JP3209099B2 - 鋳造装置、鋳造方法およびタービン翼 - Google Patents
鋳造装置、鋳造方法およびタービン翼Info
- Publication number
- JP3209099B2 JP3209099B2 JP17790696A JP17790696A JP3209099B2 JP 3209099 B2 JP3209099 B2 JP 3209099B2 JP 17790696 A JP17790696 A JP 17790696A JP 17790696 A JP17790696 A JP 17790696A JP 3209099 B2 JP3209099 B2 JP 3209099B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mold
- cooling
- liquid metal
- casting
- heating device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
- B22D27/045—Directionally solidified castings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガスタービ
ン、航空機エンジン部品等に適用される単結晶合金また
は柱状結晶合金の鋳造装置、鋳造方法およびこの鋳造方
法によって鋳造されたタービン翼に関する。
ン、航空機エンジン部品等に適用される単結晶合金また
は柱状結晶合金の鋳造装置、鋳造方法およびこの鋳造方
法によって鋳造されたタービン翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばガスタービンエンジンや航空機エ
ンジンにおいては、鋳造によって製作されたタービンブ
レード等の部材が非常高い温度下で長時間の運転にさら
される。このため、上記の部材は高温強度を要求される
が、このような高温強度条件を満たす鋳物合金として、
単結晶組織を有する鋳物合金や柱状晶組織を有する鋳物
合金が知られている。
ンジンにおいては、鋳造によって製作されたタービンブ
レード等の部材が非常高い温度下で長時間の運転にさら
される。このため、上記の部材は高温強度を要求される
が、このような高温強度条件を満たす鋳物合金として、
単結晶組織を有する鋳物合金や柱状晶組織を有する鋳物
合金が知られている。
【０００３】上記のような合金を鋳造するためには、一
般的に、一方向凝固法と呼ばれる鋳造方法が用いられ
る。この一方向凝固法では、真空または不活性ガス雰囲
気下で、鋳型の外周を加熱する筒状の加熱装置内に挿入
した鋳型に溶融金属を流し込み、この溶融金属を流し込
んだ鋳型を上記の加熱装置から序々に鋳型を引き出す。
この際、鋳型からの放射冷却によってあるいはチルプレ
ートを設けることにによって当該鋳型の底部の溶融金属
から順に冷却して凝固させることにより、単結晶組織ま
たは柱状結晶組織を有する鋳物合金を形成する方法が知
られている。
般的に、一方向凝固法と呼ばれる鋳造方法が用いられ
る。この一方向凝固法では、真空または不活性ガス雰囲
気下で、鋳型の外周を加熱する筒状の加熱装置内に挿入
した鋳型に溶融金属を流し込み、この溶融金属を流し込
んだ鋳型を上記の加熱装置から序々に鋳型を引き出す。
この際、鋳型からの放射冷却によってあるいはチルプレ
ートを設けることにによって当該鋳型の底部の溶融金属
から順に冷却して凝固させることにより、単結晶組織ま
たは柱状結晶組織を有する鋳物合金を形成する方法が知
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
一方向凝固による鋳造においては、部材が大型化するほ
ど凝固界面の温度勾配が不足しがちとなる。このため、
例えばガスタービンのタービンブレード等の長尺部品を
鋳造する際には、鋳造後の鋳物合金が有するマクロ組織
が不良となり、長手方向に良好な単結晶組織や柱状晶組
織を形成するのが困難であるという問題があった。ま
た、鋳型からの放射冷却やチルプレートによる冷却で
は、冷却に時間を要するため、鋳造に多大な時間を要す
るという問題があった。このため、一層の鋳造速度の高
速化が求められていた。
一方向凝固による鋳造においては、部材が大型化するほ
ど凝固界面の温度勾配が不足しがちとなる。このため、
例えばガスタービンのタービンブレード等の長尺部品を
鋳造する際には、鋳造後の鋳物合金が有するマクロ組織
が不良となり、長手方向に良好な単結晶組織や柱状晶組
織を形成するのが困難であるという問題があった。ま
た、鋳型からの放射冷却やチルプレートによる冷却で
は、冷却に時間を要するため、鋳造に多大な時間を要す
るという問題があった。このため、一層の鋳造速度の高
速化が求められていた。
【０００５】本発明は係る従来の問題に鑑みてなされた
ものであって、単結晶組織や柱状晶組織を有する鋳物合
金を鋳造する際に、鋳物合金の大型化が可能で鋳造速度
を向上させることができる鋳造装置、鋳造方法およびこ
の鋳造方法により鋳造されたタービンブレードを提供す
ることを目的とする。
ものであって、単結晶組織や柱状晶組織を有する鋳物合
金を鋳造する際に、鋳物合金の大型化が可能で鋳造速度
を向上させることができる鋳造装置、鋳造方法およびこ
の鋳造方法により鋳造されたタービンブレードを提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る鋳造装置
は、 鋳型が設置されかつ冷却用液体金属を収容可能な
容器と、前記鋳型の外周を所定の温度に加熱する加熱手
段と、前記加熱手段を前記鋳型に対して鉛直上方向に移
動させる移動手段と、前記加熱手段の鉛直上方向への移
動にしたがって液位が上昇するように前記容器内に冷却
用液体金属を供給し、前記加熱手段によって加熱された
前記鋳型の外周を当該冷却用液体金属内に埋没させなが
ら冷却する冷却手段とを有する。
は、 鋳型が設置されかつ冷却用液体金属を収容可能な
容器と、前記鋳型の外周を所定の温度に加熱する加熱手
段と、前記加熱手段を前記鋳型に対して鉛直上方向に移
動させる移動手段と、前記加熱手段の鉛直上方向への移
動にしたがって液位が上昇するように前記容器内に冷却
用液体金属を供給し、前記加熱手段によって加熱された
前記鋳型の外周を当該冷却用液体金属内に埋没させなが
ら冷却する冷却手段とを有する。
【０００７】本発明に係る鋳造装置では、加熱手段によ
って溶融金属が収容された鋳型の外周を所定の温度に加
熱しながら移動手段によって加熱手段の鉛直上方向へ移
動する。同時に、加熱手段の鉛直上方向への移動にした
がって液位が上昇するように容器内に冷却用液体金属を
供給する。これにより、冷却用液体金属の液面付近での
鋳型内の溶融金属の凝固界面における温度勾配が大きく
なる。このため、欠陥のない単結晶組織や柱状晶組織を
有する鋳物合金が形成されることになる。
って溶融金属が収容された鋳型の外周を所定の温度に加
熱しながら移動手段によって加熱手段の鉛直上方向へ移
動する。同時に、加熱手段の鉛直上方向への移動にした
がって液位が上昇するように容器内に冷却用液体金属を
供給する。これにより、冷却用液体金属の液面付近での
鋳型内の溶融金属の凝固界面における温度勾配が大きく
なる。このため、欠陥のない単結晶組織や柱状晶組織を
有する鋳物合金が形成されることになる。
【０００８】本発明に係る鋳造装置は、好ましくは、前
記冷却手段は、前記容器に連通しかつ所定量の冷却用液
体金属を収容する補助容器を有し、当該補助容器内に所
定の体積物を浸入させ、当該体積物の埋没体積に応じた
量の冷却用液体金属を前記容器に供給する。
記冷却手段は、前記容器に連通しかつ所定量の冷却用液
体金属を収容する補助容器を有し、当該補助容器内に所
定の体積物を浸入させ、当該体積物の埋没体積に応じた
量の冷却用液体金属を前記容器に供給する。
【０００９】これにより、容器への冷却用液体金属の供
給は、補助容器に収容された所定量の冷却用液体金属か
ら行われることになり、新たな冷却用液体金属を供給す
る必要がない。
給は、補助容器に収容された所定量の冷却用液体金属か
ら行われることになり、新たな冷却用液体金属を供給す
る必要がない。
【００１０】本発明に係る鋳造方法は、冷却用液体金属
を収容可能な容器内に鋳型を設置し、前記鋳型の外周を
加熱装置により加熱し、前記鋳型内に溶融金属を注入
し、前記溶融金属の注入ののち、前記加熱装置を前記鋳
型に対して所定の速度で上昇させ、液位が前記加熱装置
の移動にしたがって上昇するように前記容器内に冷却用
液体金属を供給し、前記加熱装置によって加熱された前
記鋳型の外周を当該冷却用液体金属内に埋没させながら
冷却し、当該鋳型内の溶融金属を下部より一方向に凝固
させる。
を収容可能な容器内に鋳型を設置し、前記鋳型の外周を
加熱装置により加熱し、前記鋳型内に溶融金属を注入
し、前記溶融金属の注入ののち、前記加熱装置を前記鋳
型に対して所定の速度で上昇させ、液位が前記加熱装置
の移動にしたがって上昇するように前記容器内に冷却用
液体金属を供給し、前記加熱装置によって加熱された前
記鋳型の外周を当該冷却用液体金属内に埋没させながら
冷却し、当該鋳型内の溶融金属を下部より一方向に凝固
させる。
【００１１】本発明に係る鋳造方法では、鋳型の加熱位
置を上方向に移動させながら、鋳型の加熱された外周を
冷却用液体金属によって冷却することにより、鋳型内の
溶融金属の凝固界面の温度勾配が大きくなり、欠陥のな
い単結晶組織や柱状晶組織を有する鋳物合金が形成され
ることになる。
置を上方向に移動させながら、鋳型の加熱された外周を
冷却用液体金属によって冷却することにより、鋳型内の
溶融金属の凝固界面の温度勾配が大きくなり、欠陥のな
い単結晶組織や柱状晶組織を有する鋳物合金が形成され
ることになる。
【００１２】本発明に係るタービン翼は、冷却用液体金
属を収容可能な容器内に鋳型を設置し、前記鋳型の外周
を加熱装置により加熱し、前記鋳型内に溶融金属を注入
し、前記溶融金属の注入ののち、前記加熱装置を前記鋳
型に対して所定の速度で上昇させ、液位が前記加熱装置
の移動にしたがって上昇するように前記容器内に冷却用
液体金属を供給し、前記加熱装置によって加熱された前
記鋳型の外周を当該冷却用液体金属内に埋没させながら
冷却し、当該鋳型内の溶融金属を下部より一方向に凝固
させることによって鋳造されている。
属を収容可能な容器内に鋳型を設置し、前記鋳型の外周
を加熱装置により加熱し、前記鋳型内に溶融金属を注入
し、前記溶融金属の注入ののち、前記加熱装置を前記鋳
型に対して所定の速度で上昇させ、液位が前記加熱装置
の移動にしたがって上昇するように前記容器内に冷却用
液体金属を供給し、前記加熱装置によって加熱された前
記鋳型の外周を当該冷却用液体金属内に埋没させながら
冷却し、当該鋳型内の溶融金属を下部より一方向に凝固
させることによって鋳造されている。
【００１３】本発明に係る鋳造方法によって鋳造された
タービン翼は、欠陥のない単結晶組織や柱状晶組織が翼
方向に延びる鋳物合金によって形成されることになるた
め、高温強度に優れたタービン翼となる。
タービン翼は、欠陥のない単結晶組織や柱状晶組織が翼
方向に延びる鋳物合金によって形成されることになるた
め、高温強度に優れたタービン翼となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明をする。
て図面を参照しながら説明をする。
【００１５】図１は、本発明に係る鋳造方法を実施する
ための鋳造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、鋳造装置１は、真空チャンバ内に設けら
れており、真空あるいはＡｒガス等の不活性ガス雰囲気
内に置かれている。
ための鋳造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、鋳造装置１は、真空チャンバ内に設けら
れており、真空あるいはＡｒガス等の不活性ガス雰囲気
内に置かれている。
【００１６】鋳造装置１は、メインタンク２と、断熱材
３、サセプタ４および高周波コイル５からなる加熱装置
６と、鋳型Ｍに溶融金属３０を注入するためのるつぼ１
１と、連通管１５によってメインタンク２と連通された
補助タンク２１と、補助タンク２１内の冷却用液体金属
ＬＭ内に浸入されるラム２２とを有する。
３、サセプタ４および高周波コイル５からなる加熱装置
６と、鋳型Ｍに溶融金属３０を注入するためのるつぼ１
１と、連通管１５によってメインタンク２と連通された
補助タンク２１と、補助タンク２１内の冷却用液体金属
ＬＭ内に浸入されるラム２２とを有する。
【００１７】メインタンク２は、鋳型Ｍが内部に設けら
れかつ冷却用液体金属ＬＭを収容可能であり、その底部
には鋳型Ｍを冷却するためのチルプレート７が設けられ
ている。鋳型Ｍは、例えばセラミックス等の材料から形
成されるが、上記のチルプレート７は、冷却水Ｗの循環
によって冷却され、高温のためにチルプレートが溶解す
るのを防ぐ役割を果たす。
れかつ冷却用液体金属ＬＭを収容可能であり、その底部
には鋳型Ｍを冷却するためのチルプレート７が設けられ
ている。鋳型Ｍは、例えばセラミックス等の材料から形
成されるが、上記のチルプレート７は、冷却水Ｗの循環
によって冷却され、高温のためにチルプレートが溶解す
るのを防ぐ役割を果たす。
【００１８】加熱装置６は、断熱材３、サセプタ４およ
び高周波コイル５から構成されている。断熱材３は、例
えばフェルト状のカーボンから形成された筒状の部材で
あり、この断熱材３の内周にサセプタ４および高周波コ
イル５が設けられている。高周波コイル５は、例えば、
カーボンから形成されるサセプタ４に、高周波電流を流
すことにより発熱し、鋳型Ｍの外周を加熱する。上記の
サセプタ４は上下の分割されているが、加熱時に上側と
下側との温度を異ならせるためである。また、加熱装置
６は、図示しない駆動装置によって矢印Ａ1 およびＡ2
方向に移動可能となっている。
び高周波コイル５から構成されている。断熱材３は、例
えばフェルト状のカーボンから形成された筒状の部材で
あり、この断熱材３の内周にサセプタ４および高周波コ
イル５が設けられている。高周波コイル５は、例えば、
カーボンから形成されるサセプタ４に、高周波電流を流
すことにより発熱し、鋳型Ｍの外周を加熱する。上記の
サセプタ４は上下の分割されているが、加熱時に上側と
下側との温度を異ならせるためである。また、加熱装置
６は、図示しない駆動装置によって矢印Ａ1 およびＡ2
方向に移動可能となっている。
【００１９】るつぼ１１には、外周に高周波コイル１１
ａが設けられており、これに高周波電流を流すことによ
りるつぼ１１内に投入される鋳物合金の材料を溶解す
る。また、るつぼ１１は、傾斜可能に保持されており、
傾斜させることにより、るつぼ１１内で溶解された溶融
金属を鋳型Ｍの開口部から注ぎ込むことができるように
なっている。なお、るつぼ１１は、上記の加熱装置６の
矢印Ａ1 またはＡ2 方向に移動するようになっている。
ａが設けられており、これに高周波電流を流すことによ
りるつぼ１１内に投入される鋳物合金の材料を溶解す
る。また、るつぼ１１は、傾斜可能に保持されており、
傾斜させることにより、るつぼ１１内で溶解された溶融
金属を鋳型Ｍの開口部から注ぎ込むことができるように
なっている。なお、るつぼ１１は、上記の加熱装置６の
矢印Ａ1 またはＡ2 方向に移動するようになっている。
【００２０】補助タンク２１は、上記したメインタンク
２と連通管１５によって通じており、補助タンク２１内
には冷却用の液体金属ＬＭが所定量収容されている。補
助タンク２１および連通管１５の周囲には、加熱ヒータ
１６が設けられており、この加熱ヒータ１６の発熱によ
り、冷却用液体金属ＬＭが凝固しないように、補助タン
ク２１および連通管１５を所定の温度に保持する。冷却
用液体金属ＬＭには、例えば、Ｓｎ，Ａｌ等を用いるこ
とができ、また、冷却用液体金属ＬＭの温度は、例えば
７００℃程度とする。
２と連通管１５によって通じており、補助タンク２１内
には冷却用の液体金属ＬＭが所定量収容されている。補
助タンク２１および連通管１５の周囲には、加熱ヒータ
１６が設けられており、この加熱ヒータ１６の発熱によ
り、冷却用液体金属ＬＭが凝固しないように、補助タン
ク２１および連通管１５を所定の温度に保持する。冷却
用液体金属ＬＭには、例えば、Ｓｎ，Ａｌ等を用いるこ
とができ、また、冷却用液体金属ＬＭの温度は、例えば
７００℃程度とする。
【００２１】ラム２２は、図示しない駆動装置によっ
て、矢印Ｂ1 およびＢ2 方向に移動可能となっており、
矢印Ｂ1 方向に移動させることにより上記の補助タンク
２１内の冷却用液体金属ＬＭ内に浸入可能となってい
る。ラム２２を冷却用液体金属ＬＭ内に浸入させると、
ラム２２の埋没した体積分の冷却用液体金属ＬＭによっ
て、補助タンク２１の液位が上昇する。液位が上昇する
ことにより、メインタンク２内に連通管１５を通じて冷
却用液体金属ＬＭが流入し、メインタンク２と補助タン
ク２１の液圧が等しくなる量が流入する。したがって、
ラム２２を矢印Ｂ2 方向に下降させる際に、ラム２２の
速度を制御すればメインタンク２の液位の上昇速度を制
御することができる。なお、ラム２２の材料は、冷却用
液体金属ＬＭに浸入させても溶融しない材料を使用す
る。
て、矢印Ｂ1 およびＢ2 方向に移動可能となっており、
矢印Ｂ1 方向に移動させることにより上記の補助タンク
２１内の冷却用液体金属ＬＭ内に浸入可能となってい
る。ラム２２を冷却用液体金属ＬＭ内に浸入させると、
ラム２２の埋没した体積分の冷却用液体金属ＬＭによっ
て、補助タンク２１の液位が上昇する。液位が上昇する
ことにより、メインタンク２内に連通管１５を通じて冷
却用液体金属ＬＭが流入し、メインタンク２と補助タン
ク２１の液圧が等しくなる量が流入する。したがって、
ラム２２を矢印Ｂ2 方向に下降させる際に、ラム２２の
速度を制御すればメインタンク２の液位の上昇速度を制
御することができる。なお、ラム２２の材料は、冷却用
液体金属ＬＭに浸入させても溶融しない材料を使用す
る。
【００２２】次に、上記のように構成される鋳造装置１
の動作について説明する。鋳造装置１によって、単結晶
組織または柱状晶組織を有する鋳物合金を鋳造するので
あるが、単結晶組織または柱状晶組織は、例えば図３に
示すような構造となっている。図３（ａ）は、単結晶組
織を示しており、図３（ｂ）は、柱状晶組織を示してお
り、図３（ｂ）からわかるように所定の結晶軸が一定の
方向に揃っており、他の２つの結晶軸は不規則な方向を
向いているものである。単結晶組織を有する鋳物合金を
鋳造する場合には、鋳型Ｍの構造を例えば図４（ａ）に
示すようなものとする。図４（ａ）に示す鋳型Ｍ内に
は、その底部にセレクタＳが形成されており、このセレ
クタＳは、柱状晶鋳造から結晶性の一つを選択するもの
であり、セレクタＳの作用により単結晶組織が形成され
る。一方、柱状晶組織を有する鋳物合金を鋳造する場合
には、図４（ｂ）に示すようなセレクタＳが形成されて
いない鋳型Ｍを用い、一方向凝固によって鋳造すること
により凝固方向に上記の所定の結晶軸が揃うことにな
る。
の動作について説明する。鋳造装置１によって、単結晶
組織または柱状晶組織を有する鋳物合金を鋳造するので
あるが、単結晶組織または柱状晶組織は、例えば図３に
示すような構造となっている。図３（ａ）は、単結晶組
織を示しており、図３（ｂ）は、柱状晶組織を示してお
り、図３（ｂ）からわかるように所定の結晶軸が一定の
方向に揃っており、他の２つの結晶軸は不規則な方向を
向いているものである。単結晶組織を有する鋳物合金を
鋳造する場合には、鋳型Ｍの構造を例えば図４（ａ）に
示すようなものとする。図４（ａ）に示す鋳型Ｍ内に
は、その底部にセレクタＳが形成されており、このセレ
クタＳは、柱状晶鋳造から結晶性の一つを選択するもの
であり、セレクタＳの作用により単結晶組織が形成され
る。一方、柱状晶組織を有する鋳物合金を鋳造する場合
には、図４（ｂ）に示すようなセレクタＳが形成されて
いない鋳型Ｍを用い、一方向凝固によって鋳造すること
により凝固方向に上記の所定の結晶軸が揃うことにな
る。
【００２３】まず、上記のような鋳型Ｍをメインタンク
２の底部に設けられたチルプレート７上にセットし、チ
ャンバー内を真空排気あるいは不活性ガス雰囲気状態と
する。
２の底部に設けられたチルプレート７上にセットし、チ
ャンバー内を真空排気あるいは不活性ガス雰囲気状態と
する。
【００２４】この状態で、るつぼ１１内に鋳物合金用の
材料を投入し、高周波コイル１１ａによってこれを溶融
する。鋳物合金用の材料としては、単結晶組織を有する
鋳物合金を鋳造する場合には、例えば、Ｃｒ：９〜１１
％，Ｍｏ：０．５〜０．８％，Ｗ：５．５〜６．５％，
Ｔａ：５．２〜６％，Ａｌ：５〜６％，Ｔｉ：１．８〜
２．５％，Ｃｏ：４．２〜４．９％，Ｒｅ：０．０５〜
０．５％を有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有するＮｉ基合金を用いることがで
きる。
材料を投入し、高周波コイル１１ａによってこれを溶融
する。鋳物合金用の材料としては、単結晶組織を有する
鋳物合金を鋳造する場合には、例えば、Ｃｒ：９〜１１
％，Ｍｏ：０．５〜０．８％，Ｗ：５．５〜６．５％，
Ｔａ：５．２〜６％，Ａｌ：５〜６％，Ｔｉ：１．８〜
２．５％，Ｃｏ：４．２〜４．９％，Ｒｅ：０．０５〜
０．５％を有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有するＮｉ基合金を用いることがで
きる。
【００２５】次いで、高周波コイル５によってサセプタ
４を発熱させることにより、鋳型Ｍの外周の加熱を開始
する。このとき、２分割されたサセプタ４の上側付近の
温度は例えば、１５００℃〜１５５０℃程度とし、下側
の温度を１６００℃程度する。これは、鋳型Ｍの上側と
下側との間に温度勾配をつけるためである。
４を発熱させることにより、鋳型Ｍの外周の加熱を開始
する。このとき、２分割されたサセプタ４の上側付近の
温度は例えば、１５００℃〜１５５０℃程度とし、下側
の温度を１６００℃程度する。これは、鋳型Ｍの上側と
下側との間に温度勾配をつけるためである。
【００２６】これと同時に、るつぼ１１の高周波コイル
１１ａによって、るつぼ１１内に投入された材料を加熱
溶融し、るつぼ１１を傾斜させて鋳型Ｍ内に注ぐ。
１１ａによって、るつぼ１１内に投入された材料を加熱
溶融し、るつぼ１１を傾斜させて鋳型Ｍ内に注ぐ。
【００２７】一方、補助タンク内では、例えば、Ｓｎ，
Ａｌ等の金属からなるが冷却用液体金属ＬＭが、加熱ヒ
ータ１６によって所定の温度に加熱保持されている。こ
のとき、冷却用液体金属ＬＭの温度は、例えば７００℃
程度とするが、高周加熱ヒータによって温度制御が可能
となっている。
Ａｌ等の金属からなるが冷却用液体金属ＬＭが、加熱ヒ
ータ１６によって所定の温度に加熱保持されている。こ
のとき、冷却用液体金属ＬＭの温度は、例えば７００℃
程度とするが、高周加熱ヒータによって温度制御が可能
となっている。
【００２８】鋳型Ｍ内への溶融金属の注入が完了した
ら、加熱装置６を所定の速度で上昇させていく。なお、
加熱装置６の上昇速度は、例えば、１０〜５０ｃｍ／ｈ
の範囲とする。これと同時に、ラム２２を補助タンク２
１内に下降させて、冷却用液体金属ＬＭをメインタンク
２内に供給する。このとき、メインタンク２内に供給さ
れた冷却用液体金属ＬＭの液位が加熱装置の下端部の直
下に追従するように、メインタンク２への冷却用液体金
属ＬＭの供給量を制御する。したがって、ラム２２の下
降速度をメインタンク２の液位の上昇速度が加熱装置６
の上昇速度と略等しくなるような速度とするが、この速
度は、ラム２２の断面積、メインタンク２および補助タ
ンク２１の断面積から算出される。
ら、加熱装置６を所定の速度で上昇させていく。なお、
加熱装置６の上昇速度は、例えば、１０〜５０ｃｍ／ｈ
の範囲とする。これと同時に、ラム２２を補助タンク２
１内に下降させて、冷却用液体金属ＬＭをメインタンク
２内に供給する。このとき、メインタンク２内に供給さ
れた冷却用液体金属ＬＭの液位が加熱装置の下端部の直
下に追従するように、メインタンク２への冷却用液体金
属ＬＭの供給量を制御する。したがって、ラム２２の下
降速度をメインタンク２の液位の上昇速度が加熱装置６
の上昇速度と略等しくなるような速度とするが、この速
度は、ラム２２の断面積、メインタンク２および補助タ
ンク２１の断面積から算出される。
【００２９】加熱装置６を上昇させるとともに、メイン
タンク２に冷却用液体金属を供給すると、図２に示すよ
うな状態となるが、鋳型Ｍに充填された溶融した金属材
料は、鋳型Ｍの底部から順次凝固していく。このとき、
加熱装置６の上昇に伴って、加熱装置６の下端の直下か
ら冷却用液体金属ＬＭの液面が上昇してくるため、加熱
部位と冷却部位の境界付近で凝固するのであるが、この
境界付近の温度勾配は大きくなり、かつ略一定したもの
となる。なお、放射冷却によって鋳型Ｍの外周を冷却し
た場合には、鋳型Ｍの下側では温度勾配が４０〜５０℃
／ｃｍ程度であり、鋳型Ｍの上側では１０℃／ｃｍ以下
であったが、本実施形態おいては、鋳型Ｍの全長を通じ
て６０℃／ｃｍ程度の温度勾配が得られた。
タンク２に冷却用液体金属を供給すると、図２に示すよ
うな状態となるが、鋳型Ｍに充填された溶融した金属材
料は、鋳型Ｍの底部から順次凝固していく。このとき、
加熱装置６の上昇に伴って、加熱装置６の下端の直下か
ら冷却用液体金属ＬＭの液面が上昇してくるため、加熱
部位と冷却部位の境界付近で凝固するのであるが、この
境界付近の温度勾配は大きくなり、かつ略一定したもの
となる。なお、放射冷却によって鋳型Ｍの外周を冷却し
た場合には、鋳型Ｍの下側では温度勾配が４０〜５０℃
／ｃｍ程度であり、鋳型Ｍの上側では１０℃／ｃｍ以下
であったが、本実施形態おいては、鋳型Ｍの全長を通じ
て６０℃／ｃｍ程度の温度勾配が得られた。
【００３０】このため、本実施形態における凝固後の鋳
物合金の有する単結晶組織または柱状晶組織は、全長に
渡って欠陥の無いものとなる。したがって、鋳型を長大
化した場合であっても、良好な単結晶組織または柱状晶
組織を有するものとすることが可能となる。また、凝固
界面における温度勾配を大きくすることができることか
ら、冷却作用を増大させることが可能となり、冷却用液
体金属の液位の上昇速度を増加させることが可能とな
り、鋳造速度を高めることが可能となる。
物合金の有する単結晶組織または柱状晶組織は、全長に
渡って欠陥の無いものとなる。したがって、鋳型を長大
化した場合であっても、良好な単結晶組織または柱状晶
組織を有するものとすることが可能となる。また、凝固
界面における温度勾配を大きくすることができることか
ら、冷却作用を増大させることが可能となり、冷却用液
体金属の液位の上昇速度を増加させることが可能とな
り、鋳造速度を高めることが可能となる。
【００３１】この後、メインタンク２内の冷却用液体金
属ＬＭの液位を上昇させていき、メインタンク２内の冷
却用液体金属ＬＭの液位が鋳型Ｍの上端部までくるとラ
ム２２の下降を停止する。液面が鋳型Ｍの上端まで達し
たら、この状態を例えば１０分間保持し、その後にラム
２２を上昇させて、冷却用液体金属ＬＭの液面を下げる
属ＬＭの液位を上昇させていき、メインタンク２内の冷
却用液体金属ＬＭの液位が鋳型Ｍの上端部までくるとラ
ム２２の下降を停止する。液面が鋳型Ｍの上端まで達し
たら、この状態を例えば１０分間保持し、その後にラム
２２を上昇させて、冷却用液体金属ＬＭの液面を下げる
【００３２】これにより、鋳造が完了するが、通常、引
き続いて熱処理を行う。この熱処理は、例えば、上記し
た単結晶のＮｉ基合金の組成の例では、１２４０〜１２
７０℃の範囲の所定の温度に３０〜３００分間保持し、
９５０〜１０５０°の範囲の所定温度に３〜６時間保持
し、さらに８５０〜９００℃の範囲内の所定温度に１６
〜３２時間保持する。 これにより、γ相の素地に微細
な金属間化合物からなるγ’相が均一に分散析出した組
織を有する合金となり、この合金は、優れた高温強度お
よび高温耐食性を有する。
き続いて熱処理を行う。この熱処理は、例えば、上記し
た単結晶のＮｉ基合金の組成の例では、１２４０〜１２
７０℃の範囲の所定の温度に３０〜３００分間保持し、
９５０〜１０５０°の範囲の所定温度に３〜６時間保持
し、さらに８５０〜９００℃の範囲内の所定温度に１６
〜３２時間保持する。 これにより、γ相の素地に微細
な金属間化合物からなるγ’相が均一に分散析出した組
織を有する合金となり、この合金は、優れた高温強度お
よび高温耐食性を有する。
【００３３】次に、図５は、本発明に係る鋳造方法によ
って鋳造されたタービンブレードの形状の一例を示す斜
視説明図である。タービンブレードは、タービンディス
クに取り付けられて、高温の燃焼ガス流の中を高速度で
回転し、ブレードの周縁または長手方向に沿った部分は
時間とともに変動する熱流にさらされることから、ブレ
ードを高温強度に優れたものとする必要がある。
って鋳造されたタービンブレードの形状の一例を示す斜
視説明図である。タービンブレードは、タービンディス
クに取り付けられて、高温の燃焼ガス流の中を高速度で
回転し、ブレードの周縁または長手方向に沿った部分は
時間とともに変動する熱流にさらされることから、ブレ
ードを高温強度に優れたものとする必要がある。
【００３４】そこで、本発明に係る鋳造方法によって上
記のようなタービンブレードを鋳造すれば、欠陥のない
単結晶組織または柱状晶組織を有する鋳造合金によって
形成されるため、高温強度に優れたタービンブレードが
得られる。鋳造の際には、例えば図５に示すタービンブ
レード４０の根元部分４１から先端部４２に向けてまた
は先端部４２から根元部４１に向けて凝固するようにす
る。これにより所定の結晶軸がタービンブレード４０の
長手方向に揃うことになり、長手方向に対して結晶方位
等を抑制することができる。なお、冷却用液体金属液位
の上昇は、前述の補助タンクによる方法以外に圧送、固
体金属供給等の方法によっても可能である。
記のようなタービンブレードを鋳造すれば、欠陥のない
単結晶組織または柱状晶組織を有する鋳造合金によって
形成されるため、高温強度に優れたタービンブレードが
得られる。鋳造の際には、例えば図５に示すタービンブ
レード４０の根元部分４１から先端部４２に向けてまた
は先端部４２から根元部４１に向けて凝固するようにす
る。これにより所定の結晶軸がタービンブレード４０の
長手方向に揃うことになり、長手方向に対して結晶方位
等を抑制することができる。なお、冷却用液体金属液位
の上昇は、前述の補助タンクによる方法以外に圧送、固
体金属供給等の方法によっても可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る鋳造
装置および鋳造方法によれば、凝固界面の温度勾配は大
きくなり、かつ鋳型の全長に渡って略一定したものとす
ることができる。このため、凝固後の鋳物合金の有する
単結晶組織または柱状晶組織は、全長に渡って欠陥の無
いものとなる。したがって、鋳型を長大化した場合であ
っても、良好な単結晶組織または柱状晶組織を有するも
のとすることが可能となり、高温強度に優れる鋳物合金
が得られる。また、凝固界面における温度勾配を大きく
することができることから、冷却作用を増大させること
が可能となり、鋳型加熱装置および冷却用液体金属の液
位の上昇速度を増加させることが可能となり、鋳造速度
を高めることが可能となる。
装置および鋳造方法によれば、凝固界面の温度勾配は大
きくなり、かつ鋳型の全長に渡って略一定したものとす
ることができる。このため、凝固後の鋳物合金の有する
単結晶組織または柱状晶組織は、全長に渡って欠陥の無
いものとなる。したがって、鋳型を長大化した場合であ
っても、良好な単結晶組織または柱状晶組織を有するも
のとすることが可能となり、高温強度に優れる鋳物合金
が得られる。また、凝固界面における温度勾配を大きく
することができることから、冷却作用を増大させること
が可能となり、鋳型加熱装置および冷却用液体金属の液
位の上昇速度を増加させることが可能となり、鋳造速度
を高めることが可能となる。
【図１】本発明に係る鋳造装置の一実施形態を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図２】図１に示す鋳造装置により鋳造を行っている様
子を示す説明図である。
子を示す説明図である。
【図３】単結晶組織の形状の一例を示す斜視説明図（図
３（ａ））および柱状晶組織の形状の一例を示す斜視説
明図（図３（ｂ））である。
３（ａ））および柱状晶組織の形状の一例を示す斜視説
明図（図３（ｂ））である。
【図４】単結晶組織を有する鋳物合金を鋳造する場合の
鋳型の構造の一例を示す説明図（図４（ａ））および柱
状晶組織を有する鋳物合金を鋳造する場合の鋳型の構造
の一例を示す説明図（図４（ｂ））である。
鋳型の構造の一例を示す説明図（図４（ａ））および柱
状晶組織を有する鋳物合金を鋳造する場合の鋳型の構造
の一例を示す説明図（図４（ｂ））である。
【図５】本発明に係るタービンブレードの形状の一例を
示す
示す
１… 鋳造装置 ２… メインタンク ３… 断熱材 ４… サセプタ ５… 高周波コイル ６… 加熱装置 ７… チルプレート １１… るつぼ １１ａ… 高周波コイル １５… 連通管 １６… 高周波コイル ２１… 補助タンク ２２… ラム ３０… 溶融金属 ４０… タービンブレード ４１… 根元部分 ４２… 先端部分 Ｍ… 鋳型 ＬＭ… 冷却用溶融金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−94774（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−131926（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−236941（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−94631（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−279609（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−297551（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−38625（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−127757（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 27/04 B23P 15/02 F01D 5/28
Claims (4)
- 【請求項１】鋳型が設置されかつ冷却用液体金属を収容
可能な容器と、 前記鋳型の外周を所定の温度に加熱する加熱手段と、 前記加熱手段を前記鋳型に対して鉛直上方向に移動させ
る移動手段と、 前記加熱手段の鉛直上方向への移動にしたがって液位が
上昇するように前記容器内に冷却用液体金属を供給し、
前記加熱手段によって加熱された前記鋳型の外周を当該
冷却用液体金属内に埋没させながら冷却する冷却手段と
を有する鋳造装置。 - 【請求項２】前記冷却手段は、前記容器に連通しかつ所
定量の冷却用液体金属を収容する補助容器を有し、当該
補助容器内に所定の体積物を浸入させ、当該体積物の埋
没体積に応じた量の冷却用液体金属を前記容器に供給す
る請求項１に記載の鋳造装置。 - 【請求項３】冷却用液体金属を収容可能な容器内に鋳型
を設置し、 前記鋳型の外周を加熱装置により加熱し、 前記鋳型内に溶融金属を注入し、 前記溶融金属の注入ののち、前記加熱装置を前記鋳型に
対して所定の速度で上昇させ、 液位が前記加熱装置の移動にしたがって上昇するように
前記容器内に冷却用液体金属を供給し、前記加熱装置に
よって加熱された前記鋳型の外周を当該冷却用液体金属
内に埋没させながら冷却し、当該鋳型内の溶融金属を下
部より一方向に凝固させる鋳造方法。 - 【請求項４】冷却用液体金属を収容可能な容器内に鋳型
を設置し、 前記鋳型を外周から加熱装置により加熱し、 前記鋳型内に溶融金属を注入し、 前記溶融金属の注入ののち、前記加熱装置を前記鋳型に
対して所定の速度で上昇させ、 液位が前記加熱装置の移動にしたがって上昇するように
前記容器内に冷却用液体金属を供給し、前記加熱装置に
よって加熱された前記鋳型の外周を当該冷却用液体金属
内に埋没させながら冷却し、当該鋳型内の溶融金属を下
部より一方向に凝固させることによって鋳造されたター
ビン翼。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17790696A JP3209099B2 (ja) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | 鋳造装置、鋳造方法およびタービン翼 |
| US08/889,439 US6003587A (en) | 1996-07-08 | 1997-07-08 | Casting furnace, a casting method and a turbine blade made thereby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17790696A JP3209099B2 (ja) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | 鋳造装置、鋳造方法およびタービン翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1024356A JPH1024356A (ja) | 1998-01-27 |
| JP3209099B2 true JP3209099B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=16039137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17790696A Expired - Fee Related JP3209099B2 (ja) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | 鋳造装置、鋳造方法およびタービン翼 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6003587A (ja) |
| JP (1) | JP3209099B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0894558A1 (de) * | 1997-07-29 | 1999-02-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinenschaufel sowie Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel |
| US6148899A (en) * | 1998-01-29 | 2000-11-21 | Metal Matrix Cast Composites, Inc. | Methods of high throughput pressure infiltration casting |
| US6276433B1 (en) * | 1999-10-25 | 2001-08-21 | General Electric Company | Liquid metal cooled directional solidification process |
| US6308767B1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-10-30 | General Electric Company | Liquid metal bath furnace and casting method |
| GB2373467B (en) * | 2001-03-22 | 2004-04-14 | Rolls Royce Plc | Mould support arrangement |
| DE102007010256A1 (de) * | 2007-03-02 | 2008-09-04 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen einer Gasturbine |
| US20090301682A1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | Baker Hughes Incorporated | Casting furnace method and apparatus |
| CN107034388A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-08-11 | 泰州市金鹰精密铸造有限公司 | 镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺 |
| CN109940131B (zh) * | 2019-03-26 | 2020-09-18 | 中国科学院金属研究所 | 一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法 |
| CN111375746B (zh) * | 2020-04-03 | 2021-01-22 | 上海交通大学 | 基于固—液界面稳恒控制的高温合金单晶叶片定向凝固方法 |
| CN113134581A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-20 | 鞍钢股份有限公司 | 一种锌液快速冷却方法及装置 |
| CN113909460B (zh) * | 2021-10-13 | 2022-12-06 | 西安建筑科技大学 | 一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置及方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4321640C2 (de) * | 1993-06-30 | 1998-08-06 | Siemens Ag | Verfahren zum gerichteten Erstarren einer Metallschmelze und Gießvorrichtung zu seiner Durchführung |
-
1996
- 1996-07-08 JP JP17790696A patent/JP3209099B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-07-08 US US08/889,439 patent/US6003587A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6003587A (en) | 1999-12-21 |
| JPH1024356A (ja) | 1998-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3919256B2 (ja) | 方向性凝固した鋳造物を製作する方法とこの方法を実施するための装置 | |
| JP3209099B2 (ja) | 鋳造装置、鋳造方法およびタービン翼 | |
| US4813470A (en) | Casting turbine components with integral airfoils | |
| JP2004017158A (ja) | 方向性凝固方法および装置 | |
| EP1531020B1 (en) | Method for casting a directionally solidified article | |
| JPH0126796B2 (ja) | ||
| JPS6358669B2 (ja) | ||
| US4307769A (en) | Method and an apparatus for manufacturing metallic composite material bars by unidirectional solidification | |
| US3678988A (en) | Incorporation of dispersoids in directionally solidified castings | |
| US3754592A (en) | Method for producing directionally solidified cast alloy articles | |
| US4202400A (en) | Directional solidification furnace | |
| US4609029A (en) | Method of reducing casting time | |
| KR20010040138A (ko) | 액체 금속 냉각식 방향성 응고 방법 및 그의 제품과,방향성 응고 용해로 | |
| US3939895A (en) | Method for casting directionally solidified articles | |
| US3598172A (en) | Process of casting with downward-unidirectional solidification | |
| US3669180A (en) | Production of fine grained ingots for the advanced superalloys | |
| CA1058377A (en) | Process for manufacturing a casting with a unidirectionally solidified metallic alloy | |
| US6837299B2 (en) | Heating to control solidification of cast structure | |
| EP0059550B1 (en) | Method of casting | |
| US3783032A (en) | Method for producing directionally solidified nickel base alloy | |
| US4372789A (en) | Directionally strengthened copper alloy parts for a gas turbine | |
| JP7157295B2 (ja) | 一方向凝固装置及び方法 | |
| JP2000326064A (ja) | 溶融金属の方向性凝固方法及びその装置 | |
| JP3606848B2 (ja) | 還元鋳造方法 | |
| JP2004243355A (ja) | 鋳造用鋳込装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010612 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080713 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080713 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090713 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |