Co基耐熱金属間化合物合金の設計開発

• Project/Area Number: 07750781
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 木村 好里 東京工業大学, 工学部, 助手 (90262295)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1995: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 金属間化合物 / 多相合金 / 引張試験 / クリープ試験 / 室温延性 / 高温強度

Research Abstract

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。