專利名稱：Ni基單晶超合金及使用其的渦輪葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片。本申請基于2009年4月17日在日本國申請的日本特愿2009-100903號主張優(yōu)先權(quán)，在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
航空器引擎或產(chǎn)業(yè)用燃?xì)鉁u輪等中使用的渦輪葉片(靜/動葉片)由于長時間暴露在高溫下，從而作為耐熱性優(yōu)異的材料，使用Ni基單晶超合金。該Ni基單晶超合金，是向基質(zhì)Ni中添加Al析出Ni3Al型的析出物來進(jìn)行強(qiáng)化，進(jìn)而添加Cr、W、Ta等高熔點(diǎn)金屬
來形成合金，形成單晶而得到的超合金。此外，Ni基單晶超合金在規(guī)定的溫度下進(jìn)行固溶化處理后，進(jìn)行時效處理，得到適于提高強(qiáng)度的金屬組織。該超合金被稱為所謂的析出硬化型合金，具有在母相相)中分散析出析出相(Y’相)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在這種Ni基單晶超合金中，已經(jīng)開發(fā)了不含有Re的第I代、含有3質(zhì)量％左右的Re的第2代、含有5 6質(zhì)量％的Re的第3代，隨著一代一代發(fā)展，蠕變強(qiáng)度提高。例如，作為第I代的Ni基單晶超合金，已知CMSX-2( W ) ) m 3 >社制、參照專利文獻(xiàn)I)，作為第2代的Ni基單晶超合金，已知CMSX-4( W ;、y I ” 3 >社制、參照專利文獻(xiàn)2)，作為第3代的Ni基單晶超合金，已知CMSX-10 ( W ;、y I ” 3 >社制、參照專利文獻(xiàn)3)等。而作為第3代的Ni基單晶超合金的CMSX-10的目的在于，與第2代的Ni基單晶超合金相比，提高高溫下的蠕變強(qiáng)度。但是，該Ni基單晶超合金由于Re的組成比高、為5質(zhì)量％以上，Re在母相相)中的固溶量超出限度，從而高溫下剩余的Re有可能與其它的元素化合、使所謂的TCP(拓?fù)涿芏?、Topologically Close Packed)相析出。因此,對于使用第3代的Ni基單晶超合金的渦輪葉片，存在由于在高溫下長時間使用，TCP相的量增加而蠕變強(qiáng)度降低的問題。為了解決這種問題，開發(fā)了 Ni基單晶超合金，其通過添加抑制TCP相的Ru且將其它構(gòu)成元素的組成比設(shè)定在最優(yōu)的范圍，使母相相)的晶格常數(shù)與析出物(Y’相)的晶格常數(shù)為最優(yōu)的值，可以進(jìn)一步提高高溫下的強(qiáng)度。具體地說，開發(fā)了含有直至3質(zhì)量％左右的Ru的第4代的Ni基單晶超合金和含有4質(zhì)量％以上的Ru的第5代的Ni基單晶超合金，隨著一代一代發(fā)展，蠕變強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高。例如，作為第4代的Ni基單晶超合金，已知TMS-138(NMS-IHI公司制、參照專利文獻(xiàn)4)，作為第5代的Ni基單晶超合金，已知TMS-162 (NIMS-IHI公司制、參照專利文獻(xiàn)5)
坐寸o但是，第4、5代的Ni基單晶超合金為了在高溫下得到高的蠕變強(qiáng)度而添加多量的W或Re等重金屬，與第2代以前的Ni基單晶超合金相比比重大。結(jié)果存在下述問題使用第4、5代的Ni基單晶超合金的渦輪葉片雖然在高溫下具有高的蠕變強(qiáng)度，但是由于葉片重量的增加而導(dǎo)致圓周速度的降低，或?qū)е律鲜龊娇掌饕婊虍a(chǎn)業(yè)用燃?xì)鉁u輪等的重量增加。為了解決這種問題，開發(fā)了 Ni基單晶超合金，其通過抑制比重大的W的添加量的同時，特定在高溫下可以維持高的蠕變強(qiáng)度的最優(yōu)的組成范圍、并特定顯示組織穩(wěn)定性的最優(yōu)的組成范圍，可實(shí)現(xiàn)高溫下的蠕變強(qiáng)度的提高，同時相對于第4、5代的Ni基單晶超合金，比重小(參考專利文獻(xiàn)6)。另外，近年來，開發(fā)了與上述現(xiàn)有的Ni基單晶超合金相比、Re的組成比的值大(具體來說，Re的組成比大于8質(zhì)量％)的Ni基單晶超合金(參考非專利文獻(xiàn)I)。該Ni基單晶超合金在非專利文獻(xiàn)I中被稱作高錸Ni基單晶超合金，如該文獻(xiàn)的表I所示，以組成比計(jì)含有9質(zhì)量％的Re。專利文獻(xiàn)I :美國專利第4582548號說明書 專利文獻(xiàn)2 :美國專利第4643782號說明書
專利文獻(xiàn)3 :美國專利第5366695號說明書 專利文獻(xiàn)4 :美國專利第6966956號說明書 專利文獻(xiàn)5 :美國專利申請公開第2006/0011271號說明書 專利文獻(xiàn)6 :國際公開第2008 / 111585號小冊子
非專利文獻(xiàn) I : E.N. Kablov, N. V. Petrushin, ” DE SIGNING OF HIGH-RHENIUMSINGLE CRYSTAL NI-BASE SUPERALLOY FOR GAS TURBINE BLADES”， in Superalloys2008 (Russia), PubI. of TMS(The Minerals, Metals & Materials Society), 2008,pp.901-908。

發(fā)明內(nèi)容
為了開發(fā)高溫下可得到比目前高的蠕變強(qiáng)度的Ni基單晶超合金，預(yù)測今后需要如上述非專利文獻(xiàn)I所示的那樣，增大Re的組成比。因此，為了謀求渦輪葉片在高溫下的蠕變強(qiáng)度的提高，期望開發(fā)Re的組成比比目前的8質(zhì)量％大的Ni基單晶超合金。而且，該Ni基單晶超合金由于與目前相比較多地添加了重金屬Re，從而同時期望開發(fā)想要實(shí)現(xiàn)渦輪葉片的輕量化和耐用溫度的提高、單位比重的蠕變強(qiáng)度高的、所謂比蠕變強(qiáng)度高的Ni基單晶超合金。本發(fā)明是鑒于這種現(xiàn)狀而提出的，其目的在于，提供含有多量的Re、且比蠕變強(qiáng)度優(yōu)異的Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片。本發(fā)明人為了解決上述問題而進(jìn)行了努力研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過抑制比重大的W的添加量的同時，(I)使Re以組成比例計(jì)大于8質(zhì)量％、同時考慮到組織穩(wěn)定性或TCP相的抑制來進(jìn)行組成比例的改良，(2)含有抑制TCP相的Ru、并特定最優(yōu)的組成范圍以在高溫下維持高的蠕變強(qiáng)度，而得到與目前相比含有更多的Re，同時可實(shí)現(xiàn)高溫下的蠕變強(qiáng)度的提高，且相對于第4、5代的Ni基單晶超合金、比重小的Ni基單晶超合金，從而完成本發(fā)明。S卩，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案。(I) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0.0質(zhì)量％ 15.0質(zhì)量％、Cr :4. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti 0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru 0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(2) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0.0質(zhì)量％ 15.0質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti 0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(3) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :4.0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :4. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti 0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(4) Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti 0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(5) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0.0質(zhì)量％ 15.0質(zhì)量％、Cr -A. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ 2. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(6) Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0.0質(zhì)量％ 15.0質(zhì)量％、Cr -A. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(7) Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、丁& :4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、A1 4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :4. 0質(zhì)量％ 6.5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(8) Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 0質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 6. 0質(zhì)量％、A1 :5. 0質(zhì)量％ 6. 0質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 1.0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9.0質(zhì)量％、Ru :4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。(9)上述⑴ ⑶中的任意一項(xiàng)的Ni基單晶超合金，其中，進(jìn)一步含有選自由B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zr組成的組中的至少I種或2種以上的元素。(10)上述(9)的Ni基單晶超合金，其中，在選自上述組中的組成中，分別滿足B :0. 05質(zhì)量％以下、C 0. 15質(zhì)量％以下、Si :0. I質(zhì)量％以下、Y :0. I質(zhì)量％以下、La :0. I質(zhì)
量％以下、Ce :0. I質(zhì)量％以下、V 1質(zhì)量％以下、Zr :0. I質(zhì)量％以下。(12)渦輪葉片，其使用了上述⑴ (10)中的任意一項(xiàng)的Ni基單晶超合金。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，作為以大于8質(zhì)量％的組成比例含有Re的Ni基單晶超合金，可以抑制比重的增加，同時在高溫下維持高的蠕變強(qiáng)度。因此，對于使用了該Ni基單晶超合金的渦輪葉片，可以同時實(shí)現(xiàn)輕量化和耐用溫度的提高。


