Interfacial control of Co-based superalloy for new forging process

• Project/Area Number: 18H01742
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 及川 勝成 東北大学, 工学研究科, 教授 (70356608)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上島 伸文 東北大学, 工学研究科, 助教 (10733131)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2018: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
• Keywords: 超合金 / 鍛造 / ミクロ組織 / 再結晶 / 析出 / 析出強化 / 熱間鍛造 / 組織制御 / シミュレーション / 粒成長 / Co基合金 / 塑性加工 / ミクロ組織制御 / Co基超合金

Outline of Annual Research Achievements

Co-Al-W系超合金のγ母相中γ’整合’析出物の成長挙動の理論解析と高温における動的再結晶挙動に関する実験的な検討を行った．Co-9Al-8W合金を高周波溶解で作製し，溶体化後，50%の冷間圧延を行い，更に1150℃で熱処理を施し，静的再結晶を生じさせ，100ミクロン程度の粒径の板を作製した．板から円柱状試料を切り出し，970~980℃で様々な時効を施し，γ’を整合析出させた後，THERMECMASTERで970~980℃の間で熱間鍛造を行い，流動応力曲線を取得するとともに，ミクロ組織の観察をおこなった．
970℃における時効時間を変化させて整合析出したγ’相の平均サイズとその分布を測定した結果，熱処理時間が長くなるほど平均粒径は大きくなり，そのサイズ分布もKWN-modelで解析した結果，Co-9Al-10Wの時とほぼ同じパラメータを用いて再現できることを確認した．970℃，980℃で24時間熱処理した試料について0.001/sで70%の熱間鍛造をした結果，応力－ひずみ曲線に動的再結晶特有の応力の低下が見られた．また，ミクロ組織観察を行った結果，10ミクロン以下の非常に小さい母相粒径の部分が見られ，動的再結晶が生じていることを確認した．動的再結晶化率は70%程度となった．動的再結晶後のγ’相を観察すると析出分率が減るとともに，その平均粒子径が増加していた．更に，γ’相の方位を観察した結果，析出物が非整合化していることが明らかとなった．今後，初期組織が動的再結晶に及ぼす影響を調査し，最適な組織生業条件を明らかにする．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究はCo基超合金中でのγ’相の析出状態制御することで，その熱間加工性の制御を行うことを目標としている．本年度の成果により，母相粒径を小さくすることで，動的再結晶がほぼ全面で生じることが明らかとなり，γ’相も非整合化することが明らかとなった．

Strategy for Future Research Activity

Co基超合金のγ’相のサイズ，および加工速度が流動応力および再結晶挙動に及ぼす影響を明らかにする．そのため，様々な時間で970℃，980℃で熱処理した試料に対して，温度と歪み速度を変えた圧縮試験を行う．得られた圧縮試験片の組織をSEM-EBSDやTEMで評価することで，再結晶化メカニズムなどを評価する．また，数式モデルを用いて，再結晶率などを定量的に評価し，γ’相の非整合化に必要なパラメータを明確にする．

Research Products

• [Journal Article] Investigation on the σ-phase-related equilibria in Cr-Mn-Co system (2021)
  • Author(s): Li Haoge、Ruan Jingjing、Ueshima Nobufumi、Oikawa Katsunari
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds Volume: 867 Pages: 159024-159024
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental investigations of fcc/bcc phase equilibria in the Cr-Mn-Ni ternary system (2020)
  • Author(s): Li Haoge、Ruan Jingjing、Ueshima Nobufumi、Oikawa Katsunari
  • Journal Title: Intermetallics Volume: 127 Pages: 106994-106994
  • DOI: 10.1016/j.intermet.2020.106994
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation and Progress Behavior of Strain-Induced Abnormally Large Grains in Superalloy 718 (2020)
  • Author(s): Aoki Chuya、Date Masayoshi、Ueno Tomonori、Ohno Takehiro、Oikawa Katsunari
  • Journal Title: Metallurgical and Materials Transactions A Volume: 51 Pages: 4022-4032
  • DOI: 10.1007/s11661-020-05838-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth behavior of the δ-Ni3Nb phase in superalloy 718 and modified KJMA modeling for the transformation-time-temperature diagram (2020)
  • Author(s): Ruan J.J.、Ueshima N.、Oikawa K.
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds Volume: 814 Pages: 152289-152289
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152289
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Experimental investigations on Cr-Co-Mn ternary phase diagram (2020)
  • Author(s): H. G. Li, N. Ueshima, K. Oikawa,
  • Organizer: 日本金属学会2020年秋期(第167回)講演大会
• [Presentation] Phase equilibria in Mn rich corner in Mn Fe Cr ternary system (2020)
  • Author(s): J. J. Ruan, N. Ueshima, K. Oikawa
  • Organizer: 日本金属学会2020年秋期(第167回)講演大会
• [Presentation] Internal State Variablesモデルを用いたAlloy 720Liの流動応力モデリング (2020)
  • Author(s): 中村丞、 上島 伸文、及川 勝成
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第180回秋季講演大会
• [Presentation] 転位密度ベースモデルを用いたAlloy 720Liの流動応力モデリング (2020)
  • Author(s): 中村丞、上島伸文、及川勝成
  • Organizer: 日本塑性加工学会第71回塑性加工連合講演会
• [Presentation] Co基超合金の熱間鍛造によるγ’相の析出形態への影響 (2020)
  • Author(s): 廣川大樹, 上島伸文, 及川勝成
  • Organizer: 第19回 日本金属学会東北支部研究発表大会
• [Presentation] Phase Equilibria in Ternary Fe-Co-Mn System at 900℃ (2020)
  • Author(s): Sri Pragna Pendem, N. Ueshima, K. Oikawa
  • Organizer: 第19回 日本金属学会東北支部研究発表大会
• [Presentation] Investigation and thermodynamic assessment on the σ-phase-related equilibria in Cr-Mn-Co system (2020)
  • Author(s): H. G. Li, N. Ueshima、K. Oikawa
  • Organizer: 日本金属学会2021年春期(第168回)講演大会
• [Presentation] Phase equilibria and diffusion kinetics in Fe-Co-Mn ternary system (2020)
  • Author(s): S. P. Pendem, N. Ueshima、K. Oikawa
  • Organizer: 日本金属学会2021年春期(第168回)講演大会
• [Presentation] Microstructure evolution during dynamic recrystallization and meta-dynamic recrystallization in superalloy718 (2019)
  • Author(s): N. Ueshima, D.X. Wen, J.J. Ruan, K. Oikawa
  • Organizer: FiMPART'19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ni基超合金の加工組織モデリングと予測 (2019)
  • Author(s): 上島伸文，J.J. Ruan, 温東旭，及川勝成
  • Organizer: 日本金属学会第165回講演大会
• [Presentation] 時効熱処理中のCo-9Al-10Wのγ'相成長挙動 (2019)
  • Author(s): 廣川大樹，上島伸文，及川勝成
  • Organizer: 日本金属学会第165回講演大会