JP2019537665A

JP2019537665A - チタンを含まない超合金、粉末、方法および部品

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Publication number: JP2019537665A
Application number: JP2019522951A
Authority: JP
Inventors: マグヌス・ハッセルクヴィスト; クリストフ・ハインツェ; ミヒャエル・オット; ブリッタ・ステーア
Original assignee: シーメンスアクティエンゲゼルシャフト
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: US11414727B2; HUE056732T2; KR20190080903A; EP3512974A1; CN109906279A; EP3512974B1; CA3042312A1; KR102274865B1; DE102016221470A1; JP6833029B2; US20190249277A1; WO2018083065A1; PL3512974T3; CA3042312C

Abstract

本発明はチタンを含まないニッケル基超合金、または対応する粉末に関連している。本発明による合金または粉末は、容易に処理することができ、とりわけ付加製造において好ましくは使用される。

Description

本発明は、チタンを含まない超合金、粉末、合金および粉末を利用する製造プロセス、並びに部品にも関する。

合金２４７は、高温タービン部品の分野で広く使用されているニッケル基鋳造合金である。この合金は、高いγ’相含有量を有しており、結果として、良好な耐酸化性と共同して良好なクリープ特性を有している。しかしながら、鋳造状態では、この合金は、偏析を形成する傾向があり、これは樹枝状晶領域および樹枝状晶間領域において形成される著しく異なるγ／γ’構造をもたらす。樹枝状晶領域において現状のままで存在する形態が望ましい。

凝固の間の偏析は、樹枝状晶間領域に蓄積するチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）などのγ’相形成元素の高濃縮をもたらし、これらは局所的にγ’相のソルバス温度を大幅に増大させる。樹枝状晶間領域におけるγ’相のソルバス温度が非常に高くなり得るので、溶体化熱処理は初期溶融なしではもはや不可能であるため、これは後続の溶体化熱処理によってさえも排除することができない。

合金２４７の全体組成は、最適な構造が樹枝状晶領域において得られるように設計されている。樹枝状晶間領域における粗大化したγ’相の析出物は不可避であると認められている。

従って、本発明の目的は、上述の問題を解決することである。

付加工程によって合金２４７を処理する最初の試みでは、完全な熱処理の後でさえ最適なγ／γ’微細構造が得られないことが知られていた（鋳造材料と同一）。その理由は、付加適用の後に、大きく均一な元素分布が存在するためである。鋳造材料の場合に発生するような偏析の効果は、付加的ビルドアップ材料の場合には発生しない。しかしながら、付加的ビルドアップ材料内に確立される微細構造は最適ではないことが分かった。鋳造材料との比較は、γ／γ’構造が鋳造材料内の遷移領域（樹枝状晶／樹枝状晶間）における構造と類似していることを示している。このことから、γ’相形成剤の過度に高い割合が、現在利用されている合金２４７の合金の全体組成中に存在していると結論付けることができる。

鋳造材料中に存在するものと同じ化学組成がこれまで付加製造工程において使用されてきた。しかしながら、高いγ’相含有量のために、この合金は非常に大きな困難を伴ってしか溶接することができず、従って、付加工程によって処理することは困難である。

この目的は、請求項１に記載の合金、請求項３に記載の粉末、請求項４に記載の方法および請求項５に記載の部品によって達成される。

さらなる利点を達成するために任意の方法で互いに組み合わせることができる更なる有利な手段は、従属請求項に記載されている。

合金２４７の変更された組成を使用することが提案されている。この材料は好ましくは、不純物を除いてチタン（Ｔｉ）を全く含まず、また低減された割合のタンタル（Ｔａ）（γ’相形成剤）を有している。

さらに、クロム（Ｃｒ）の割合が増大しており、それにより耐酸化性および耐食性がさらに改善される。

繰返し酸化の耐性を改善するために、最大で０．０３重量％までのイットリウム（Ｙ）を任意で材料の中に合金化することができる。

次の組成範囲（重量％）が有利である：Ｎｉ：残部、Ｃｒ：９〜１６％、Ｃｏ：９〜１１．５％、Ｗ：６．５〜１０．５％、Ｔａ：１〜３％、Ａｌ：４〜６％、Ｃ：０．０３〜０．１％、Ｂ：０．００５〜０．０１５％、Ｈｆ：０．３〜１．５％、Ｚｒ：０．００５〜０．０１５％、Ｙ：０〜０．０３％。

以下の範囲（重量％）の場合、ニッケル基超合金について利点も得られる。
クロム（Ｃｒ）：１２％〜１４％、
コバルト（Ｃｏ）：９．５％〜１１．０％、
タングステン（Ｗ）：７．５％〜９．５％、
タンタル（Ｔａ）：１．５％〜２．５％、
アルミニウム（Ａｌ）：４．５％〜５．５％、
炭素（Ｃ）：０．０４％〜０．０８％、
ホウ素（Ｂ）：０．００７％〜０．０１％、
ハフニウム（Ｈｆ）：０．４％〜１．２％、
ジルコニウム（Ｚｒ）：０．００７％〜０．０１％、
任意で、イットリウム（Ｙ）：０．０１％〜０．０３％。

これらの値（重量％）を使用すると、ニッケル基超合金についてさらなる利点が得られる。
クロム（Ｃｒ）：１２．５％、
コバルト（Ｃｏ）：１０．５％、
タングステン（Ｗ）：８．５％、
タンタル（Ｔａ）：２％、
アルミニウム（Ａｌ）：５％、
炭素（Ｃ）：０．０５％、
ホウ素（Ｂ）：０．００９％、
ハフニウム（Ｈｆ）：０．５％、
ジルコニウム（Ｚｒ）：０．００９％、
任意で、イットリウム（Ｙ）：０％〜０．０３％。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃ、Ｂ、Ｈｆ、Ｚｒおよび任意のＹの最終的な合金の一覧が有利である。

本明細書で提案される材料は完全に新規なものである。それは以下の利点を組み合わせる。
− 改善された溶接性、従って付加工程に対して、および修理の過程における堆積溶接に対しても適している
− 熱処理ウィンドウの拡張により最適化されたγ’相構造、その結果として、耐クリープ性を最適化する（鋳造微細構造内の樹枝状晶領域にあるようなγ／γ’構造は、添加ビルドアップおよび完全な熱処理後に確立されるべきである）
− 付加工程における改善された経済性
− 付加工程による合金２４７の経済的な加工性
− 改善された耐酸化性。

その合金からなる粉末は、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ケイ素（Ｓｉ）などの融点降下剤、および／または硬質材料粒子またはセラミック粒子を任意で含むことができる。

この目的は、請求項１に記載の合金、請求項２に記載の粉末、請求項３に記載の方法および請求項４に記載の部品によって達成される。

この目的は、請求項１に記載の合金、請求項４に記載の粉末、請求項５に記載の方法および請求項６に記載の部品によって達成される。

Claims

少なくとも（重量％で）、
クロム（Ｃｒ）：９％〜１６％、とりわけ１２％〜１４％、特に１２．５％、
コバルト（Ｃｏ）：９％〜１１．５％、とりわけ９．５％〜１１．０％、特に１０．５％、
タングステン（Ｗ）：６．５％〜１０．５％、とりわけ７．５％〜９．５％、特に８．５％、
タンタル（Ｔａ）：１％〜３％、とりわけ１．５％〜２．５％、特に２％、
アルミニウム（Ａｌ）：４％〜６％、とりわけ４．５％〜５．５％、特に５％、
炭素（Ｃ）：０．０３％〜０．１％、とりわけ０．０４％〜０．０８％、特に０．０５％、
ホウ素（Ｂ）：０．００５％〜０．０１５％、とりわけ０．００７％〜０．０１％、特に０．００９％、
ハフニウム（Ｈｆ）：０．３％〜１．５％、とりわけ０．４％〜１．２％、特に０．５％、
ジルコニウム（Ｚｒ）：０．００５％〜０．０１５％、とりわけ０．００７％〜０．０１％、特に０．００９％、
任意でイットリウム（Ｙ）：０％〜０．０３％、とりわけ０．０１％〜０．０３％、
を含むニッケル基超合金であって、
とりわけこれらの合金元素およびマトリクスとしてのニッケル（Ｎｉ）からなるニッケル基超合金。
チタン（Ｔｉ）を全く含まない、請求項１に記載のニッケル基合金。
少なくとも請求項１または２に記載の合金を含む、とりわけ請求項１または２に記載の合金からなる粉末。
請求項１または２に記載の上記合金または請求項３に記載の粉末が使用される、部品を製造するための方法であって、とりわけ付加製造、特に選択的レーザー焼結または選択的レーザー溶融のための方法。
請求項１または２に記載の合金を含む、または請求項３に記載の粉末から製造される、または請求項４に記載の方法によって製造される部品。