共晶γ'粒子微細分散により再結晶粒生成を抑制したNi基超合金単結晶の開発

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タービン動翼は中空構造の複雑な形状をしているため,凝固過程で局部にひずみが集中する.また,製造プロセス中にサンドブラスト工程が入るため表面に圧縮ひずみが発生する.高温の熱処理過程をその後に入れると,これらのひずみを駆動力として再結晶粒が形成する可能性がある.また,リサイクル及び余寿命延長のため,多結晶材では粒界に生成するキャビティを焼結するHIP(Hot Isostatic Pressing)処理が必要になるが,粒界のない単結晶ではキャビティが少ないため,再熱処理だけでリサイクルすることができる.ただし,作動中に蓄積したひずみにより,再熱処理後,再結晶が生じる可能性がある.単結晶材は,溶体化温度を高めるため,融点を下げる粒界強化元素を除去しており,再結晶が生じると高温強度は著しく低下するため,再結晶粒の発生を抑制することは極めて重要である.そこで,研究代表者は,まず,熱処理温度と再結晶形態を調べた.熱処理温度の上昇とともに,セル状再結晶から固溶―再析出型再結晶に遷移することを明らかにした.γ'相固溶温度以上では再結晶粒は急速に成長した.また,γ'粒子の大きさと分布は再結晶粒の成長に影響を及ぼすことを明らかにした.必要最小限の共晶γ'粒子を微細分散させ熱処理を最適化することで再結晶を抑制でき,単結晶Ni基超合金のタービン動翼材としての信頼性およびコストパフォーマンスを向上させることができることを示した.