钴基合金制造物制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种具有与析出强化Ni基合金材同等以上的机械特性的Co基合金制造物。本发明专利技术所涉及的Co基合金制造物的特征在于，具有如下化学组成：含有0.08～0.25质量％的C、0.1质量％以下的B和10～30质量％的Cr，含有5质量％以下的Fe和30质量％以下的Ni且Fe和Ni的合计为30质量％以下，含有1种以上的合计为5～12质量％的W和/或Mo且W和Mo的合计为5质量％以上12质量％以下，含有0.5质量％以下的Si、0.5质量％以下的Mn和0.003～0.04质量％的N，含有0.5质量％以上2质量％以下的W和Mo以外的过渡金属中的原子半径超过130pm的M成分，余量由Co和杂质构成，所述杂质含有0.5质量％以下的Al和0.04质量％以下的O；所述制造物是母相结晶的多晶体，在所述多晶体的晶粒内，形成有平均尺寸为0.13μm以上2μm以下且所述M成分在边界区域偏析的偏析晶胞。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钴基合金制造物
本专利技术涉及机械特性优异的钴基合金材，尤其涉及利用层叠造型法的钴基合金制造物。
技术介绍
钴(Co)基合金材与镍(Ni)基合金材一起均为代表性的耐热合金材料，也被称为超合金，被广泛用于高温构件(高温环境下使用的构件，例如，燃气轮机、蒸汽轮机的构件)。Co基合金材与Ni基合金材相比虽然材料成本高，但耐蚀性、耐磨耗性优异，易于固溶强化，因而一直用作涡轮机静叶片、涡轮机燃烧器构件等。对于耐热合金材料，通过迄今为止进行的各种合金组成的改良和制造工艺的改良，对于Ni基合金材而言，开发了一种由γ’相(例如Ni3(Al,Ti)相)的析出所引起的强化，并成为目前的主流。另一方面，对于Co基合金材而言，由于像Ni基合金材的γ’相这样的大大有助于机械特性提高的金属间化合物相难以析出，因而一直研究由碳化物相所引起的析出强化。例如，专利文献1(日本特开昭61-243143)中，公开了一种Co基超塑性合金，其特征在于，在晶粒径为10μm以下的钴基合金的基体中析出粒径为0.5至10μm的块状和粒状的碳化物而成。此外，还公开了：所述钴基合金以重量比计由C：0.15～1％、Cr：15～40％、W和/或Mo：3～15％、B：1％以下、Ni：0～20％、Nb：0～1.0％、Zr：0～1.0％、Ta：0～1.0％、Ti：0～3％、Al：0～3％以及余量的Co构成。根据专利文献1，能够提供一种Co基超塑性合金，即使在较低的温度区域(例如，950℃)也显示出超塑性，具有70％以上的伸长率，并且能够通过锻造加工等塑性加工来制作复杂形状物。专利文献2(日本特开平7-179967)中公开了一种Co基合金，以重量％计由Cr：21～29％、Mo：15～24％、B：0.5～2％、Si：0.1％以上且小于0.5％、C：超过1％且2％以下、Fe：2％以下、Ni：2％以下以及余量实质上为Co构成，并且耐蚀性、耐磨耗性及高温强度优异。根据专利文献2，该Co基合金具有在Co、Cr、Mo、Si的4元系合金相中较微细地分散有钼硼化物和铬碳化物的复合组织，具有良好的耐蚀性和耐磨耗性以及高强度。另外，近年来，作为以近终形来制造具备复杂形状的最终制品的技术，层叠造型法(AdditiveManufacturing，AM法)等三维造型技术(所谓的3D打印)受到关注，将该三维造型技术应用于耐热合金构件的研究开发正在活跃进行。例如，专利文献3(日本特表2016-535169)中公开了一种方法，其是包括如下步骤的层形成方法：a)供给具有小于20％空隙率的粉体状或悬浊液状的颗粒状复合材料的原料的步骤，b)在目标物表面堆积所述复合材料的第一部分的步骤，c)向所述第一部分的所述复合材料供给能量，将所述第一部分的所述复合材料烧结、熔合或熔化而形成第一层的步骤，d)在所述第一层上堆积所述复合材料的第二部分的步骤，e)向所述第二部分的所述复合材料供给能量，将所述第二部分的所述复合材料烧结、熔合或熔化而形成第二层的步骤，其中，所述能量通过激光来供给。根据专利文献3(日本特表2016-535169)，选择性激光熔化法(SLM法)或直接金属激光熔化法(DMLM法)一般而言对于1种材料(纯钛、Ti-6Al-4V这样的单一合金)是有益的。与此相对，在多种材料、合金、或合金与塑料、陶瓷、聚合物、碳化物、玻璃等其他材料的组合的情况下，一般适用选择性激光烧结法(SLS法)或直接金属激光烧结法(DMLS法)。需说明的是，烧结与熔化是不同的技术概念，烧结工艺是将材料粉末加热到不完全熔化但该粉末能够在分子水平上共同熔合的点的工艺。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭61-243143号公报专利文献2：日本特开平7-179967号公报专利文献3：日本特表2016-535169号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题通过3D打印来制造合金构件时，对于涡轮机叶片这样的具有复杂形状的构件也能直接造型，因而从缩短制造工时、提高制造成品率的观点(即，降低制造成本的观点)来说是非常有吸引力的技术。如专利文献1～2中记载的Co基合金材被认为与其以前的Co基合金材相比具有较高的机械特性，但与近年的析出强化Ni基合金材相比，则非常遗憾，不能说具有充分的机械特性。因此，目前，高温构件用途的层叠造型体(AM体)的研究多以析出强化Ni基合金材作为对象。但是，在析出强化Ni基合金的AM体内，易于发生阻碍对机械特性重要的γ’相的生成、或制造物中产生内部缺陷的不良状况，其结果是，产生了不能充分得到所期待的机械特性的问题。这被认为是因为，用作高温构件的现有析出强化Ni基合金材是以高真空中的熔融、铸造工艺为前提进行了最优化，因而在准备AM法用合金粉末的阶段、AM法的阶段，易于发生构成γ’相的Al成分和Ti成分的氧化、氮化。另一方面，如专利文献1～2所记载的Co基合金材由于不以Ni基合金材的γ’相这样的金属间化合物相的析出为前提，因而没有大量含有易于氧化的Al、Ti，能够利用大气中的熔融、铸造工艺。因此，认为对于AM法用合金粉末的制作、AM体的制作是有利的。此外，Co基合金材具有如下优点：具有与Ni基合金材同等以上的耐蚀性、耐磨耗性。但是，如上所述，以往的Co基合金材与γ’相析出强化Ni基合金材相比具有机械特性低的弱点。换言之，如果能达到与γ’相析出强化Ni基合金材同等以上的机械特性(例如，在温度900℃、应力98MPa的条件下进行蠕变试验时的蠕变断裂时间为1100小时以上)，则Co基合金AM体可成为非常有吸引力的高温构件。本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供具有与析出强化Ni基合金材同等以上的机械特性的Co基合金制造物。用于解决课题的方法(I)本专利技术的一个方式提供一种Co基合金制造物，其为由Co基合金形成的制造物，其特征在于，前述Co基合金具有如下化学组成：含有0.08质量％以上0.25质量％以下的碳(C)、0.1质量％以下的硼(B)和10质量％以上30质量％以下的铬(Cr)，含有5质量％以下的铁(Fe)和30质量％以下的镍(Ni)且前述Fe和前述Ni的合计为30质量％以下，含有钨(W)和/或钼(Mo)且前述W和前述Mo的合计为5质量％以上12质量％以下，含有0.5质量％以下的硅(Si)、0.5质量％以下的锰(Mn)和0.003质量％以上0.04质量％以下的氮(N)，含有0.5质量％以上2质量％以下的W和Mo以外的过渡金属中的原子半径超过130pm的M成分，余量由Co和杂质构成，前述杂质含有0.5质量％以下的铝(Al)和0.04质量％以下的氧(O)，前述制造物是母相结晶的多晶体，在前述多晶体的晶粒内，形成有平均尺寸为0.13μm以上2μm以下且前述M成分在边界区域偏析的偏析晶胞(偏析セル)。本专利技术可以对上述Co基合金制造物(I)施加如下的改良、变更。(i)前述M成分是能够形成简单立方晶系的MC型碳化物相的成分，前述制造物在前述偏析晶胞的前述边界区域上析出前述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴基合金制造物，其为由钴基合金形成的制造物，其特征在于，/n所述钴基合金具有如下化学组成：含有0.08质量％以上0.25质量％以下的碳、0.1质量％以下的硼和10质量％以上30质量％以下的铬，含有5质量％以下的铁和30质量％以下的镍且所述铁和所述镍的合计为30质量％以下，含有钨和/或钼且所述钨和所述钼的合计为5质量％以上12质量％以下，含有0.5质量％以下的硅、0.5质量％以下的锰和0.003质量％以上0.03质量％以下的氮，含有0.5质量％以上2质量％以下的钨和钼以外的过渡金属中的原子半径超过130pm的M成分，余量由钴和杂质构成，所述杂质含有0.5质量％以下的铝和0.04质量％以下的氧，/n所述制造物是母相结晶的多晶体，/n在所述多晶体的晶粒内，形成有平均尺寸为0.13μm以上2μm以下且所述M成分在边界区域偏析的偏析晶胞。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钴基合金制造物，其为由钴基合金形成的制造物，其特征在于，
所述钴基合金具有如下化学组成：含有0.08质量％以上0.25质量％以下的碳、0.1质量％以下的硼和10质量％以上30质量％以下的铬，含有5质量％以下的铁和30质量％以下的镍且所述铁和所述镍的合计为30质量％以下，含有钨和/或钼且所述钨和所述钼的合计为5质量％以上12质量％以下，含有0.5质量％以下的硅、0.5质量％以下的锰和0.003质量％以上0.03质量％以下的氮，含有0.5质量％以上2质量％以下的钨和钼以外的过渡金属中的原子半径超过130pm的M成分，余量由钴和杂质构成，所述杂质含有0.5质量％以下的铝和0.04质量％以下的氧，
所述制造物是母相结晶的多晶体，
在所述多晶体的晶粒内，形成有平均尺寸为0.13μm以上2μm以下且所述M成分在边界区域偏析的偏析晶胞。


2.如权利要求1所述的钴基合金制造物，其特征在于，
所述M成分是能够形成简单立方晶系的MC型碳化物相的成分，
所述制造物中，在所述偏析晶胞的所述边界区域上析出所述MC型碳化物相的粒子。


3.如权利要求1或权利要求2所述的钴基合金制造物，其特征在于，
所述化学组成的所述M成分为钛、锆、铪、钒、铌和钽中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉艇，今野晋也，江口滋信，
申请(专利权)人：三菱动力株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP