Laves相の析出形態制御を利用した高強度オーステナイト系耐熱鋼の設計

Laves相析出形貌控制高强度奥氏体耐热钢设计

• 批准号: 08J09769
• 负责人: 石川 茂浩
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09769/
• 关键词: 金属間化合物; Laves相; 優生置換Site; 構造対称性; 析出形態制御; 優先置換site

本研究では金属間化合物であるLaves相を強化相とする新しい高強度オーステナイ(γ)系耐熱鋼の設計指針を得ることを目標に,Laves相とγ-Fe相間における相平衡と相安定性及びLaves相の構造変化を利用した析出形態制御を検討した.本年度は特にC14構造のFe_2NbとC15構造のCr_2Nbを中心に相平衡及び相安定性について調べた.1.Fe-Nb-Ru 3元系における相平衡Ruはその原子半径がほぼFeとNbの中間に位置しており,単体ではhcp構造を有する.また高強度単結晶Ni基超合金には必須の強化元素であり,またNiとLl_2構造のNi_3Ruを形成する.Ruを添加すると,1473Kにおいて,その添加量が15at.%までは,Laves相は等Nb濃度方向に拡大し,γ-Feと平衡する.しかし,添加量が増加すると,3元化合物が出現し,またさらに添加量が増加すると,Ni_3Nbでは無く,B2構造のRuNb相領域が拡大し,B2とhcp構造のRu固溶体が平衡する.RuはFe siteに置換するため,少量のRuのLaves相への固溶は,大幅な格子定数及び構造変化が期待出来る.2.Cr-Nb-Co 3元系におけるC14-C15構造間の相安定性Cr_2Nb, Co_2Nb Laves相は2元系においていずれも立方晶C15構造を有する.しかしCr_2NbへのCo添加量が5at.%以上となると,3元系においてC14構造のLaves相が出現し,その相領域は等Nb濃度方向に大きく拡大する.このためC15 Laves相領域はほとんど拡大しない.C14の格子定数は,Coの添加量に伴ってa,c軸ともに減少するが,c/a比は理想値1.633に近づき,CrとCoの比が1:1のときにほぼ理想値となる.またC14構造内の原子間距離の対称性も向上し,構造の対称性はより理想的なC15構造へと近づく.C14-C15間の相安定性に関しては,CrとCoが同じ原子siteを占有することで,C14のみCr site間の負の相互作用が生じることで,C15に比べC14のギブスエネルギーは低下し,C14構造はより安定となると言えることを明らかにした.このように添加元素間の相亙作用を考慮することで,C15構造のLaves相をオーステナイト系耐熱鋼の強化相として利用出来る可能性を示した.

In this paper, the phase stability of Laves phase and γ-Fe phase and the structural transformation of Laves phase are studied. 1. Phase equilibrium and phase stability in Fe-Nb-Ru ternary system. 2. Phase equilibrium and phase stability in Fe-Nb-Ru ternary system. 3. Phase equilibrium and phase stability in Fe-Nb-Ru ternary system. Ni-based superalloys with high strength crystals are required to form Ni_3Ru structures at 1473K with an addition of 15at.% Ru. The Laves phase increases in the direction of Nb concentration and γ-Fe equilibrium. As the addition amount increases, ternary compounds appear, Ni_3Nb is absent, RuNb phase domain of B2 structure increases, Ru solid solution of B2 and hcp structure becomes equilibrium, Ru is replaced by Fe site, a small amount of Ru is dissolved in Laves phase, lattice number and structural transformation are expected.2. Phase stability of Cr-Nb-Co 3 system between C14 and C15 structures Cr_2Nb, Cr_2Nb, Cr_Co_2Nb Laves phase has a cubic C15 structure. Cr_2Nb Co addition amount is 5at.% The Laves phases of the ternary system C14 structure appear together, and the phase domains are larger than those in the direction of Nb concentration. C15 Laves phase domain is large. C14 lattice constant,Co addition amount is accompanied by a,c axis decrease,c/a ratio is ideal value 1.633,Cr Co ratio is 1:1 and ideal value. The symmetry of interatomic distance in C14 structure is upward, and the symmetry of structure is opposite to the ideal one in C15 structure. The phase stability of C14-C15 structure is related to the occupation of Cr and Co atom sites. The negative interaction between Cr sites in C14 structure is generated, and the negative interaction between Cr sites in C15 structure is lower than that in C14 structure. The phase interaction between these elements is taken into account. The possibility of using the strengthening phase of C15 structure is shown.