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Nbは融点が2470℃と高く,密度は8.5g/cm^3と他の高融点金属(W:19.3g/cm^3,Re:21.0g/cm^3)に比べて相当小さいため,耐熱材料の高強度化にとって有望な合金元素である.NbをNiに固溶限以上添加するとDO_a型構造を有する金属間化合物相Ni_3Nb(δ相)が生成する.この化合物相は組成幅を持ち,融点(1673K)まで安定であるため高温構造材料としては有望な化合物であるが,結晶構造の対称性がよくない.本研究では,このδ相を利用して優れた耐熱合金を設計することを目的に,Ni-Nb-M(M:Fe,Co,Al,Ti,V)3元系の状態図を作成し,まず,δ相中への第3元素の固溶量及び第3元素の添加に伴う結晶構造の対称性の変化を明らかにしている.次に,γ-Ni母相中に析出するδ相の結晶学的方位関係,析出形態に及ぼす第3元素の効果を両相の格子ミスフィットの観点から明らかにし,これらの結果に基づいて,Ni_3Nb-δ相を利用した超合金の設計指針を示した.また,Ni-Nb-Al3元系において,これまで全く報告されていなかった新たな化合物相Ni_6NbAl-ηとその結晶構造(DO_<24>型構造)を明らかにし,この相はγ相及びδ相とともに3元共晶分解反応(L→γ+δ+η)を示すことを見い出した.3元共晶組成を持つ合金を作製して一方向凝固させた結果,これら3相は結晶成長方向に板状に配列することを見い出し,実用的な観点から,δ相の析出形態を制御した新しい高温材料の開発の可能性を示している.
また,軽量耐熱材料として実用化が期待されているγ-TiAl基合金の相変態に及ぼすNbの効果についても調べている.すなわち,(1)α→α_2+γ,(2)α→β+γという2つの反応経路における高温α-Ti相の分解過程に及ぼすNbの影響を調べ,前者ではNbの添加がγ相の析出を遅滞させること,また,後者については共析型ではなくγ相の生成後β相が生成する2段階型で変態が生じることをTTT図を通して明らかにし,高温強度,高温加工性,靭性など目的に応じた組織制御を行なう合金設計の指針を示している.

【研究分担者】
松尾孝	東京工業大学	大学院・理工学研究科・材料工学専攻	教授	(Kakenデータベース)