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クロム合金の加工技術と特性

クロム合金高温材料の研究は、1950年代半ばに始まりました。クロム合金のプラスチック脆性遷移温度が室温よりも高いので、高温の空気にさらされます。なぜなら窒素の浸潤、合金の可塑性が低下し、衝撃靭性は、要件を満たすことができませんでした。クロム合金は、ニッケルベースの超合金よりも高い温度で、ジェットエンジンのタービンブレードおよびガイドベーンに開発および適用されていません。クロムに基づいて追加された他の元素で構成される合金は、耐熱合金です。金属ニッケルと比較して、金属クロムは高い融点(1860°C)、高い比強度(強度と密度の比)、良好な耐酸化性、高硫黄、ディーゼル燃料、海水腐食に対する耐性を備えています。金属ニッケルと比較して、金属クロムは高い融点(1860°C)と高い比強度(密度と強度の比)を持っています。高硫黄、ディーゼル燃料、海水に対する優れた耐酸化性と耐腐食性を備えています。

クロム合金加工
クロム合金合成の原理
クロムに固溶合金元素を添加すると、合金の強度は向上しますが、可塑性は低下します。 アンチモン、チタン、アンチモンなどの炭素、酸素、および窒素のような格子間不純物元素との高い親和性を有する要素のみが、それらの可塑性を向上させることができます。 これは、これらの元素が侵入型不純物とともに析出物を形成し、マトリックスの固溶体含有量を減少させる可能性があるためです。 それらはしばしば「洗浄剤」と呼ばれます。 イットリウム含有量が0.1%〜0.2%である場合、合金の可塑性を向上させることができます。 沈殿または分散強化は高温でクロム合金の耐クリープ性を向上させることができ、そしてクロム合金の可塑性は、沈殿又は分散強化によって改善されるので、沈殿または分散強化クロム合金を開発することが有利です。


クロム合金の分類
主に分散強化合金と析出強化合金があります。
(1)分散強化合金。
1960年代初頭、アメリカのD.Mスクラッグスは、粉末冶金によりクロムに酸化マグネシウムを添加して、分散強化合金クロム30(Cr-0.5Ti-6MgO)を形成しました。 この合金は、室温での優れた可塑性と高温耐酸化性を備えています。 これは、1000〜1200℃の酸化雰囲気で酸化クロムと酸化マグネシウムによって合金の表面にスピネルMgO Cr2O3構造が形成されるためです。これにより、高温耐酸化性が向上します。 高熱流条件下で優れた性能を発揮し、サーモウェルとして使用されています。 しかしながら、室温での合金の衝撃靭性は依然として非常に低く、温度が240以上である場合にのみ改善することができます


(2)析出強化合金。
クロム-タンタル合金シリーズは、Cr-2Taに基づいて析出相を形成する元素を添加した合金で、良好な耐クリープ性と一定の室温延性を備えています。合金Cr-2Ta-0.1Cは、炭化タンタルの析出相です。そのような合金には、Cr-2Ta-0.1Ti-0.5Si、Cr-2Ta-0.05B-0.05Zr-0.1Cなども含まれる。また、他の成分の合金はCr-0.3Y-2.4Ti-0.5Zr-0.5Cです。これらの合金は、沈殿相として炭化チタンと炭化ジルコニウムでできており、セリウムが浄化剤として添加されています。合金Cr-0.5Ti-0.1Nは、窒化チタンの析出相です。ただし、これらの合金の室温での衝撃靭性は低く、200°C以上でしか改善できません。表は、いくつかのクロム合金のクリープ破断特性と衝撃靭性を示しています。固溶強化クロム合金はほとんどありません。
旧ソビエト連邦のブランドBX4は、高合金クロム合金です。主な合金元素はニッケルとタングステンです。タングステン含有量は38%と高く、高温腐食性雰囲気で使用されます。


いくつかのクロム合金のクリープ破壊挙動と衝撃-プラスチック-脆性遷移温度
合金組成
 
応力
/ MPa
温度
/℃
休憩時間/ h
 
転移温度/℃
Cr-2Ta-0.1C 93.8 1050 414 200
Cr-2Ta-0.1Ti-0.5Si 93.8 1050 246  
Cr-2Ta-0.05B-0.05Zr-0.1C 93.8 1050 674 200

準備プロセス
クロム合金インゴットは、製錬または粉末冶金の2つの方法で入手できます。 クロムは蒸気圧が高いため、製錬中に不活性ガスで保護されます。 クロム、ヨウ化又は水素により精製電解クロムを原料として使用し、合金元素が添加され、そして高品質のビレットを溶融することによって得ることができます。 分散強化合金は、クロムに分散相化合物を添加することにより、粉末冶金により直接得ることができます。 合金のプラスチック加工を使用してビレットを押し出し、次に鍛造またはロールし、柔らかいひしゃくシースを使用して変形を促進し、処理後、スチールシースを酸洗によって除去することができます。 いくつかのクロム合金ターゲットはまた、熱間静水圧プレスにより形成することができます。

合金強化

クロム合金の固溶強化元素は、タンタル、ニオブ、タングステン、モリブデンなどです。析出強化相は、主にIVA族とVA族元素のホウ化物、炭化物、酸化物を含んでいます。一部の合金では、固溶強化と析出強化の組み合わせを使用して強度を高めています。たとえば、C-207およびCl-41 [Cr-7.1Mo-2 Ta-0.09 C-0.1(Y + La)]は、タングステンまたはモリブデンで強化された固溶体であり、炭化物析出強化もあり、少量のルテニウムまたはオスミウム。そして、耐酸化性を改善するスカベンジャーとして。両方の合金は、1093〜1149°Cの温度範囲で高い引張強度(10〜15 kgf / mm)を持っています。合金E、合金J(Cr-2Ta-0.5Si)および合金H(Cr-2 Ta-0.5 Si-0.5 R)の化学組成は同じCr-2Ta-0.5Siであり、それぞれに少量の他の成分が追加されています。強度はC -207およびCl-41よりも低いですが、プラスチック脆性遷移温度も低くなっています。BX-4合金は、C-207合金よりもわずかに高い強度を持つ鋳造合金ですが、その可塑性は劣っています。
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