[圖I]圖I為表示使用了本發(fā)明的Ni基單晶超合金的渦輪葉片的一例的透視圖。[圖2]圖2是表示表I所示的各實(shí)施例和參考例的Re含量與比重的關(guān)系的特性圖。[圖3]圖3是表示表I所示的各實(shí)施例和非專利文獻(xiàn)I的比較例的蠕變斷裂斷裂時間的附圖。[圖4]圖4是表示通過模擬得到的、具有本發(fā)明實(shí)施方式的平均成分的Ni基單晶超合金的Mo含量與蠕變速度的關(guān)系的附圖。[圖5]圖5是表示通過模擬得到的、具有本發(fā)明實(shí)施方式的平均成分的Ni基單晶超合金的Mo含量與TCP相的析出起始時間的關(guān)系的附圖。符號的說明
I渦輪葉片。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對于適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片進(jìn)行具體的說明。適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0. 0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量*%、Cr 4. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量:2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量*%、W 0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta -A. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0. 0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10.0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0.0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr -A. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3.9質(zhì)量％、Ta :4.0質(zhì)量％ 10.0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0.0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3.9質(zhì)量％、丁&:4.0質(zhì)量％ 10.0質(zhì)量％、六1 :4.5質(zhì)量％ 6.5質(zhì)量％、!1 :0.0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0. 0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％、Cr -A. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 2. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10.0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0.0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :0. 0
質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％、Cr -A. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10.0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0.0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Al :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0.0質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金，具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 0質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、Ta :4.0質(zhì)量％ 6.0質(zhì)量％、Al :5. 0質(zhì)量％ 6. 0質(zhì)量％、Ti :0.0質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量*%、Hf 0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量*%、Nb :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量*%、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 0質(zhì)量％、Ru :4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明中，為了得到比重小的Ni基單晶超合金，上述Ni基單晶超合金的組成中，可以使W為0. 0質(zhì)量％ 2. 9質(zhì)量％，進(jìn)一步可以使W為0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％。上述Ni基單晶超合金的金屬組織都具有在母相(Y相)中分散析出析出相(Y ’相)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。其中，Y相含有奧氏體相，Y ’相主要含有Ni3Al等具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的金屬間化合物。本發(fā)明的Ni基單晶超合金中，通過將Y相和分散在該Y相中的Y ’相的組成最優(yōu)化，可以在高溫下得到優(yōu)異的強(qiáng)度特性。以下對限定構(gòu)成上述Ni基單晶超合金的各成分的組成范圍的理由進(jìn)行說明。Co為增大高溫下對于含有Al、Ta等的母相的固溶限度，通過熱處理使微細(xì)的相分散析出，提高高溫強(qiáng)度的元素。但是，若Co超過15. 0質(zhì)量％，則與Al、Ta、Mo、W、Hf、Cr等其它的添加元素的平衡被破壞，有害相析出，高溫強(qiáng)度降低。因此，Co優(yōu)選為0.0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％,更優(yōu)選為4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％。Cr為耐氧化性優(yōu)異的元素，為與Hf 和Al —起提高Ni基單晶超合金的高溫耐腐蝕性的兀素。但是，若Cr小于4. I質(zhì)量％,則難以確保所需的高溫耐腐蝕性。另一方面，若Cr超過8.0質(zhì)量％，則抑制相的析出的同時，0相或U相等有害相析出，高溫強(qiáng)度降低。因此，Cr優(yōu)選為4. I質(zhì)量％ 8. O質(zhì)量％,更優(yōu)選為5. I質(zhì)量％ 8. O質(zhì)量％,進(jìn)一步優(yōu)選為5. I質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％。Mo為在與W或Ta共存的條件下，固溶在作為母相的、相中，增大高溫強(qiáng)度的同時，通過析出硬化而有助于高溫強(qiáng)度的元素。但是，若Mo小于2. I質(zhì)量％，則難以確保所需的高溫強(qiáng)度。另一方面，若Mo超過4. 5質(zhì)量％，則高溫強(qiáng)度降低，進(jìn)而高溫耐腐蝕性也降低。因此，Mo優(yōu)選為2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％，更優(yōu)選為2. I質(zhì)量％ 3. 4質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為2. I質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％。W為在與Mo或Ta共存的條件下通過固溶強(qiáng)化和析出硬化的作用而提高高溫強(qiáng)度的元素。但是，若W超過3.9質(zhì)量％，則高溫耐腐蝕性降低。因此，W優(yōu)選為0.0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％。此外，為了得到比重小的Ni基單晶超合金,W優(yōu)選為0. 0質(zhì)量％ 2. 9質(zhì)量％，更優(yōu)選為0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％。本發(fā)明中，即使在如此抑制W的添加量或不添加W的情況下，通過將其它的構(gòu)成元素的組成比設(shè)定在最優(yōu)的范圍內(nèi)，也可以在高溫下維持高的蠕
變強(qiáng)度。Ta為在與Mo或W共存的條件下通過固溶強(qiáng)化和析出硬化的作用而提高高溫強(qiáng)度，此外通過一部分相對于Y ’相析出硬化而提高高溫強(qiáng)度的元素。但是，若Ta小于4.0質(zhì)量％，則難以確保所需的高溫強(qiáng)度。另一方面，若Ta超過10.0質(zhì)量％，則O相或y相等有害相析出，高溫強(qiáng)度降低。因此，Ta優(yōu)選為4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％，更優(yōu)選為4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為4. 0質(zhì)量％ 6. 0質(zhì)量％。Al與Ni化合的同時，以60 70%(體積百分率)的比率形成Ni3Al所示的金屬間化合物來作為在母相中微細(xì)均一地分散析出的Y ’相。即，Al為與Ni —起提高高溫強(qiáng)度的元素。此外，Al為耐氧化性優(yōu)異的元素，為與Cr和Hf —起提高Ni基單晶超合金的高溫耐腐蝕性的元素。但是，若Al小于4. 5質(zhì)量％,則Y ’相的析出量不充分，難以確保所需的高溫強(qiáng)度和高溫耐腐蝕性。另一方面，若Al超過6.5質(zhì)量％，則形成很多被稱為共晶相的粗大的Y相，不能進(jìn)行固溶化處理，難以確保所需的高溫強(qiáng)度。因此，Al優(yōu)選為4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％,更優(yōu)選為5. 0質(zhì)量％ 6. 0質(zhì)量％。Ti為在與Mo或W共存的條件下通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用提高高溫強(qiáng)度，此外一部分相對于Y ’相析出硬化而提高高溫強(qiáng)度的元素。但是，若Ti超過I. 0質(zhì)量％，則有害相析出，高溫強(qiáng)度降低。因此，Ti優(yōu)選為0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％，更優(yōu)選為0. 0質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％。本發(fā)明中，即使在如此抑制Ti的添加量或不添加Ti的情況下,通過將其它的構(gòu)成元素的組成比設(shè)定在最優(yōu)的范圍，也可以在高溫下維持高的蠕變強(qiáng)度。Hf為晶界偏析元素，為偏在于晶界而強(qiáng)化晶界，由此提高高溫強(qiáng)度的元素。此外，Hf為耐氧化性優(yōu)異的元素，為與Cr和Al —起提高Ni基單晶超合金的高溫耐腐蝕性的元素。但是，若Hf超過0.5質(zhì)量％，則引起局部熔融而有可能降低高溫強(qiáng)度。因此，Hf優(yōu)選為0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％。Nb為提高高溫強(qiáng)度的元素。但是，若Nb超過3. 0質(zhì)量％，則有害相析出而高溫強(qiáng)度降低。因此，Nb優(yōu)選為0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％，更優(yōu)選為0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％。本發(fā)明中，即使在如此抑制Nb的添加量或不添加Nb的情況下，通過將其它的構(gòu)成元素的組成比設(shè)定在最優(yōu)的范圍內(nèi)，也可以在高溫下維持高的蠕變強(qiáng)度。Re為固溶在作為母相的Y相中，通過固溶強(qiáng)化提高高溫強(qiáng)度的元素。此外，還具有提高耐腐蝕性的效果。但是，若Re小于3.0質(zhì)量％，則Y相的固溶強(qiáng)化不充分，難以確保所需的高溫強(qiáng)度。這里，本發(fā)明中以與目前相比含有更多的Re的Ni基單晶超合金為對象，從而將Re的組成比的下限特定為8. I質(zhì)量％。另一方面，若Re超過9.9質(zhì)量％，則高溫時有害相TCP相析出，難以確保所需的高溫強(qiáng)度。因此，Re優(yōu)選為8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％，更優(yōu)選為8. I質(zhì)量％ 9. 0質(zhì)量％。Ru為抑制TCP相的析出，提高高溫強(qiáng)度的元素。但是，若Ru小于0. 5質(zhì)量％，則高溫時TCP相析出，難以確保所需的高溫強(qiáng)度。另一方面，若Ru超過6. 5質(zhì)量％，則有害相析出而高溫強(qiáng)度降低。因此，Ru優(yōu)選為0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，更優(yōu)選為4. 0質(zhì)量％ 6. 5
質(zhì)量％。此外，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金可以進(jìn)一步含有選自B、C、Si、Y、La、Ce、V、
Zr中的至少I種或2種以上的元素。具體地說，對于各組成范圍，優(yōu)選為B :0. 05質(zhì)量％以下、C :0. 15質(zhì)量％以下、Si :0. I質(zhì)量％以下、Y :0. I質(zhì)量％以下、La :0. I質(zhì)量％以下、Ce 0. I質(zhì)量％以下、V 1質(zhì)量％以下、Zr :0. I質(zhì)量％以下，以在含有這些添加元素時,不會析出有害相而降低高溫強(qiáng)度。另一方面，對于S i，有降低合金的熔點(diǎn)的作用，在進(jìn)行固熔化處理這樣的高溫下的熱處理時，有帶來使材料局部熔融這樣的不良影響的情況。因此，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金中，不優(yōu)選含有S i這樣的元素，期望盡可能減少該元素。如上所述，適用本發(fā)明的Ni基單晶超合金中，含有多量的Re，同時可以抑制比重的增加，在高溫下維持高的蠕變強(qiáng)度。具體地說，為了得到比重小的Ni基單晶超合金，即使在將W的添加量抑制在2. 9質(zhì)量％以下的情況下，也可以在高溫下維持高的蠕變強(qiáng)度，進(jìn)而即使在將W的添加量抑制在I. 9質(zhì)量％以下的情況下，也可以在高溫下維持高的蠕變強(qiáng)度。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以得到單位比重的蠕變強(qiáng)度高(比蠕變強(qiáng)度高)的Ni基單晶超合金。此外，本發(fā)明的Ni基單晶超合金例如可以合適地用于圖I所示的渦輪葉片I。BP,在使用本發(fā)明的Ni基單晶超合金的渦輪葉片I中，在高溫下具有高的蠕變強(qiáng)度，可以耐受高溫下的長時間使用的同時，相對于第4、5代的Ni基單晶超合金，比重小，因此可以同時實(shí)現(xiàn)輕量化和耐用溫度的提高。因此，本發(fā)明的Ni基單晶超合金可以廣泛適用于上述航空器引擎或產(chǎn)業(yè)用燃?xì)鉁u輪等中使用的渦輪葉片(靜/動葉片)等中。進(jìn)一步地，本發(fā)明的Ni基單晶超合金不限于上述航空器引擎或產(chǎn)業(yè)用燃?xì)鉁u輪等中使用的渦輪葉片，還可以廣泛用于高溫下長時間使用的部件或制品中。而且，根據(jù)本發(fā)明，可以將Y相和分散在該Y相中的Y ’相的組成最優(yōu)化，因此不僅是上述Ni基單晶超合金，對于單向凝固材料或普通鑄造材料等，同樣地也可以適用本發(fā)明。此時，可以得到與本發(fā)明同樣的效果。
實(shí)施例以下，通過實(shí)施例進(jìn)一步明確本發(fā)明的效果。而且，本發(fā)明不被以下的實(shí)施例所限定，在不變更其主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行適當(dāng)變更來實(shí)施。首先，使用真空熔解爐制備各種Ni基單晶超合金的熔液，使用該合金熔液鑄造組成不同的實(shí)施例I 3的合金錠。這些實(shí)施例I 3的各合金錠的組成比如表I所示。此外，表1中，作為參考例1 28，示出公知的Ni基單晶超合金的組成比。
[表 1]
權(quán)利要求
1.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :0. 0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％、Cr :4. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
2.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :0. 0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
3.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :4. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
4.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ 3. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
5.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :0. 0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％、Cr -A. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ 2. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
6.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :0. 0質(zhì)量％ 15. 0質(zhì)量％、Cr -A. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 10. 0質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ 3. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :0. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
7.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 8. 0質(zhì)量％、Mo :2. I質(zhì)量％ 4. 5質(zhì)量％、W 0. 0質(zhì)量％ I. 9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、A1 :4. 5質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 9質(zhì)量％、Ru :4. 0質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
8.Ni基單晶超合金,具有下述組成按照質(zhì)量比,含有Co :4. 0質(zhì)量％ 9. 5質(zhì)量％、Cr :5. I質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％、Mo 2. I質(zhì)量％ 4.0質(zhì)量％、W :0. 0質(zhì)量％ L9質(zhì)量％、Ta :4. 0質(zhì)量％ 6. 0質(zhì)量％、A1 :5. 0質(zhì)量％ 6. 0質(zhì)量％、Ti :0. 0質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Hf :0. 00質(zhì)量％ 0. 5質(zhì)量％、Nb 0. 0質(zhì)量％ I. 0質(zhì)量％、Re :8. I質(zhì)量％ 9. 0質(zhì)量％、Ru 4. O質(zhì)量％ 6. 5質(zhì)量％，剰余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 8中任一項(xiàng)所述的Ni基單晶超合金，其中，進(jìn)ー步含有選自由B、C、Si、Y、La、Ce、V、Zr組成的組中的至少I種或2種以上的元素。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的Ni基單晶超合金，其中，在選自上述組中的組成中，分別滿足B :0. 05質(zhì)量％以下、C :0. 15質(zhì)量％以下、Si :0. I質(zhì)量％以下、Y :0. I質(zhì)量％以下、La 0.I質(zhì)量％以下、Ce :0. I質(zhì)量％以下、V 1質(zhì)量％以下、Zr :0. I質(zhì)量％以下。
11.渦輪葉片，其使用了權(quán)利要求I 8中任一項(xiàng)所述的Ni基單晶超合金。
12.渦輪葉片，其使用了權(quán)利要求9所述的Ni基單晶超合金。
13.渦輪葉片，其使用了權(quán)利要求10所述的Ni基單晶超合金。
全文摘要
采用Ni基單晶超合金，該Ni基單晶超合金具有下述組成按照質(zhì)量比，含有Co0.0質(zhì)量％～15.0質(zhì)量％、Cr4.1質(zhì)量％～8.0質(zhì)量％、Mo2.1質(zhì)量％～4.5質(zhì)量％、W0.0質(zhì)量％～3.9質(zhì)量％、Ta4.0質(zhì)量％～10.0質(zhì)量％、Al4.5質(zhì)量％～6.5質(zhì)量％、Ti0.0質(zhì)量％～1.0質(zhì)量％、Hf0.00質(zhì)量％～0.5質(zhì)量％、Nb0.0質(zhì)量％～3.0質(zhì)量％、Re8.1質(zhì)量％～9.9質(zhì)量％、Ru0.5質(zhì)量％～6.5質(zhì)量％，剩余部分含有Ni和不可避免的雜質(zhì)。結(jié)果可以提供以高于8質(zhì)量％的組成比例含有Re、且比蠕變強(qiáng)度優(yōu)異的Ni基單晶超合金以及使用其的渦輪葉片。
文檔編號C22C19/05GK102803528SQ20108002697
公開日2012年11月28日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者青木祥宏, 關(guān)根伸仁, 佐藤彰洋, 宮田仁一, 筑后一義 申請人:株式會社 Ihi