レーザー指向性エネルギー堆積法で製造されたSP2215/Stellite-6部品の高温サービス中の表面亀裂メカニズム

Fe-Cr-B合金は、高硬度のホウ化物相によって強化された耐摩耗・耐食材料として注目されている。従来の鋳造では、近平衡の遅い凝固(10−1~102 K/s)で粗大な連続網目状ホウ化物が生成し、元素偏析も激しく、脆性が高く信頼性が限定的であった。レーザー加工(レーザー肉盛溶接:103~106 K/s、LPBF/DED:106~108 K/s、レーザー再融解)は、極端な非平衡急速凝固を特徴とするが、熱勾配G、凝固速度R、相進化挙動が大きく異なる。本レビューでは、LPBF、DED、レーザー肉盛溶接、鋳造の直接的な証拠と間接的な推論を厳密に分類している。定量比較により、レーザー肉盛溶接はホウ化物を1…

• LPBF加工されたHaynes 230合金のレーザー深溶接における割れメカニズムを解明し、W含有量を14.96→13.56 wt.%、Si含有量を0.47→0.25 wt.%に低減することで割れ深さ比を0.70±0.08からゼロに低減した

• LDED(レーザー指向性エネルギー堆積)法で作製したAl0.5CoCrFeNi高エントロピー合金は、急速凝固により従来製法にない高Cr濃度の不安定なB2相を生じる。
• 650°C・1時間のアニーリングでB2相内に(Cr, Fe, Co)リッチなσ相と(Cr, Fe)リッチなBCC相が優先析出し、残存B2相マトリックスはCrが枯渇、Alが濃縮する。
• この元素再偏析によりB2相の不動態皮膜の保護能が著しく低下し、孔食電位と再不動態化電位が低下して合金全体の孔食耐性が損なわれる。

• ワイヤレーザーDEDで造形したTi-6Al-4Vは、熱入力175→350 J/mmで柱状β粒子の横方向サイズが約642μm→1079μm、α板幅平均が0.65μm→1.32μmに粗大化し、α構造が針状/バスケットウィーブから粗い層状へ変化した。
• 引張強度と降伏強度は熱入力によらず約900MPa・約840MPaを維持した一方、伸びは14.3%から10.3%に低下した。
• 600°Cで4時間の応力除去後、500MPa・R=-1の完全両振り疲労試験で、熱入力175 J/mm材は約3×10^7サイクルに達したが350 J/mm材は約1×10^5サイクルで破断し、疲労寿命が2桁以上劣化した。

• 低Cr・Ru含有ニッケル基単結晶(SX)超合金の950°C、最大200時間のNa2SO4溶融塩腐食試験を実施し、腐食速度が潜伏期と加速期の2段階を示すことを確認。
• 初期潜伏期に溶融硫酸塩が界面酸素分圧を低下させ、不連続なAl2O3/Cr2O3と不安定なMoS2の形成を促すことを明らかにした。
• 硫黄がRuと反応して熱力学的に安定なRuS2を形成し、腐食生成物が不安定なMoS2相から安定なRuS2相へ転移することを示した。