專利名稱：：高耐熱性、高強(qiáng)度Co基合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及適于要求高溫強(qiáng)度的用途或要求高強(qiáng)度、高彈性的用途等的Co基合金及其制造方法。技術(shù)背景燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、化工廠構(gòu)件、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子等汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、高溫爐構(gòu)件等，要求在高溫環(huán)境下具有強(qiáng)度，有時(shí)還要求具有優(yōu)異的耐氧化性。因此，在這種高溫用途中開始使用Ni基合金或Co基合金。例如，在渦輪機(jī)葉片等代表性耐熱材料中，有用Ll2結(jié)構(gòu)的Y'相Ni3(Al，Ti)加強(qiáng)的Ni基超級合金。Y'相呈現(xiàn)隨著溫度上升強(qiáng)度也升高的逆溫度依賴性，故適合于耐熱材料的高強(qiáng)度化。在必需耐腐蝕性及延展性的高溫用途中，使用Co基合金而非Ni基合金。Co基合金，通過M23Q或MC型炭化物得到高強(qiáng)度化。有報(bào)告提出了與Ni基合金的Y'相的結(jié)晶結(jié)構(gòu)相同的具有Lh結(jié)構(gòu)的Co3Ti，Co3Ta等作為強(qiáng)化相，但Co3Ti熔點(diǎn)低，Co3Ta在高溫下缺乏穩(wěn)定性。因此，在采用Co3Ti或C03Ta作為強(qiáng)化相的材料中，即使通過添加合金元素，其使用溫度的上限也不過在75(TC左右。在特開昭59-129746號公報(bào)中也有報(bào)告通過添加Ni、Al、Ti等而由于Y'相[Ni3(Al，Ti)]析出強(qiáng)化，但是，沒有像Ni基合金那樣得到顯著的強(qiáng)化。也進(jìn)行了研究采用具有類似Y'相結(jié)晶結(jié)構(gòu)的E2i型金屬間化合物C03A1C相的析出強(qiáng)化(特開平10-102175號公報(bào))，但未達(dá)到實(shí)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明人等對對Co基合金的強(qiáng)化有效的析出物進(jìn)行了種種調(diào)查探討。其結(jié)果是發(fā)現(xiàn)了Ll2結(jié)構(gòu)的三元化合物Co3(Al，W)，并探明了該三元化合物是有效的強(qiáng)化因子。Co3(Al，W)具有與Ni基合金的主要強(qiáng)化相Ni3Al相相同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，與基體的整合性良好，可以均勻的細(xì)微析出，因而，有助于高強(qiáng)度化。本發(fā)明的目的是，以上述認(rèn)識為基礎(chǔ)，提供一種CO基合金，其通過使高熔點(diǎn)的C03(Al，W)析出分散而高強(qiáng)度化，呈現(xiàn)與原來的Ni基合金相匹敵的耐熱性，組織穩(wěn)定性也優(yōu)良。本發(fā)明的Co基合金，以質(zhì)量比A1:0.110%、W:3.045%、Co:實(shí)質(zhì)上為余量作為基本組成，根據(jù)需要，含有選自組(I)及減(II)的一種或兩種以上的合金成份。另外，當(dāng)添加組(I)的合金成份時(shí)，其合計(jì)含量選在0.0012.0%的范圍，而添加組(II)的合金成份時(shí)，其合計(jì)含量選在0.150%的范圍內(nèi)。組(I):0.0011%的B、0.0012.0%的C、0.011.0%的Y、0.011.0。/。的La或稀土元素(Mischmetall)。組(II):50%以下的Ni、50%以下的Ir、10%以下的Fe、20%以下的Cr、15。