【研究分野】構造・機能材料

【研究領域課題番号】11750607 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

単結晶 / 単相合金 / 高温クリープ / 動的再結晶 / サブグレイン / クリープ速度 / 結晶方位 / 加工硬化 / 回復

【研究成果の概要】

ニッケル基超合金におけるγ母相の組成であるNi-20Cr単相単結晶を,改良型のブリッジマン法により作成し,その高温クリープ挙動の応力依存性を3つの極点方位について調査した。なお,クリープ試験は,フルサイズのつば付き試験片を用いており,引張り条件下で行った。本年度までに得られた成果を以下に記す。
結晶方位が[001]および[-111]の場合,低応力において,遷移クリープ域が拡大する。すなわち,高応力では,遷移クリープ域におけるクリープ速度の減少比は小さい。これに対し,低応力では,遷移クリープ域におけるクリープ速度の減少比が大きくなる。低応力における遷移域の拡大のため,[001]および[-111]方位における最小クリープ速度の応力指数は,低応力側で10となる。この値は,高応力側の5に比べ非常に大きい。低応力における遷移域の拡大は,加速クリープの原因である動的再結晶粒の形成が,低応力においては遅滞するために生じる。結晶方位が[011]の場合,低応力における遷移域の拡大は生じない。これは,[011]方位では,低応力においても動的再結晶粒の形成が容易に生じるためである。
いずれの極点方位においても,低応力では,クリープの大半は遷移域となる(遷移域支配型)。[011]方位では,高応力においても,遷移域支配型のクリープ曲線を示す。これに対し,[001]および[-111]方位では,高応力において,クリープの大半は加速域となる(加速域支配型)。以上の結果から,(1)単結晶の特長は低応力で使用することにより顕著となること,(2)低応力で使用する場合,加速クリープの原因となる動的再結晶粒の形成が最も生じ難い[001]方位が最良の結晶方位であることが明らかとなった。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】1,800千円 (直接経費: 1,800千円)

【研究分野】構造・機能材料

【研究領域課題番号】05555183 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

金属間化合物 / 高温クリープ / 単結晶合金 / Ni_3A1 / 結晶方位 / Ni_3Al / L1_2型金属間化合物 / 実用ニッケル基超耐熱合金 / 第三元素添加 / 単結晶 / 高温強度 / 合金設計 / 高温クリープ特性

【研究成果の概要】

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。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】9,700千円 (直接経費: 9,700千円)