Co基耐熱金属間化合物合金の設計開発

钴基耐热金属间合金的设计与开发

基本信息

批准号：
07750781
负责人：
木村好里
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

高温構造用材料として開発が期待される金属間化合物合金は常温で極めて脆いため、これまでに常温延性改善を狙った多くの研究が行われてきた。延性化と高強度化は互いに相反する事象であり、高温強度を維持することが実用化に際して最終的な課題となる。そこで、延性を改善したCo基耐熱金属間化合物合金の高温強度特性を調べることを目的として本研究を行った。供試合金にはCo-Al-C3元系B2/E2_1/(CO)3相合金、および微量B添加Co-AI-Ni-Ti4元系B2/L1_2/(Co,Ni)3相合金を選んだ。B2相はCoAl、E2_1はCo_3AlC、Ll_2は(Co,Ni)_3(Al,Ti)、(Co)と(Co,Ni)は一次固溶体である。Co-Al-C合金では初晶グラファイトが大量に偏析するため、真空高周波溶解による大型インゴット作成は不可能であり、製造プロセスの改良が必要であることがわかった。そこで、室温引張試験と高温クリープ試験はCo-Al-Ni-Ti合金に対して行った。常温延性の改善は、B2とLl_2の2つの化合物に一次固溶体を加えた3相合金とすることで達成した。まず、平行部直径4mmの丸棒試験片を用いて引張試験を行い、室温での機械的性質を調べた。ひずみ速度3.3×10^<-3>S^<-1>で試験を行った結果、塑性ひずみ4.3%の優れた引張延性、0.2%耐力770MPa,引張強度1100MPaの高強度を示すことを明らかにした。高温引張クリープ試験は平行部直径6mmのJIS規格フルサイズ試験片を用いて一定応力で行った。850℃、50MPaでの試験結果は、破断時間47時間、最小クリープ速度4.8×10^<-7>s^<-1>である。応力を100Mpaに、または温度を900℃にすると、いずれの場合もクリープ強度は著しく低下する。破断ひずみは約40%と極めて延性的であり、これが低いクリープ抵抗の主因となる。この合金は、クリープ寿命の20%程度という短い遷移城を経て最小クリープ速度を示し、緩やかに加速に転じて破断に至る。破断後の組織観察の結果、一次固溶体相中にき裂の存在が確認され、加速域の発現はボイドを起点としたき裂の成長過程に起因すると考えられる。

金属间合金有望被开发为高温结构材料，但其在室温下非常脆，因此迄今为止已经进行了大量的研究来提高其室温延展性。提高延展性和提高强度是相互矛盾的现象，保持高温强度是实际应用的终极挑战。因此，本研究旨在研究具有改善延展性的Co基耐热金属间合金的高温强度性能。选取Co-Al-C三元系B2/E2_1/(CO)三相合金和添加微量B的Co-Al-Ni-Ti四元系B2/L1_2/(Co,Ni)三相合金作为测试金属。 B2相为CoAl，E2_1为Co_3AlC，Ll_2为(Co,Ni)_3(Al,Ti)，(Co)和(Co,Ni)为初生固溶体。在Co-Al-C合金中，大量初生石墨偏析，使得无法通过真空高频熔炼制造大型铸锭，并且发现需要改进制造工艺。因此，对Co-Al-Ni-Ti合金进行了室温拉伸试验和高温蠕变试验。通过向两种化合物B2和L1_2添加初级固溶体来创建三相合金，实现了冷延展性的改进。首先，使用平行部直径为4mm的圆棒试验片进行拉伸试验，考察其室温下的机械特性。在应变率为3.3×10^<-3>S^<-1>的情况下进行测试，结果显示，其具有塑性应变为4.3%的优良拉伸延展性、0.2%屈服强度为770MPa的高强度以及拉伸强度。强度达到1100兆帕。高温拉伸蠕变试验使用平行部直径为6mm的JIS标准全尺寸试样，在恒定应力下进行。 850℃、50MPa下的试验结果显示，断裂时间为47小时，最小蠕变率为4.8×10^<-7>s^<-1>。当应力增加到100 MPa或温度增加到900°C时，蠕变强度在两种情况下都显着下降。它具有极强的延展性，断裂应变约为 40%，这是其抗蠕变性低的主要原因。该合金在蠕变寿命约 20% 的短暂过渡期后表现出最小蠕变速率，然后逐渐加速至破裂。断裂后的显微组织观察的结果，确认了在初生固溶体相中存在裂纹，并且加速区域的出现被认为是由于从空隙开始的裂纹扩展过程。