/q以下的Mo、10。/。以下的Re、10%以下的Ru、10%以下的Ti、20%以下的Nb、10M以下的Zr、10。/。以下的V、20。/。以下的Ta、10%以下的Hf。Co基合金，其基體上具有Ll2型金屬間化合物[Co3(Al，W)]析出的二相(Y+Y')組織。在添加了組(II)中的合金成分的成分體系中，Ll2型金屬間化合物，用(Co，X)3(Al，W，Z)表示。式中，X為Ir、Fe、Cr、Re及/或Ru，Z為Mo、Ti、Nb、Zr、V、Ta及/或Hf，Ni進(jìn)入X、Z兩者。另外，下標(biāo)表示各元素的原子比。金屬間化合物[Co3(Al，W)]或[(Co，X)3(Al，W，Z)]，是通過把調(diào)整至規(guī)定組成的Co基合金于1100140(TC熔化后，在5001100"C溫度范圍進(jìn)行時(shí)效處理而析出。時(shí)效處理至少進(jìn)行1次，或反復(fù)進(jìn)行數(shù)次。圖1是表示各元素相對于基體、Y'相的分配系數(shù)圖。圖2是表示Co—3.6A1—27.3W合金時(shí)效材料的組織的SEM圖像。圖3是表示Co-3.7A1—21.1W合金時(shí)效材料的二相組織的TEM圖像。圖4是表示Co—3.7Al—21.1W合金時(shí)效材料的Ll2型結(jié)構(gòu)的電子衍射圖像。圖5是表示Co—3.7Al—24.6W合金時(shí)效材料的應(yīng)力一變形曲線的圖。圖6是表示維克斯硬度的時(shí)效溫度依賴性的圖。圖7是表示維克斯硬度的時(shí)效時(shí)間依賴性的圖。圖8是表示Co—A1—W三元合金、添加了Ta的Co—Al—W合金、Co一Ni—Al—W合金、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)的相變化的DSC曲線圖。圖9是表示Co—A1—W三元合金、添加了Ta的Co—A1—W合金、Co一Ni—Al—W合金、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)的硬度與溫度的關(guān)系圖。圖10是表示添加了Mo的析出物為球狀的Co-Al—W合金的二相(Y+Y')組織的SEM圖像。圖11是表示添加了Ta的析出物為立方體狀Co—Al—W合金的二相(Y+Y、)組織的SEM圖像。圖12是表示添加Ni對Co—Al-W合金的變態(tài)溫度產(chǎn)生的影響的圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的Co基合金，與一般使用的Ni基合金相比，熔點(diǎn)約高50100'C左右，置換型元素的擴(kuò)散系數(shù)比Ni基合金小，因而，在高溫使用中生成的組織變化少。另外，與Ni基合金相比，其延展性優(yōu)良，因而可以采用鍛造、壓延、沖壓等進(jìn)行塑性加工，故可以期待比Ni基合金更廣泛的用途。此前，強(qiáng)化相使用的Co3Ti或Co3Ta的Y'相，相對于Y基體的晶格常數(shù)的失配在1%以上，從耐蠕變性方面看是不利的。與此相對，本發(fā)明在強(qiáng)化相中使用的金屬間化合物[Co3(Al，W)]，與基體的失配再大，也僅為0.5%左右，呈現(xiàn)的組織穩(wěn)定性優(yōu)于采用Y'相析出強(qiáng)化的Ni基合金。另外，與Ni基合金的200GPa相比，其可達(dá)到220230GPa，顯示出十分之一以上的大的彈性系數(shù)，因而可以用于發(fā)條、彈簧、電纜、帶狀物(bdt)、電纜導(dǎo)管(cableguide)等要求高強(qiáng)度、高彈性的用途中，由于其硬質(zhì)而耐磨耗性、耐腐蝕性優(yōu)良，因而也可用作堆焊材料。優(yōu)選Ll2型金屬間化合物[Co3(Al，W)]或[(Co,X)3(Al，W，Z)]，在析出物粒徑lum以下、體積分?jǐn)?shù)4085°/。左右析出。超過lum的粒徑，其強(qiáng)度、硬度等機(jī)械特性容易劣化。當(dāng)析出量少于40%時(shí)，強(qiáng)化不充分，反之，超過85%的析出量，可以觀察到延展性有劣化的傾向。本發(fā)明的Co基合金，為了使Ll2型金屬間化合物[Co3(Al，W)]或[(Co，X)3(Al，W,Z)]適量分散，而使成分《組成特定?；窘M成為，質(zhì)量比為A1:0.110%、W:3.045%、Co:余量。Al是Y'相的主要構(gòu)成元素，也有助于耐氧化性的提高。采用低于0.1%的A1時(shí)，Y'相不析出，或即使析出，也無助于高溫強(qiáng)度。然而，過量添加則會(huì)有助于脆而硬質(zhì)的相的生成，因而含量定在0.110%(優(yōu)選0.55.0%)的范圍。W是Y'相的主要構(gòu)成元素，也呈現(xiàn)固溶強(qiáng)化基體的作用。W的添加小于3.0%時(shí)，Y'相不析出，或即使析出，也無助于高溫強(qiáng)度。超過45%的過量添加，則助長有害相的生成。因此，W含量定在3.045n/c(優(yōu)選為4.530%)的范圍。在Co—W—A1為基本成分的體系中，根據(jù)需要添加選自組(I)、組(II)的一種或二種以上的合金成分。當(dāng)添加選自組(I)的多個(gè)合金成分時(shí)，合計(jì)含量選定在0.0012.0%范圍，當(dāng)添加選自組(II)的多個(gè)合金成分時(shí)，合計(jì)含量選定在0.150%范圍。組(I)是由B、C、Y、La、稀土元素構(gòu)成的組。B是在晶粒邊界偏析而強(qiáng)化晶粒邊界的合金成分，有助于提高高溫強(qiáng)度。B的添加效果在0.001%以上變得顯著，但過量添加對加工性不利，因而上限定為1%(優(yōu)選為0.5%)。C與B同樣，對晶粒邊界的強(qiáng)化有效，同時(shí)形成炭化物析出可提高高溫強(qiáng)度。該效果，通過添加0.001%以上的C就可以看到，但過量添加，對加工性或韌性不利，因而把2.0%(優(yōu)選為1.0%)定為C含量的上限。Y、La、稀土元素均為對耐氧化性的提高有效的成分，任何一種添加0.01%以上均可發(fā)揮添加效果，但過量添加，對組織穩(wěn)定性有不良影響，因而將1.0%(優(yōu)選為0.5%)定為上限。組(II)是由Ni、Cr、Ti、Fe、V、Nb、Ta、Mo、Zr、Hf、Ir、Re、Ru構(gòu)成的組。組(II)的合金成分中，分配系數(shù)愈大的元素，Y'相的穩(wěn)定化愈有效。分配系數(shù)KXY'"用KXY'/Y=CXY'/CxY表示[式中，CXY':Y'相的X元素濃度(原子％)，CXY:基體(Y)相的X元素濃度(原子％)]，其表示Y'相含有的規(guī)定元素相對于基體相含有的規(guī)定元素的濃度比。分配系數(shù)》1為Y'相的穩(wěn)定化元素，分配系數(shù)<1為基體相的穩(wěn)定化元素(圖1)。Ti、V、Nb、Ta、Mo是Y'相穩(wěn)定化元素，其中，Ta的效果大。Ni、Ir，是與Ll2型金屬間化合物的Co置換而改善耐熱性、耐腐蝕性的成分，Ni:1.0%以上、Ir:1.0%以上時(shí)，可以觀察到添加效果，但過量添加，會(huì)生成有害的化合物相，因而Ni的上限定為50。/。(優(yōu)選為40%)，Ir的上限定為50%(優(yōu)選為40%)。Ni啦與Al、W兩者置換，使Y'相的穩(wěn)定性提高，使Y'相可在更高溫下穩(wěn)定地存在。Fe也具有與Co置換而改善加工性的作用，在1.0%以上時(shí)，添加效果變顯著。然而，超過10%的過量添加，成為導(dǎo)致高溫區(qū)域的組織不穩(wěn)定化的原因，因而，添加時(shí)上限定為10%(優(yōu)選為5.0%)。Cr，是在Co基合金表面形成致密的氧化被膜而使耐氧化性提高的合金成分，有助于高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性的改善。該效果，用1.0。/。以上的Cr變得顯著，但添加過量，會(huì)成為加工性劣化的原因，因而將20%(優(yōu)選為15%)定為上限。