JPH05285587A - 回転体ディスクの製造方法及び該方法に用いる回転体ディスク製造金型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転体ディスクのボス部に耐高張力特性及び
耐高疲労強度特性を、また、ハブ部に耐高クリープ強度
特性を具備させる。 【構成】 鋳造によって形成したハブ部５の内側に超塑
性鍛造用ビレット７を配置し、該超塑性鍛造用ビレット
７を加熱して下金型１０と上金型１７によって徐々に強
圧下して超塑性鍛造用ビレット７の外周面が前記ハブ部
５の内周面に接触するように成形したうえ下金型１０、
上金型１７による圧下力を徐々に減少させて前記ハブ部
５と超塑性鍛造用ビレット７を接合させた後、該超塑性
鍛造用ビレット７を機械加工してボス部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転体ディスクの製造方
法及び該方法に用いる回転体ディスク製造金型装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は航空用ガスタービンエンジンのタ
ービンディスクの一例を示し、１はボス部、２は外周面
に複数のブレード４を設けた環状のハブ部、３は前記ボ
ス部１とハブ部２とを連結する円盤状のディスク部であ
る。

【０００３】従来、上記構成を有するタービンディスク
は、ボス部１、ハブ部２、ディスク部３を鋳造あるいは
超塑性鍛造（粉末冶金材料をゆっくりした速度で圧下成
形する）により一体的に形成している。

【０００４】近年、燃焼ガスの温度を上昇させてタービ
ンディスクを更に高回転数で駆動し、航空用ガスタービ
ンエンジンの高出力化を図ることが考えられているが、
そのためには、ボス部１が低サイクル疲労に耐え得られ
且つハブ部２が高温条件化での引張力に耐え得られるよ
うにしなければならない。

【０００５】すなわち、タービンディスクのボス部１に
耐高引張強度特性及び耐高疲労強度特性を、また、ハブ
部２に耐高クリープ強度特性を具備させる必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳造に
より形成されたタービンディスクは、金属組織が比較的
大きく耐高クリープ強度特性に優れているものの、耐高
引張強度特性及び耐高疲労強度特性が乏しく、一方、超
塑性鍛造により形成されたタービンディスクは、金属組
織が比較的小さく耐高引張強度特性及び耐高疲労強度特
性に優れているものの、耐高クリープ強度特性が乏し
く、いずれも航空用ガスタービンエンジンの高出力化に
要求される特性を満足していない。

【０００７】本発明は上述した実情に鑑みなしたもの
で、回転体ディスクのボス部に耐高張力特性及び耐高疲
労強度特性を具備させ且つハブ部に耐高クリープ強度特
性を具備させるようにすることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に記載した回転体ディスクの製造
方法においては、鋳造によって形成した環状のハブ部の
内側に超塑性鍛造用ビレットを配置し、該超塑性鍛造用
ビレットを加熱し、徐々に強圧下してその外周面が前記
ハブ部の内周面に接触するように成形したうえ圧下力を
徐々に減少させて前記ハブ部と超塑性鍛造用ビレットを
接合させた後、該超塑性鍛造用ビレットを機械加工して
ボス部を形成する。

【０００９】また、本発明の請求項２に記載した本発明
の請求項１に記載の回転体ディスクの製造方法に用いる
回転体ディスク製造金型装置は、内径及び外径が製造す
べき回転体ディスクのハブ部と略等しい環状の上下ダミ
ーリングと、平面形状が前記ハブ部の内径よりも大きい
嵌合部を上面に備え且つ該嵌合部の上面に外径が前記ハ
ブ部の内径に略等しい円形の平面形状を有する突出部を
設けた下金型と、外径が前記ハブ部の内径に略等しい円
形の平面形状を有する突出部を下面に設けた上金型と、
前記嵌合部に外嵌し得る下環状部及び前記下ダミーリン
グとハブ部が嵌合可能なダミーリング座を有する上環状
部とを備えた略環状の下バックアップリングと、前記ハ
ブ部及び上ダミーリングに外嵌可能な内径を有する略環
状の上バックアップリングとを備えた構成を有してい
る。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１に記載した回転体ディスクの
製造方法では、超塑性鍛造用ビレットを、鋳造によって
形成した環状のハブ部の内側に配置し、前記超塑性鍛造
用ビレットの外周面が前記ハブ部の内周面に接触するよ
うに超塑性鍛造用ビレットを加熱し、強圧下して成形し
たうえ圧下力を徐々に減少させて前記ハブ部と超塑性鍛
造用ビレットを接合させた後、機械加工により超塑性鍛
造用ビレットにボス部を形成するので、回転体ディスク
のボス部に耐高張力特性及び耐高疲労強度特性を具備さ
せ且つハブ部に耐高クリープ強度特性を具備させること
ができる。

【００１１】本発明の請求項２に記載した本発明の請求
項１に記載の回転体ディスクの製造方法に用いる回転体
ディスク製造金型装置では、下バックアップリング及び
上バックアップリングがハブ部に外嵌するので、超塑性
鍛造用ビレットを圧下成形する際にハブ部に中心から径
方向外方へ向う力が作用しても、ハブ部が変形すること
がない。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

【００１３】図１から図３は本発明の一実施例を示し、
５は鋳造によって形成されたニッケル系金属よりなる環
状のハブ部、６はハブ部５の外周面に設けられた複数の
ブレード、７は外径が前記ハブ部５の内径よりも小さい
超塑性鍛造用ビレット（粉末冶金材料）であり、該超塑
性鍛造用ビレット７は、ニッケル系粉末金属（例えばＡ
Ｆ１１５）を固化したものである。

【００１４】８は内径及び外径が前記ハブ部５と略等し
い環状の上ダミーリング、９は上ダミーリング８と略同
形状の下ダミーリングである。

【００１５】１０は平面形状が前記ハブ部５内径よりも
大きい嵌合部１２を上面に備え且つ該嵌合部１２の上面
に外径が前記ハブ部５の内径に略等しい円形の平面形状
を有する突出部１１を設けた下金型、１３は前記嵌合部
１２に外嵌し得る下環状部２１及び前記下ダミーリング
９とハブ部５が嵌合可能なダミーリング座１４を有する
上環状部２２とを備えた略環状の下バックアップリング
である。

【００１６】１５は前記ハブ部５及び上ダミーリング８
に外嵌可能な内径を有し且つ前記下バックアップリング
１３の上面に当接可能な複数の支持脚１６を有する略環
状の上バックアップリング、１７は外径が前記ハブ部５
の内径に略等しい円形の平面形状を有する突出部１８を
下面に設けた上金型である。

【００１７】以下、タービンディスクを製造する手順を
説明する。

【００１８】下金型１０の嵌合部１２に下バックアップ
リング１３の下環状部２１を外嵌し、該下バックアップ
リング１３の上環状部２２のダミーリング座１４に下ダ
ミーリング９を嵌合し、該下ダミーリング９の上面にハ
ブ部５を載置する。

【００１９】ハブ部５の上面に上ダミーリング８を載置
し、該上ダミーリング８に上バックアップリング１５を
外嵌するとともに、支持脚１６を下バックアップリング
１３の上面に当接させ、前記下金型１０の突出部１１上
に超塑性鍛造用ビレット７を載置した後、上金型１７の
突出部１８により前記ビレット７を所定の温度（約１１
００℃）および圧下力で徐々に強圧下（約１５ｋｇｆ／
ｍｍ²）すると、超塑性鍛造用ビレット７は塑性変形し
てその外周面が前記ハブ部５および上ダミーリング８と
下ダミーリング９の内周面に接触するように成形され
る。

【００２０】なお、突出部１１と突出部１８とのビレッ
ト７に接触する面には拡散接合抑止剤（ボロンナイトラ
イド等）を塗布する。

【００２１】超塑性鍛造用ビレット７が上記形状に成形
されたならば、上金型１７によって超塑性鍛造用ビレッ
ト７に加えられている圧下力を徐々に減少させる。

【００２２】このとき、超塑性鍛造用ビレット７の外周
面とハブ部５および上ダミーリング８と下ダミーリング
９の内周面に拡散接合が生じ、超塑性鍛造用ビレット７
とハブ部５、上ダミーリング８、下ダミーリング９が強
固に固着される。

【００２３】また、前記下バックアップリング１３及び
上バックアップリング１５はハブ部５に外嵌しているの
で、超塑性鍛造用ビレット７を圧下成形する際にハブ部
５に中心から径方向外方へ向う力が作用しても、ハブ部
５が変形することがない。

【００２４】超塑性鍛造用ビレット７とハブ部５とが接
合されたならば、接合された超塑性鍛造用ビレット７に
対して機械加工を行い、また超塑性鍛造用ビレット７と
接合した上ダミーリング８と下ダミーリング９を機械加
工で削り取り、図４に示す従来のタービンディスクと略
同形状のボス部１９、ディスク部２０を形成する。

【００２５】上述した手順により製造したタービンディ
スクは、ボス部１９がニッケル系粉末金属の超塑性鍛造
により形成され、また、ハブ部５がニッケル系金属の鋳
造により形成されているので、ボス部１９に耐高張力特
性及び耐高疲労強度特性を具備させ且つハブ部５に耐高
クリープ強度特性を具備させることができる。

【００２６】よって、このタービンディスクを用いた航
空用ガスタービンエンジンでは、燃焼ガスの温度を従来
のものよりも上昇させてタービンディスクの回転数を増
加させ、航空用ガスタービンエンジンの高出力化を図る
ことが可能になる。

【００２７】上述した実施例では、ハブ部５に対して超
塑性鍛造用ビレット７を拡散接合のみにより接合してい
るが、超塑性鍛造用ビレット７の圧下に先立って該超塑
性鍛造用ビレット７の表面にろう材を塗布しておき、前
述した手順により超塑性鍛造用ビレット７をハブ部５に
固着したうえ、ハブ部５及び超塑性鍛造用ビレット７の
接合部を加熱し、拡散接合とろう付けを併用してハブ部
５と超塑性鍛造用ビレット７をより強固に固着するよう
にしてもよい。

【００２８】なお、本発明の回転体ディスクの製造方法
及び該方法に用いる回転体ディスク製造金型装置は、上
述した実施例にのみ限定されるものではなく、回転体デ
ィスク製造金型装置の上バックアップリングを上ダミー
リングによって支持するように構成すること、その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加
え得ることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明の回転体ディス
クの製造方法及び該方法に用いる回転体ディスク製造金
型装置によれば、下記のような種々の優れた効果を奏し
得る。

【００３０】（１）本発明の請求項１に記載した回転体
ディスクの製造方法では、鋳造により形成されたハブ部
に、強圧下した超塑性鍛造用ビレットを拡散接合によっ
て固着するので、ボス部に耐高張力特性及び耐高疲労強
度特性を具備させ且つハブ部に耐高クリープ強度特性を
具備させることができ、よって、航空用ガスタービンエ
ンジンの高出力化を図ることが可能になる。

【００３１】（２）本発明の請求項２に記載した本発明
の請求項１に記載の回転体ディスクの製造方法に用いる
回転体ディスク製造金型装置は、下バックアップリング
及び上バックアップリングがハブ部に外嵌するので、超
塑性鍛造用ビレットを圧下成形する際にハブ部に中心か
ら径方向外方へ向う力が作用しても、ハブ部が変形する
ことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転体ディスクの製造方法の一例によ
るタービンディスクの製造工程を表わす断面図である。

【図２】本発明の回転体ディスクの製造方法の一例によ
るタービンディスクの製造工程を表わす断面図である。

【図３】本発明の回転体ディスクの製造方法の一例によ
り製造したタービンディスクの断面図である。

【図４】従来のタービンディスクの一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

５ ハブ部 ７ 超塑性鍛造用ビレット ８ 上ダミーリング ９ 下ダミーリング １０ 下金型 １１，１８ 突出部 １２ 嵌合部 １３ 下バックアップリング １４ ダミーリング座 １５ 上バックアップリング １７ 上金型 １９ ボス部 ２１ 下環状部 ２２ 上環状部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳造によって形成した環状のハブ部の内
   側に超塑性鍛造用ビレットを配置し、該超塑性鍛造用ビ
   レットを加熱し、徐々に強圧下してその外周面が前記ハ
   ブ部の内周面に接触するように成形したうえ圧下力を徐
   々に減少させて前記ハブ部と超塑性鍛造用ビレットを接
   合させた後、該超塑性鍛造用ビレットを機械加工してボ
   ス部を形成することを特徴とする回転体ディスクの製造
   方法。
2. 【請求項２】 内径及び外径が製造すべき回転体ディス
   クのハブ部と略等しい環状の上下ダミーリングと、平面
   形状が前記ハブ部の内径よりも大きい嵌合部を上面に備
   え且つ該嵌合部の上面に外径が前記ハブ部の内径に略等
   しい円形の平面形状を有する突出部を設けた下金型と、
   外径が前記ハブ部の内径に略等しい円形の平面形状を有
   する突出部を下面に設けた上金型と、前記嵌合部に外嵌
   し得る下環状部及び前記下ダミーリングとハブ部が嵌合
   可能なダミーリング座を有する上環状部とを備えた略環
   状の下バックアップリングと、前記ハブ部及び上ダミー
   リングに外嵌可能な内径を有する略環状の上バックアッ
   プリングとを備えてなることを特徴とする請求項１に記
   載の回転体ディスクの製造方法に用いる回転体ディスク
   製造金型装置。