ヘインズ188（GH5188）のレーザー粉末溶融プロセスと機械的性質 

ヘインズ188（GH5188）のレーザー粉末溶融プロセスと機械的性質 

ヘインズ188（GH5188）は、そのバランスのとれた高温性能（最高使用温度980℃）により、大型ガスタービン燃焼器に使用されている。レーザー粉末床溶融法（LPBF）によって製造されたヘインズ188の機械的特性は、これまで十分に研究されてこなかった。本研究では、ヘインズ188の室温および高温におけるLPBFプロセス開発と機械的特性を系統的に調査した。

トゥルーア・ヘインズ188パウダーの化学組成：

サンプルは2つのグループに分けて印刷された：

グループ1は、20×12×10 mm³の試料16個から構成され、高密度化特性評価と引張試験を行った。パス間隔(d)と層厚(h)はそれぞれ70μmと30μmに固定し、レーザー出力(P)と走査速度(v)はそれぞれ150～300Wと600～1200mm/sの範囲で変化させた。

最適なパラメータを決定した後、グループ2には90×25×14 mm³の試験片と35×12×18 mm³の試験片を入れ、それぞれ高温クリープ試験と引張試験を行った。

室温での機械的性質：

異方性評価は、全体的に優れた性能を示すサンプルに対して行われた。LPBF-H（水平）方向とLPBF-V（垂直）方向で顕著な機械的異方性が観察され、LPBF-V方向は高い塑性率（伸び70.7%）を示したが、低い強度（YS：650MPa、UTS：897MPa）を示した。

微細構造：

LPBFプロセス中の急速な凝固は、熱流の方向に沿った粒成長を引き起こし、柱状デンドライト構造を形成し、材料特性の方向差をもたらす。

この図から、最適なLPBFパラメータにおける明確な結晶粒形態が明らかになった。凝固方向に平行な領域（BD）は、適度なテクスチャーとテクスチャーを持つ柱状形態が支配的な混合微細構造を示す。この組織は、高温勾配下でメルトプール境界に沿ってエピタキシャル成長したもので、先に凝固した層の結晶粒が後続層の核生成サイトとして機能します。

骨折の形態学：

破壊形態は延性破壊のメカニズムであることが確認され、ディンプルとティアリッジが特徴で、時折未融合のポロシティが見られる。縦に割った試料は、より大きなティアリッジと不規則なトポグラフィーを示し、強度は低いが伸びは高いことを示す。水平に施工された試料は、より細かく均一に分布したディンプルを示し、強度が向上していることを示している。

高温での機械的性質：

最適化されたパラメータで調製されたサンプルについて、高温機械特性を評価した。その結果、650℃において、平均流動応力付近での急速で小さな変動を特徴とするB型流動挙動を示すことが確認された。この挙動は、拡散を介した溶質原子（Cr、Co、W）による転位のピニングとデピニングの繰り返しによるもので、局所的なバンドが引張軸に沿ってホッピング的に伝播している。 

伸びの著しい改善（850℃で75.9%）は、析出物の粗大化・溶解と転位-固溶共移動の促進に関連している。

この材料は980℃でさらに軟化するが、それでも276MPaという大きな降伏強度を維持しており、優れた高温強度保持を示している。

従来の鋳造および鍛造プロセスで作製したヘインズ188と比較して、LPBFで作製したヘインズ188合金は、全温度範囲にわたって優れた機械的特性を示した。析出したままの合金は、850℃で438MPaの降伏強度を維持し、文献で報告されている281MPaを大幅に上回った。

結論

ヘインズ188のLPBF部品は、降伏強さ756MPa、引張強さ1067MPa、伸び60.2%という高い室温特性を達成した。

ヘインズ188のLPBF試料は、高温での機械的安定性（750℃での定常クリープ速度1.04×10-4 s-¹）と強度（980℃での降伏強度276 MPa）を顕著に維持した。