JP6810694B2 - タービン動翼の製造方法 - Google Patents
タービン動翼の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6810694B2 JP6810694B2 JP2017540362A JP2017540362A JP6810694B2 JP 6810694 B2 JP6810694 B2 JP 6810694B2 JP 2017540362 A JP2017540362 A JP 2017540362A JP 2017540362 A JP2017540362 A JP 2017540362A JP 6810694 B2 JP6810694 B2 JP 6810694B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- temperature
- manufacturing
- processing step
- members
- 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.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 38
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 64
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 48
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 42
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 24
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 19
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 17
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 72
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 24
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 10
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
- B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
- B21J5/12—Forming profiles on internal or external surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/18—Dissimilar materials
- B23K2103/26—Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/10—Manufacture by removing material
- F05D2230/12—Manufacture by removing material by spark erosion methods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/10—Manufacture by removing material
- F05D2230/14—Micromachining
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
- F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
- F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
- F05D2230/239—Inertia or friction welding
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
- F05D2230/25—Manufacture essentially without removing material by forging
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/40—Heat treatment
- F05D2230/41—Hardening; Annealing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/24—Rotors for turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05D2240/307—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the tip of a rotor blade
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
- F05D2300/17—Alloys
- F05D2300/176—Heat-stable alloys
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/607—Monocrystallinity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/70—Treatment or modification of materials
- F05D2300/701—Heat treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Architecture (AREA)
- Forging (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
図1は、本発明に係るタービン動翼の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。本発明者らは、上記目的を達成することが可能なタービン動翼(以下、「Ni基鍛造翼」とも称する。)の製造方法について鋭意検討した。その結果、以下の製造工程によれば、翼内部に複雑な冷却構造を形成することが可能であることを見出した。すなわち、γ相4と非整合なγ´相5の量を増加させてNi基鍛造材の加工性を向上させた上で、タービン動翼を構成する少なくとも2つの部材(図1では、部材1および2)を形成する。そして、それぞれの部材に冷却流体6の冷却通路(冷却構造)となる冷却構造構成部を形成した後、それぞれの部材を接合する。上記製造方法によれば、1050℃以上において、10モル%以上40モル%以下のγ´相が含有された、高い高温強度を有するNi基鍛造合金であっても、加工割れを生じさせることなく、鍛造翼内部に複雑な冷却構造を形成可能である。本発明は、該知見によるものである。
図3はS1における温度プロフィルと材料組織を模式的に示す図である。図3に示すように、S1は、熱間鍛造工程と、冷却工程とを有する。まず始めに、熱間鍛造工程について説明する。熱間鍛造工程では、Ni基鍛造材をγ´相が消失する温度(γ´相の固溶温度Ts)以下であり、かつγ相の再結晶が迅速に進む温度以上の温度で熱間鍛造することで、γ相の粒界上にγ相とは非整合なγ´相を析出させる。なお、本発明において「γ相の粒界上」とは、「隣り合うγ結晶粒の境界」を意味するものとする。
次に、上記した軟化工程で軟化状態となったNi基軟化材について、加工を行う。図4は、図2のS21〜S23を説明するフロー図である。まず、第1の加工工程(S21)において、Ni基軟化材40a,40b(図4(a))について、動翼を構成する少なくとも2つの部材の形状(図4(b))に加工する。図4(b)においては、動翼を、動翼の天頂部(上端部)となる部材41と、動翼の翼部(天頂部以外の部分)を構成する部材42の2つに分け、それぞれの形状に加工する。このとき、図4(d)に示すように、後述する第3の加工工程(S23)においてそれぞれの部材の接合部となる接合予定部43を部材41および42に設けておく。第1の加工工程における加工は、特に限定は無いが、切削加工、熱間鍛造(型鍛造)またはその両方を用いて実施することができる。
上記第1の加工工程後に、それぞれの部材に冷却流路の前駆体となる冷却構造構成部44を形成する第2の加工工程(S22)を実施する。第2の加工工程における加工は、特に限定は無いが、ドリル加工、放電加工またはその両方を用いて所定の形状に成形することができる。この際生じたバリは、動翼のような回転体ではき裂の進展箇所になり得るため除去する。
上記第2の加工工程後にそれぞれの部材を接合する第3の加工工程を実施する。接合は、種々の接合方法を適用することができるが、摩擦攪拌接合によって行うことが好ましい。図4(d)に示すように、図4(c)で形成した接合予定部43を接合して接合部45を形成する。これによって、それぞれの部材の冷却構造構成部が組合さることで、所望の冷却構造(冷却流路)が形成される。
均一な鍛造組織を保って接合することができる。このため、接合部の強度を低下させることなく接合することが可能となる。
上記第3の加工工程後に、非整合γ´相を固溶させ整合γ´相を再析出させる溶体化時効処理を施すことで、高温強度を回復させることが可能となる。本発明において溶体化処理及び時効処理の条件については特に限定は無く、一般的に用いられている条件を適用することができる。溶体化・時効処理工程後に、700℃において整合γ´相が30モル%以上含んでいることが望ましい。整合γ´相の含有量が30モル%以上あれば、十分な高温強度を有するNi基鍛造翼を得ることができる。
表1に示す組成の素材を用いて、上述した軟化工程(S1)から、溶体化・時効処理工程(S3)までを実施して供試材(実施例1〜3および比較材1〜4)を作製した。各供試材を、表2に示す方法で評価した。評価は「○」、「△」、「×」で記述し、表3に評価基準を記す。各供試材の作製においては、表1に示す組成の合金を真空誘導加熱溶解法にて50kgずつ溶解し、均質化処理を施した後に、1050〜1250℃で熱間鍛造することで素材を得た。表4に各供試材の評価結果を示す。
素材の1050℃におけるγ´相量は熱力学計算に基づき算出した。実施例1〜3および比較材3〜4はいずれも1050℃において10モル%以上のγ´相が熱力学的に安定に存在する。比較材1はγ´相の固溶温度が1050℃以下であり存在しない。比較材2は、1050℃においてγ´相は存在するが10モル%以下である。ただし、比較材4は、1050℃におけるγ´相量が40モル%を超え、後述するS1後の評価において素材を鍛造し鍛造素材とする過程において大きな割れが発生したため評価終了とした。よって、1050℃以上におけるγ´相量は、40モル%より多いと素材の鍛造が困難となるため、40モル%以下が望ましい。
供試材ごとに鍛造温度(1050〜1250℃)まで昇温後、10℃/hで500℃まで徐冷した後水冷し、取出した。その後、供試材の端部から0.5〜1.0mm寸法の試験片を採取し、マイクロビッカース硬度計を用いて硬さ測定を実施した。
第1の加工工程では、まず950℃で型鍛造を実施して動翼の天頂部および翼部となる部材を作製した。鍛造中にプレスの荷重が不足し、供試材が変形しない、または鍛造後に供試材の内部または表面に割れ等の欠陥が生じた場合は加工不可と判断した。切削加工については、加工中に工具摩耗が著しいまたは欠損が生じる場合については加工不可とした。
第2の加工工程では、まず室温においてドリル加工によって供試材に冷却構造構成部を形成した。このとき、評価3と同様に加工中に工具摩耗が著しいまたは欠損が生じる場合については加工不可とした。放電加工については、供試材がすべて金属のため適用可能であった。
第3の加工工程では、天頂部と翼部を摩擦攪拌接合により接合した。ツールが供試材に押し込めない場合や施工中のツール摩耗および破損が著しい場合、また接合部において内部に欠陥や特異な有害相等が確認された場合は接合不可とした。
溶体化時効処理は各供試材の標準的な熱処理条件で実施し、その後組織観察と画像解析によって、整合γ´相の析出量を算出した。実施例1〜3はいずれも700℃において30モル%以上の整合γ´相が析出しており、十分な高温強度を有する動翼を提供することができた。比較材1は700℃におけるγ´相量が30モル%以下であった。
Claims (13)
- Ni基鍛造合金を用いたタービン動翼の製造方法において、
前記Ni基鍛造合金の母相のγ相と非整合なγ´相を増加させる軟化工程と、
前記軟化工程後のNi基鍛造合金を用いて動翼を構成する少なくとも2つの部材を形成する第1の加工工程と、
前記部材のそれぞれに冷却構造構成部を形成する第2の加工工程と、
前記部材を接合する第3の加工工程と、を有し、
前記軟化工程は、1050℃以上1250℃未満の温度で熱間鍛造して前記非整合なγ´相を析出させる熱間鍛造工程と、
前記熱間鍛造の温度から室温まで冷却する工程と、
前記熱間鍛造の温度以上の温度に昇温し、前記熱間鍛造の温度以上の温度から50℃/h以下の冷却速度で徐冷して前記非整合なγ´相を増加させる冷却工程と、を有することを特徴とするタービン動翼の製造方法。 - 前記第3の加工工程において、摩擦撹拌接合によって前記部材を接合することを特徴とする請求項1記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記軟化工程における前記冷却速度が10℃/h以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記第1の加工工程において、前記部材のうちの少なくとも1つを切削加工によって形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記第1の加工工程において、前記部材のうちの少なくとも1つを熱間鍛造によって形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記第2の加工工程において、前記部材のうちの少なくとも1つにドリル加工によって前記冷却構造構成部を形成することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記第2の加工工程において、前記部材のうちの少なくとも1つに放電加工によって前記冷却構造構成部を形成することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- さらに、前記第3の加工工程後に溶体化・時効処理工程を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記Ni基鍛造合金が、γ´相を1050℃以上で10モル%以上40モル%以下含むことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記溶体化・時効処理工程後のNi基鍛造合金が、母相と整合なγ´相を700℃以下で30モル%以上含むことを特徴とする請求項8記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記第3の加工工程において接合された前記部材の接合部が鍛造組織を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記部材は、前記タービン動翼の翼部および天頂部を構成する部材であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
- 前記冷却構造構成部が、前記第3の加工工程において前記部材が接合されることによってタービン動翼の冷却構造をなすことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載のタービン動翼の製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2015/076024 WO2017046851A1 (ja) | 2015-09-14 | 2015-09-14 | タービン動翼の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017046851A1 JPWO2017046851A1 (ja) | 2018-03-08 |
JP6810694B2 true JP6810694B2 (ja) | 2021-01-06 |
Family
ID=58288241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017540362A Active JP6810694B2 (ja) | 2015-09-14 | 2015-09-14 | タービン動翼の製造方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20180209026A1 (ja) |
EP (1) | EP3351651B1 (ja) |
JP (1) | JP6810694B2 (ja) |
KR (2) | KR102215266B1 (ja) |
CN (1) | CN107849672B (ja) |
RU (1) | RU2689307C9 (ja) |
WO (1) | WO2017046851A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019208666A1 (de) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | MTU Aero Engines AG | Rotoren für hochdruckverdichter und niederdruckturbine eines getriebefantriebwerks sowie verfahren zu ihrer herstellung |
CN110328450B (zh) * | 2019-07-18 | 2021-12-28 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 一种耐高温合金工件的表面处理方法 |
US11098395B2 (en) | 2019-12-18 | 2021-08-24 | General Electric Company | Nickel-based superalloy with microstructure including rafting-resistant gamma prime phase and article prepared therefrom |
JP7509330B1 (ja) | 2022-09-02 | 2024-07-02 | 株式会社プロテリアル | Ni基合金の製造方法 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5530949A (en) | 1978-08-25 | 1980-03-05 | Yoshikazu Kobayashi | Apparatus for producing saw powder |
GB2271816B (en) * | 1992-10-23 | 1995-07-05 | Rolls Royce Plc | Linear friction welding of blades |
JPH11114662A (ja) * | 1997-10-09 | 1999-04-27 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 鋳造材の接合方法及びタービンブレード製造方法 |
US20020005233A1 (en) * | 1998-12-23 | 2002-01-17 | John J. Schirra | Die cast nickel base superalloy articles |
JP2003166404A (ja) * | 2001-11-30 | 2003-06-13 | Suwa Netsukogyo Kk | タービンブレードの製造方法および補修方法 |
JP2005288499A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 摩擦撹拌による接合方法及び改質方法 |
US7189064B2 (en) * | 2004-05-14 | 2007-03-13 | General Electric Company | Friction stir welded hollow airfoils and method therefor |
CN1587649A (zh) * | 2004-07-28 | 2005-03-02 | 斯奈克玛马达公司 | 用于涡轮发动机的中空叶片的制造方法 |
JPWO2008072303A1 (ja) * | 2006-12-11 | 2010-03-25 | 株式会社日立製作所 | 摩擦圧接方法、遠心式ガスタービンの製造方法及びターボチャージャーの製造方法 |
JP4417977B2 (ja) * | 2007-04-25 | 2010-02-17 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン翼およびその製造方法 |
US20090060714A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | General Electric Company | Multi-part cast turbine engine component having an internal cooling channel and method of forming a multi-part cast turbine engine component |
JP2010150586A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Toshiba Corp | 高温強度特性、鍛造性および溶接性に優れた、蒸気タービンの鍛造部品用のNi基合金、蒸気タービンの動翼、蒸気タービンの静翼、蒸気タービン用螺合部材、および蒸気タービン用配管 |
JP2010235985A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Toshiba Corp | 高温強度特性、鍛造性および溶接性に優れた、蒸気タービンの鍛造部品用Ni基合金、並びに蒸気タービン用部材 |
US9133345B2 (en) * | 2010-03-23 | 2015-09-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Metallic bondcoat or alloy with a high gamma/gamma' transition temperature and a component |
JP2013167205A (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Hitachi Ltd | ガスタービン翼、その放電加工用工具及び加工方法 |
JP5652730B1 (ja) * | 2013-03-28 | 2015-01-14 | 日立金属株式会社 | Ni基超耐熱合金及びその製造方法 |
JP6338828B2 (ja) * | 2013-06-10 | 2018-06-06 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Ni基鍛造合金並びにこれを用いたタービンディスク、タービンスペーサ及びガスタービン |
EP3683323A1 (en) * | 2013-07-17 | 2020-07-22 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Method for producing a ni-based alloy product |
JP5869624B2 (ja) * | 2014-06-18 | 2016-02-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Ni基合金軟化材及びNi基合金部材の製造方法 |
-
2015
- 2015-09-14 KR KR1020207009066A patent/KR102215266B1/ko active IP Right Grant
- 2015-09-14 WO PCT/JP2015/076024 patent/WO2017046851A1/ja active Application Filing
- 2015-09-14 CN CN201580081940.0A patent/CN107849672B/zh active Active
- 2015-09-14 EP EP15904040.1A patent/EP3351651B1/en active Active
- 2015-09-14 JP JP2017540362A patent/JP6810694B2/ja active Active
- 2015-09-14 US US15/743,767 patent/US20180209026A1/en not_active Abandoned
- 2015-09-14 KR KR1020187002602A patent/KR20180021166A/ko active Application Filing
- 2015-09-14 RU RU2018103448A patent/RU2689307C9/ru active
-
2020
- 2020-05-14 US US15/931,993 patent/US20200277692A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3351651A4 (en) | 2019-05-01 |
RU2689307C1 (ru) | 2019-05-27 |
RU2689307C9 (ru) | 2019-10-17 |
CN107849672A (zh) | 2018-03-27 |
CN107849672B (zh) | 2021-03-02 |
JPWO2017046851A1 (ja) | 2018-03-08 |
EP3351651B1 (en) | 2022-01-05 |
US20180209026A1 (en) | 2018-07-26 |
EP3351651A1 (en) | 2018-07-25 |
KR20200036061A (ko) | 2020-04-06 |
KR20180021166A (ko) | 2018-02-28 |
WO2017046851A1 (ja) | 2017-03-23 |
US20200277692A1 (en) | 2020-09-03 |
KR102215266B1 (ko) | 2021-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4546318B2 (ja) | Ni基合金部材とその製造法及びタービンエンジン部品並びに溶接材料とその製造法 | |
CN109385589B (zh) | Ni基合金部件的制备方法 | |
JP5869624B2 (ja) | Ni基合金軟化材及びNi基合金部材の製造方法 | |
US20200277692A1 (en) | Turbine rotor blade and member of turbine rotor blade | |
JPWO2019004176A1 (ja) | Ni基超耐熱合金ワイヤの製造方法およびNi基超耐熱合金ワイヤ | |
CN107427896B (zh) | Ni基超耐热合金的制造方法 | |
WO2015008343A1 (ja) | Ni基合金製品とその製造方法、およびNi基合金部材とその製造方法 | |
JP2019007087A (ja) | 高弾性率シャフトおよびその製造方法 | |
EP3815816B1 (en) | High gamma prime nickel based superalloy, its use, turbine components and method of manufacturing thereof | |
JP2009132964A (ja) | Ni基合金 | |
JP2010275597A (ja) | 蒸気タービンのタービンロータ用ニッケル基合金及び蒸気タービンのタービンロータ | |
JP2018188738A (ja) | Ni基合金軟化材の製造方法およびNi基合金部材の製造方法 | |
RU2571673C1 (ru) | Способ изготовления ротора турбины из никелевого жаропрочного сплава | |
US20130209262A1 (en) | Method of manufacturing an airfoil | |
JP2009013450A (ja) | Ni基合金 | |
JP6382860B2 (ja) | Ni基合金軟化材、これを用いたNi基合金部材、ボイラーチューブ、燃焼器ライナー、ガスタービン動翼、ガスタービンディスク及びNi基合金構造物の製造方法。 | |
JP7076948B2 (ja) | 物品、構成要素、および構成要素を作製する方法 | |
EP2716405A2 (en) | An extruded rotor, a steam turbine having an extruded rotor and a method for producing an extruded rotor | |
JP2010084167A (ja) | Ni基合金及び、Ni基合金を用いた上記タービン用高温部材 | |
JP3217401B2 (ja) | ベーンラグの補修方法 | |
KR101220023B1 (ko) | 고온가압처리를 이용한 단결정 초내열합금의 접합 방법 | |
WO2018042733A1 (ja) | Mo-Si-B系合金、Mo-Si-B系合金の製造方法および摩擦撹拌接合用ツール | |
JP5422583B2 (ja) | インペラの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171024 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181009 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190312 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20190611 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20200310 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20200609 |
|
C13 | Notice of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13 Effective date: 20200721 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200916 |
|
C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20201104 |
|
C03 | Trial/appeal decision taken |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03 Effective date: 20201208 |
|
C30A | Notification sent |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012 Effective date: 20201208 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201211 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6810694 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |