化物（粒内炭化物）の幅Ｗを測定することになる。
【００１１】
本発明において、前記材料特性とは、Ｎｉ基合金製高温部品のクリープ破断強度、寿命、引張強度の少なくともいずれかを示し、メタル温度とともにこれらの材料特性を推定することにより、部品の残り寿命をより精度よく求めることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係るＮｉ基合金製部品の温度推定方法について説明する。なお、下記実施例で述べる各部材の材質、数値等は一例を示すもので、本発明の権利範囲を特定するものではない。
【００１３】
（実施例１）
本実施例１では、供試体としてＮｉ基合金であるＩＮＣＯ（株）製の商品名：ＩＮ７３８ＬＣ，即ちＮｉ−１６Ｃｒ−８．５Ｃｏ−１．７Ｍｏ−２．６Ｗ−１．８Ｔａ−３．４Ｔｉ−３．４４Ａｌ−０．１２Ｃ−０．１Ｚｒ−０．０１Ｂである場合について試験した。
【００１４】
［１］粒界炭化物の大きさとＬＭＰパラメーターとの関係の求め方：
ＬＭＰ値（パラメーター：Ｐ）は、上記式（３）のラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）式、即ちＬＭＰ＝（２７３＋Ｔ℃）（Ｋ＋ｌｏｇｔ）／１０００を用いる（但し、定数Ｋは１５）。なお、定数Ｋは１５に限らず、１５〜２０のいずれか適当な数値でもよい。
【００１５】
まず、上記Ｎｉ基合金と同じ組成の供試体を用意して、供試体の加熱時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…ｔｎに対応する供試体の加熱温度を夫々Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎとし、そのときの粒界炭化物の大きさ(例えば径)を夫々Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…Ｒｎ（加熱材炭化物粒径）及びＲ０１，Ｒ０２，Ｒ０３，…Ｒ０ｎ（初期材炭化物粒径）とする。同時に、上記加熱時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…ｔｎ、加熱温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎを夫々上記ＬＭＰ式に代入し、ＬＭＰ値（パラメーターＰ）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎを求め、加熱材炭化物粒径と初期材炭化物の比（Ｈ）とパラメーターＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎとの関係を示すベースラインを求める（図１参照）。
【００１６】
［２］メタル温度の推定の仕方：
実機（上記組成のＮｉ基合金）の断面ミクロ組織から測定された粒界炭化物の径（加熱材炭化物粒径と初期材炭化物粒径の比）から上記［１］で求めた図１のベースラインに基づいてパラメーターＰを求める。つづいて、上記ＬＭＰ式にパラメーターＰ、加熱時間ｔを代入して実機のメタル温度Ｔを求める。
【００１７】
このように、上記実施例１によれば、Ｎｉ基合金製部品と同じ組成の供試体を用いて加熱材炭化物粒径と初期材炭化物の比（Ｈ）とパラメーターＰとの関係から図１に示すようなベースラインを求め、このベースラインを利用して実機の加熱時間ｔにおける加熱材炭化物粒径と初期材炭化物の比（Ｈ）及び加熱温度ｔより加熱温度Ｔを求めるため、使用中の実機のメタル温度を的確に推定することができ、実機の残りの寿命を推定することができる。
【００１８】
（実施例２）
本実施例２では、供試体としてＮｉ基合金である三菱重工業（株）製の商品名：Ｔｏｍｉｌｌｏｙ，即ちＮｉ−２２Ｃｒ−８Ｃｏ−９Ｍｏ−３Ｗ−０．３Ｔｉ−１Ａｌ−０．０７Ｃである場合について試験した。
【００１９】
［１］粒界炭化物の面積とＬＭＰパラメーターとの関係の求め方：
ＬＭＰ値（パラメーター：Ｐ）は、上記式（３）のラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）式、即ちＬＭＰ＝（２７３＋Ｔ℃）（Ｋ＋ｌｏｇｔ）／１０００を用いる。
【００２０】
まず、上記Ｎｉ基合金と同じ組成の供試体を用意して、供試体の加熱時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…ｔｎに対応する供試体の加熱温度を夫々Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎとし、そのときの粒界炭化物の大きさ(例えば面積)を夫々Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…Ｓｎとする。同時に、上記加熱時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…ｔｎ、加熱温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎを夫々上記ＬＭＰ式に代入してＬＭＰ値（パラメーターＰ）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎを求め、粒界炭化物の粒径Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…ＳｎとパラメーターＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎとの関係を示すベースラインを求める（図２参照）。
【００２１】
［２］メタル温度の推定の仕方：
実機（上記組成のＮｉ基合金）の断面ミクロ組織から測定された粒界炭化物の面積から上記［１］で求めた図２のベースカーブに基づいてパラメーターＰを求める。つづいて、上記ＬＭＰ式にパラメーターＰ、加熱時間ｔを代入して実機のメタル温度Ｔを求める。
【００２２】
このように、上記実施例２によれば、Ｎｉ基合金製部品と同じ組成の供試体を用いて粒界炭化物の面積とパラメーターＰとの関係から図２に示すようなベースカーブを求め、このベースカーブを利用して実機の加熱時間ｔにおける粒界炭化物の面積及び加熱温度ｔより加熱温度Ｔを求めるため、使用中の実機のメタル温度を的確に推定することができ、実機の残りの寿命を推定することができる。
【００２３】
（実施例３）
本実施例３では、供試体としてＮｉ基合金であるＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ社製の商品名：Ｕ５２０，即ちＮｉ−１９Ｃｒ−１２Ｃｏ−６Ｍｏ−１Ｗ−３Ｔｉ−２Ａｌ−０．０５Ｃ−０．００５Ｂである場合について試験した。
【００２４】
［１］粒界炭化物の幅とＬＭＰパラメーターとの関係の求め方：
ＬＭＰ値（パラメーター：Ｐ）は、上記式（３）のラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）式、即ちＬＭＰ＝（２７３＋Ｔ℃）（１５＋ｌｏｇｔ）／１０００を用いる。
【００２５】
まず、上記Ｎｉ基合金と同じ組成の供試体を用意して、供試体の加熱時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…ｔｎに対応する供試体の加熱温度を夫々Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎとし、そのときの粒界炭化物の大きさ(例えば幅)を夫々Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，…Ｗｎとする。同時に、上記加熱時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…ｔｎ、加熱温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎを夫々上記ＬＭＰ式に代入してＬＭＰ値（パラメーターＰ）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎを求め、粒界炭化物の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，…ＷｎとパラメーターＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎとの関係を示すベースラインを求める（図３参照）。
【００２６】
［２］メタル温度の推定の仕方：
実機（上記組成のＮｉ基合金）の断面ミクロ組織から測定された粒界炭化物の幅から上記［１］で求めた図３のベースラインに基づいてパラメーターＰを求める。つづいて、上記ＬＭＰ式にパラメーターＰ、加熱時間ｔを代入して実機のメタル温度Ｔを求める。
【００２７】
このように、上記実施例３によれば、Ｎｉ基合金製部品と同じ組成の供試体を用いて粒界炭化物の幅とパラメーターＰとの関係から図３に示すようなベースラインを求め、このベースラインを利用して実機の加熱時間ｔにおける粒界炭化物の幅及び加熱温度ｔより加熱温度Ｔを求めるため、使用中の実機のメタル温度を的確に推定することができ、実機の残りの寿命を推定することができる。
【００２８】
（実施例４）
本実施例４では、供試体としてＮｉ基合金であるＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ社製の商品名：Ｕ５２０，即ちＮｉ−１９Ｃｒ−１２Ｃｏ−６Ｍｏ−１Ｗ−３Ｔｉ−２Ａｌ−０．０５Ｃ−０．００５Ｂである場合について試験した。
【００２９】
［１］粒界炭化物の幅とＬＭＰパラメーターとの関係の求め方：
上記実施例３で述べたような方法により、図３に示すように粒界炭化物の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，…ＷｎとパラメーターＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎとの関係を示すベースラインを求める。同時に、粒界炭化物の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，…Ｗｎに対応する寿命幅Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…Ｌｎをもとめておく。そして、図４に示すように、粒界炭化物の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，…Ｗｎと寿命Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…Ｌｎとの関係を示す特性図を求める。
【００３０】
［２］寿命の推定の仕方
実機（上記組成のＮｉ基合金）の断面ミクロ組織から測定された粒界炭化物の幅から上記［１］で求めた図４の特性図に基づいて寿命Ｌを求める。
このように、上記実施例４によれば、Ｎｉ基合金製部品と同じ組成の供試体を用いて粒界炭化物の幅ＷとパラメーターＰとの関係から図３に示すようなベースラインを求めるとともに、粒界炭化物の幅Ｗと寿命Ｌとの関係を示す特性図（図４）を求め、この特性図を利用しての加熱時間ｔにおける粒界炭化物の幅より寿命Ｌを求めるため、使用中の実機の寿命を的確に推定することができる。
【００３１】
なお、上記実施例１〜３では実機のメタル温度を推定する場合について述べ、実施例４では寿命を求める場合について述べたが、メタル温度とともに寿命を求めてもよい。また、上記実施例では、粒界炭化物の幅を求める場合について述べたが、粒界炭化物の径を求める場合でもよい。更に、粒界炭化物の幅（又は径）の代わりに、粒内炭化物の幅（又は径）を求める場合でもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ＬＭＰの関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から鈴なりにつながった粒界炭化物の幅とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求めた後、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用してメタル温度を推定することにより、ガスタービンの残りの寿命を的確に予測しえるＮｉ基合金製部品のメタル温度推定法を提供できる。
【００３３】
また、本発明によれば、ＬＭＰの関係式に基づいて供試体の加熱温度、加熱時間から材料特性とＬＭＰパラメーターとの関係を示すベースラインを求めた後、実機の各部の断面ミクロ組織から測定された鈴なりにつながった粒界炭化物の幅から前記ベースラインを利用して材料特性を推定することにより、ガスタービンの残りの寿命を的確に予測しえる
Ｎｉ基合金製部品の材料特性推定法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＮｉ基合金製部品に使用されるＭＧＡ１４００の加熱材炭化物粒径／初期材炭化物粒径とＬＭＰ式による加熱条件パラメーターとの関係を示す特性図。
【図２】本発明に係るＮｉ基合金製部品に使用されるＴｏｍｉｌｌｏｙの炭化物の面積とＬＭＰ式による加熱条件パラメーターとの関係を示す特性図。
【図３】本発明に係るＮｉ基合金製部品に使用されるＵ５２０の粒界炭化物の幅とＬＭＰ式による加熱条件パラメーターとの関係を示す特性図。
【図４】本発明に係るＮｉ基合金製部品に使用されるＵ５２０の寿命と粒界炭化物の幅との関係を示す特性図。
【図５】本発明に係るＮｉ基合金と同組成の供試体における粒界炭化物の幅若しくは径の説明図。
【符号の説明】
１…粒界炭化物。
【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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