Mo是使Y'相穩(wěn)定化而對基體的固溶強(qiáng)化有效的合金成分，在1.0%以上，可觀察到Mo的添加效果。但是，添加過量，會(huì)成為加工性劣化的原因，因而，將15%(優(yōu)選為10%)定為上限。Re、Ru，是對提高耐氧化性有效的合金成分，任何一種添加0.5%以上，則效果顯著，但添加過量會(huì)誘發(fā)有害相的生成，因而，添加量上限均定為10%(優(yōu)選為5.0%)。Ti、Nb、Zr、V、Ta、Hf，任何一種均為使Y'相穩(wěn)定化而對提高高溫強(qiáng)度有效的合金成分，Ti:0.5%以上、Nb:1.0%以上、Zr:1.0%以上、V:0.5%以上、Ta:1.0%以上、Hf:1.0%以上，可觀察到添加效果。然而，添加過量則成為有害相的生成或熔點(diǎn)降低的原因，因而，把Ti:10%、Nb:20%、Zr:10%、V:10%、Ta:20%、Hf:10%定為上限。調(diào)整至規(guī)定組成的Co基合金，當(dāng)用作鑄造品時(shí)，可采用普通鑄造、單向凝固、溶液鑄造、單結(jié)晶法中的任何一種方法制造。由于可在熔體化溫度下進(jìn)行熱加工，而且其冷加工性能也較好，因而也可用于板材、棒材、線材等的加工。Co基合金成型為規(guī)定形狀，然后，加熱至熔體化溫度11001400°C(優(yōu)選為U50130(TC)，在除去因加工等導(dǎo)入的變形的同時(shí)，使析出物固溶在基體中，可謀求材質(zhì)的均質(zhì)化。在未達(dá)到1100。C的加熱溫度，不進(jìn)行變形的去除或析出物固溶，或即使進(jìn)行，也要很長時(shí)間，不利于生產(chǎn)。反之，在超過140(TC的加熱溫度，會(huì)出現(xiàn)一部分液體相，將促進(jìn)晶粒邊界的粗糙或晶粒的粗大成長，成為機(jī)械強(qiáng)度下降的原因。對熔體化的Co基合金實(shí)施時(shí)效處理。在時(shí)效處理中，加熱Co基合金至5001100°C(優(yōu)選為6001000°C)的溫度區(qū)域，使Co3(Al，W)析出。Co3(Al，W)，是與基體之間的晶格常數(shù)的失配小的Ll2的金屬間化合物，與Ni基合金的Y'相[Ni3(Al，Ti)]相比，高溫穩(wěn)定性優(yōu)良，有助于提高Co基合金的高溫強(qiáng)度、耐熱性。在添加了組(II)的合金成分的成分體系中的(Co，X)3(Al，W，Z)也同樣地有助于提高Co基合金的高溫強(qiáng)度、耐熱性。形成強(qiáng)化相的Ll2結(jié)構(gòu)的Y'相，在Ni—Al二元體系平衡狀態(tài)圖中，Y'Ni3Al相形成穩(wěn)定相。因此，在將其作為基本體系的Ni基合金中，Y'相可用作強(qiáng)化相，但已報(bào)告在Co—Al體系平衡狀態(tài)圖中，不存在Co3Al相，Y'相為準(zhǔn)穩(wěn)定相。因而，為了利用Y'相作為Co基合金的強(qiáng)化相，必需使準(zhǔn)穩(wěn)定Y'相穩(wěn)定化。本發(fā)明認(rèn)為通過添加W使準(zhǔn)穩(wěn)定Y'相穩(wěn)定化，可使組成比為Co3(Al，W)或(Co，X)3(Al，W，Z)的Y'Ll2相作為穩(wěn)定相析出。優(yōu)選金屬間化合物Co3(Al,W)或(Co，X)3(Al，W，Z)，以粒徑50nmltxm、析出量4085體積％在基體上析出。析出強(qiáng)化作用，可通過粒徑10nm以上的析出物得到，但超過lum的粒徑時(shí)反而降低。為了得到充分的析出強(qiáng)化作用，必需有40體積％以上的析出量，但超過85體積％的過量析出時(shí)，可觀察到延展性降低的傾向。優(yōu)選在得到優(yōu)選的粒徑、析出量的基礎(chǔ)上，在規(guī)定的溫度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行階段性時(shí)效處理。在金屬材料本身的價(jià)格方面，Co雖然比Ni昂貴，但占實(shí)際價(jià)格的大部分的在多數(shù)情況下是制造加工成本，例如，在Ni基合金渦輪機(jī)葉片的情形，材料成本占總成本的5%左右。即使采用昂貴的Co，材料成本的上升也不過達(dá)到總成本的幾個(gè)％左右，而當(dāng)考慮到熱機(jī)的運(yùn)行溫度上升或長壽命化等優(yōu)點(diǎn)時(shí)，仍具有實(shí)際使用的充足的價(jià)值。因此，自然可以靈活運(yùn)用優(yōu)良的高溫特性，謀求原來的使用Co基耐熱合金的構(gòu)件的高強(qiáng)度化，而且，也已預(yù)見代替使用Ni基合金構(gòu)件的用途。具體地說，適于用作燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、化工廠構(gòu)件、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子等汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、高溫爐構(gòu)件等的原材料。由于具有高強(qiáng)度、高彈性，且耐腐蝕性也良好，故也可用作表面堆焊材料、發(fā)條、彈簧、電纜、帶狀物、電纜導(dǎo)管等的原材料。實(shí)施例1在惰性氣體環(huán)境中通過高頻誘導(dǎo)熔解進(jìn)行熔制具有表1的組成的Co基合金，鑄造成錠后，于120(TC下熱軋至板厚3mm。對從錠、熱軋板采取的試片實(shí)施表2的熔體化、時(shí)效處理后，進(jìn)行組織觀察、組成分析及特性試驗(yàn)。各試驗(yàn)結(jié)果示于表3。表中，Y7D0i9表示析出物存在Y'相與D0w(Co3W)相二種，D0^/u表示存在D0^相與U相二種，B2/U表示存在B2(CoAl)相與u相二種。采用試驗(yàn)No.113的試樣，可以觀察到一種作為析出物的Y'相，但已判明即使是同樣組成的合金，也能通過采用試驗(yàn)No.l、2那樣的時(shí)效處理而改變Y'相的析出量，而控制硬度等的機(jī)械性質(zhì)。當(dāng)Y'量極多時(shí)，室溫下的延展性有降低的傾向(試驗(yàn)No.912)，但800。C時(shí)的維克斯硬度為約300，較高，而能夠得到良好的高溫特性。No.3合金，是重視強(qiáng)度、延展性同時(shí)良好的合金設(shè)計(jì)，后述的實(shí)施例2、3以No.3合金作為基本組成。試驗(yàn)No.1419中，在Y'相外也檢出D0w相、B2相等析出物。D019相、B2相等析出物優(yōu)先在晶粒邊界析出，Y'相在晶粒內(nèi)析出。由于晶粒邊界、晶粒內(nèi)的析出形態(tài)，雖然在直至高溫的晶粒內(nèi)能夠保持高硬度，但是，室溫下的斷裂伸長變小。試驗(yàn)No.13、14，是同樣組成的Co基合金，但是由于在試驗(yàn)No.13中進(jìn)行短時(shí)間熱處理而不析出D0^相，顯示出較大的伸長。因此，在采用短時(shí)間時(shí)效處理時(shí)，僅Y'相析出，故可以謀求往在較低溫下使用的構(gòu)件上使用的用途。試驗(yàn)No.20、21，分別顯示No.12、13合金(比較材料)的特性，但這些合金中不析出Y'相，析出非常脆的"相，因而，硬度使所得到的合金的延展性極差。表l熔制的CO基合金(除雜質(zhì)外，余量為Co)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2熱處理?xiàng)l件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3不同合金成分、熱處理?xiàng)l件的金屬組織、物理性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>圖2是進(jìn)行IOO(TCX168小時(shí)時(shí)效處理過的No.4合金的SEM圖像。如圖2所示，立方體形狀的細(xì)微析出物均勻分散，具有與此前使用的Ni基超合金同樣的組織。進(jìn)行900°CX72小時(shí)時(shí)效處理過的No.l合金的TEM圖像(圖3)也是立方體形狀的細(xì)微析出物均勻分散，從電子衍射圖像(圖4)可以確認(rèn)是具有Ll2型的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的析出物。通過時(shí)效處理析出的析出物，呈現(xiàn)難以粗大化的特性，即使于80(TC熱處理600小時(shí)后，其平均粒徑也在150nm以下。難以粗大化的特性，意指組織穩(wěn)定性良好，在比較例中未檢出這種L12相的均勻析出的情形。No.3合金的機(jī)械特性，如應(yīng)力一變形曲線(圖5)所示，拉伸強(qiáng)度1085MPa、0.2%耐力737MPa、斷裂伸長21%，具有與沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)等Ni基合金相同程度或在其以上的機(jī)械特性。但是，當(dāng)Y'相分?jǐn)?shù)大時(shí)，可以觀察到延展性降低的傾向，因而優(yōu)選將Y'相分?jǐn)?shù)調(diào)整至4085體積％的范圍。如維克斯硬度的時(shí)效溫度依賴性(圖6)、時(shí)效時(shí)間依賴性(圖7)所示，當(dāng)為No.3合金時(shí)，通過168小時(shí)的時(shí)效，硬度上升在700900。C時(shí)顯著。在超過90(TC的加熱溫度時(shí)，析出物粗大化，反之，推測在低于600°C時(shí)，不充分的析出是妨礙硬質(zhì)化的原因。在圖6中，為了便于比較，一并示出了Co—Cr—Ta合金、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)的硬度，其中，可以判明No.3合金在更高溫下具有硬度峰。從圖7可知，硬度的上升，換言之，Y'相的析出，在約5小時(shí)前非常迅速地進(jìn)行，但在5小時(shí)后進(jìn)行緩慢。實(shí)施例2表4示出了在Co—W—Al合金中添加了組(I)的合金成分的合金設(shè)計(jì)。Al、W量按照表l的No.3合金決定。調(diào)整至規(guī)定組成的Co基合金，與實(shí)施例1同樣進(jìn)行熔解、鑄造，在熱軋后進(jìn)行熱處理。所得到的熱軋板的特性示于表5。表4熔融的CO基合金(除雜質(zhì)外，余量為Co)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>在組(I)中，c以外的成分均是微量添加元素，因而，在添加c以外未觀察到大的組織變化。通過添加C而炭化物析出時(shí)，Co基合金硬質(zhì)化。C、B均顯示出晶粒邊界偏析的傾向，均有助于提高高溫蠕變強(qiáng)度。當(dāng)觀察室溫下的機(jī)械特性時(shí)，與No.3合金(三元合金)相比，0.2%耐力上升，但斷裂伸長變小，拉伸強(qiáng)度也顯示大致同等的值。己知Y、La的添加，對M基合金的耐氧化性提高是有效的，在本發(fā)明的成分體系中也觀察到同樣的效果。而且，組(I)的元素對Y'相穩(wěn)定性、機(jī)械特性無實(shí)質(zhì)性的壞影響，因而可期待它們作為非常有效的添加成分。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>實(shí)施例3表6示出了在Co—W—Al合金中添加了組(n)的合金成分的合金設(shè)計(jì)。調(diào)整至規(guī)定組成的Co基合金，與實(shí)施例1同樣熔解、鑄造，在熱軋后進(jìn)行熱處理。所得到的熱軋板特性示于表7。為便于比較，把Ni基超合金沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)(Cr:19.5%、Mo:4.3%、Co:13.5%、Al:1.4%、Ti:3%、C:0.07%)的物理性質(zhì)，作為No.33合金一并示于表7。表6熔制的Co基合金(除雜質(zhì)外，余量為Co)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表7不同合金成分、熱處理?xiàng)l件的金屬組織、物理性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>將No.3合金、No.30合金、No.32合金、No.33合金(Waspaloy)的DSC曲線示于圖8?？梢耘忻鳎琋o.30合金，由于Ta的添加，用黑箭頭表示的Y'固溶溫度，與三元體系合金相比大大上升，與沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)相比，直至高溫Y'相穩(wěn)定地存在。從用白箭頭表示的固相線溫度(液相出現(xiàn)的溫度)高，可以理解，與No.33合金相比，No.3、No.30合金的耐熱性優(yōu)良。No.32合金，是No.30合金的Co被一部分M置換的組成的合金，但其Y'固溶溫度進(jìn)一步上升，固相線溫度幾乎沒有降低。測定No.3合金、No.30合金、No.32合金、No.33合金的高溫硬度的結(jié)果示于圖9。No.3合金與No.33合金具有同等程度的硬度，但添加了Ta的No.30合金，在室溫100(TC的溫度區(qū)域，顯示出比No.33合金高的硬度，與原來的Ni基合金相比，也顯示優(yōu)良的機(jī)械特性，因而可以說是非常有希望的耐熱材料。No.32合金，在剛進(jìn)行時(shí)效處理后的室溫下，與No.3三元體系合金具有幾乎同樣的硬度，但是，其Y'相直至高溫下都穩(wěn)定，因而，其在高溫下的硬度降低少，在100(TC時(shí)顯示與No.30合金相當(dāng)?shù)闹?。?000°CX168小時(shí)下進(jìn)行過時(shí)效處理的No.23合金、No.30合金的二相(Y+Y')組織分別示于圖10、11。添加了Mo的No.23合金，Y'相為球狀，添加了Ta的No.30合金，Y'相以立立體形狀析出。析出形態(tài)的不同，是來自基體(Y相)與Y'相的晶格常數(shù)的差(晶格失配)，但對材料的高溫特性也有大的影響。在本成分體系中，通過極少量的添加元素，可大大改變析出形態(tài)，因而可根據(jù)用途進(jìn)行多彩的合金設(shè)計(jì)、進(jìn)行組織控制。組(II)中基體(Y)的穩(wěn)定化元素Fe、Cr，使Y'相析出量減少，固溶溫度降低，但Cr具有使耐氧化性耐腐蝕性顯著提高的效果，可以說是實(shí)用上不可缺少的元素。Fe是通過時(shí)效處理促進(jìn)硬而脆的B2(CoAl)相析出而使延展性下降的原因，但在熔體化狀態(tài)反而有助于提高加工性，因而可根據(jù)用途調(diào)整添加量。Ni的分配系數(shù)約為l，可當(dāng)量分配在基體、析出物中。然而，本發(fā)明人等的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如Ni的添加量發(fā)生種種變化的Co—4A1—26.9W三元體系合金的Y'相固溶溫度、固相線溫度(圖12)所示，伴隨著M量的增加，Y'相固溶溫度上升，而固相線溫度幾乎不下降。這與通過添加Ni而具有高溫下硬度降低緩慢的優(yōu)良的高溫特性的No.32合金的結(jié)果非常一致。添加了Ir的No.20合金，除耐氧化性外，室溫下硬度、拉伸強(qiáng)度也得到提高。No.24合金，通過添加Re，使耐氧化性得到提高，但機(jī)械特性未能得到Ir那樣的效果。Ti、Zr、Hf、V、Nb等第4、5族元素，均使Y'相穩(wěn)定，析出量增加，因而，在室溫、高溫下均賦予良好的特性。但是，具有促進(jìn)D019(Co3W)相析出的作用。D0w相，沒有對延展性帶來B2相帶來的那樣的不良影響，但由于與Y'相相比而容易粗糙化，因而，在實(shí)際的合金設(shè)計(jì)中必需控制添加量。No.31、32合金，分別是復(fù)合添加Cr與Ta、Ni與Ta的Co基合金，兩者均耐氧化性優(yōu)良，具有與沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)同等水平的高溫硬度以及充分的延展性。19權(quán)利要求1.一種高耐熱性、高強(qiáng)度Co基合金，其特征在于，其組成為，Al0.1～10質(zhì)量％、W3.0～45質(zhì)量％，除不可避免的雜質(zhì)外，余量為Co；以及，其為析出以原子比表示為式Co3(Al，W)的Ll2型金屬間化合物的金屬組織。2.按照權(quán)利要求1所述的高耐熱性、高強(qiáng)度Co基合金，其中，還以合計(jì)量為0.0012.0%含有選自下列組(I)的一種或二種以上的物質(zhì)，組(I):0.001P/o的B、0.0012.0%的C、0.011.00/o的Y、0.011.0。/o的La或稀土元素。3.按照權(quán)利要求1所述的高耐熱性、高強(qiáng)度Co基合金，其中，還以合計(jì)量為0.150%含有選自下列組(II)的一種或二種以上的物質(zhì)，析出的Ll2型金屬間化合物，以原子比表示為式(Co，X)3(A1，W，Z)，式中，X為Ir、Fe、Cr、Re及/或Ru，Z是Mo、Ti、Nb、Zr、V、Ta及或Hf，Ni進(jìn)入X、Z兩者，組(II):50%以下的Ni、50%以下的Ir、10%以下的Fe、20%以下的Cr、15。/q以下的Mo、10。/。以下的Re、10%以下的Ru、10%以下的Ti、20%以下的Nb、10。/。以下的Zr、10"M)以下的V、20y。以下的Ta、10%以下的Hf。4.按照權(quán)利要求1所述的高耐熱性、高強(qiáng)度Co基合金，其中，還以合計(jì)量為0.0012.0%含有選自下列組(I)的一種或二種以上的物質(zhì)，以合計(jì)量為0.150%含有選自下列組(II)的一種或二種以上的物質(zhì)，析出的Ll2型金屬間化合物，以原子比表示為式(Co,X)3(Al，W，Z)，式中，X為Ir、Fe、Cr、Re及/或Ru，Z是Mo、Ti、Nb、Zr、V、Ta及或Hf，Ni進(jìn)入X、Z兩者，組(I):0.0011%的B、0.0012.0%的C、0.011.0%的Y、0.011.0。/。的La或稀土元素，組(II):50%以下的Ni、50%以下的Ir、10%以下的Fe、20%以下的Cr、15。/。以下的Mo、10。/。以下的Re、10°/。以下的Ru、10%以下的Ti、20%以下的Nb、10y。以下的Zr、1(P/。以下的V、20。/o以下的Ta、10。/。以下的Hf。5.—種高耐熱性、高強(qiáng)度Co基合金的制造方法，其特征在于，于1100，1400。C的溫度區(qū)域熔體化具有權(quán)利要求14中任何一項(xiàng)所述的組成的Co基合金，然后，實(shí)施1次以上的5001100'C的溫度區(qū)域下的時(shí)效處理，使Ll2型金屬間化合物[Co3(Al，W)]或[(Co，X)3(Al，W，Z)]析出。全文摘要以質(zhì)量比Al0.1～10％、W3.0～45％、Co余量為基本組成，Ll₂型金屬間化合物[Co₃(Al，W)]分散析出的Co基合金。Co的一部分可被Ni、Ir、Fe、Cr、Re、Ru置換，Al、W的一部分可被Ni、Ti、Nb、Zr、V、Ta、Hf置換。由于金屬間化合物[Co₃(Al，W)]熔點(diǎn)高，相對于基體的晶格常數(shù)的失配小，因而，形成具有與Ni基合金相當(dāng)?shù)母邷貜?qiáng)度、優(yōu)良的組織穩(wěn)定性的Co基合金。文檔編號C22C19/07GK101248198SQ20068003067公開日2008年8月20日申請日期2006年9月5日優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日發(fā)明者佐藤順,及川勝成,大沼郁雄,石田清仁,貝沼亮介申請人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)