Ni_3A1+Hf金属間化合物単結晶タービンブレ-ドの合金設計と試作

実用Ni基超合金の性能を超える新しい耐熱構造用材料の候補として金属間化合物Ni_3A1が挙げられるが、その多結晶合金は粒界脆性を示し、その克服にむけて多くの研究がなされている。本研究では粒界脆性の危惧のない単結晶Ni_3A1を対象とし、その高温強度をいかにして高めるかという観点からの合金設計を目的として平成5年度より2年間にわたって行った。初年度においては研究代表者ならびに分担者によってこの目的に有効な添加元素であることが見いだされているHfの添加量、ならびに単結晶の結晶方位が高温クリープ抵抗におよぼす影響を検討し、さらにHfとならぶ耐火金属元素であるW、Nb、Taなどの添加の効果についても系統的な研究を行った。定常クリープ速度、応力指数、拡散クリープにおける活性化エネルギーの大小等の比較を行った結果、これら元素のクリープ抵抗の増加への寄与の順列を見いだすとともに、単結晶Ni_3A1のクリープ強度が従来いわれている(001)方位ではなく、(011)方位で最も高い場合があることを見いだした。また、次年度ではこれら元素の複合添加の効果を結晶方位の影響とともに調べ、(011)方位の単結晶における複合添加の有効性を定量的に示すことが出来た。

実用Ni基超合金の性能を超える新しい耐熱構造用材料の候補として金属間化合物Ni_3A1が挙げられるが、その多結晶合金は粒界脆性を示し、その克服にむけて多くの研究がなされている。本研究では粒界脆性の危惧のない単結晶Ni_3A1を対象とし、その高温強度をいかにして高めるかという観点からの合金設計を目的として平成5年度より2年間にわたって行った。初年度においては研究代表者ならびに分担者によってこの目的に有効な添加元素であることが見いだされているHfの添加量、ならびに単結晶の結晶方位が高温クリープ抵抗におよぼす影響を検討し、さらにHfとならぶ耐火金属元素であるW、Nb、Taなどの添加の効果についても系統的な研究を行った。定常クリープ速度、応力指数、拡散クリープにおける活性化エネルギーの大小等の比較を行った結果、これら元素のクリープ抵抗の増加への寄与の順列を見いだすとともに、単結晶Ni_3A1のクリープ強度が従来いわれている(001)方位ではなく、(011)方位で最も高い場合があることを見いだした。また、次年度ではこれら元素の複合添加の効果を結晶方位の影響とともに調べ、(011)方位の単結晶における複合添加の有効性を定量的に示すことが出来た。