JPS6345308A - 異種合金の超塑性鍛造によるタ−ビンの耐熱強度部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は航空機、発電機用ガスタービンのディスク、ホ
イール等の耐熱強度部材の製造方法に係り、特に超塑性
鍛造をとり入れることにより特性の異なる２種類以上の
異種合金接合界面の信頼性を向上せしめた上記製造方法
に関するものである。

（従来の技術） ガスタービンの熱効率の向上、出力の向上化によって燃
焼温度が高くなると共に回転数の増大の要求が高まって
いる。そして、この要求に応するためには材料の耐熱強
度と疲労特性の向上が是非とも必要となる。

ところで、ガスタービンやホイールの場合にはそれらの
中心部と外縁部で要求される特性が異なってくる。即ち
中心部程、高速回転にょ不達心力が高くなり、それに耐
え得る引張強度と疲労強度が必要とされる。しかし、温
度は逆に中心から遠ざかるに従って高くなり、外縁部で
は引張強度や疲労強度よりもクリープ強度が要求される
。これを材料のミクロ組織の点からみると、中心に近い
ほど微細組織が、逆に中心から遠ざかるに従って粗大結
晶粒組織が必要となる。

このように同一のディスク、ホイールのなかでも位置に
よって要求される特性が異なるのでガスタービンのディ
スク、ホイールの性能を最大限に高めるためこれまでに
種々の方法が提案されて来た。その代表的な方法を挙げ
れば次の如（である。

（１）一方向再結晶熱処理による外周部分のクリープ性
の向上として熱間静水圧加圧（以下、ＨＩＰと略記する
。）によって固化した粉末製ディスクについて外周部か
ら中心部への温度分布を制御し、外周から中心に向かっ
て一方向に再結晶粗大化させて外周部近傍のクリープ強
度を高める。

（２）中心部分のみに鍛造を加える方法で、前記（１１
とは逆に中心部分の引張特性、疲労特性を向上させるた
めに粉末ＨＩＰ材の中心部分のみに加工を加え、再結晶
微細化する方法。

（３）翼部の鋳造リングと、ＨＩＰディスクを拡散接合
しタービンホイールを製造する方法で、リム部から翼を
含んだリングを鋳造で製作し、結晶粒の大きな組織とし
てクリープ特性をもたせる一方、中心部ディスクを）Ｉ
　Ｉ　Ｐで製作して引張強度の高い微細組織とし、最後
にこれらをＨＩＰで拡散接合する方法。

（４）異種粉末同志を同時にＨＩＰする方法で、夫々の
部分に所定の特性が得られるように特性の異なった２種
類の粉末を配し、これを同時にＨＩＰ処理する方法。

（５）ＨＩＰ固化固定材種粉末をＨＩＰにより拡散接合
する方法で予めＨＩＰしたりリム部に異種粉末をＨＩＰ
で拡散接合させてハブ部を製造する。

このとき、ハブ部製造時のＨＩＰ温度はリム部の場合よ
りも一般的に低くする。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記の如き各方法には夫々次のような問題
がある。

即ち、上記各方法のうち、（３）〜（５）のＨＩＰによ
る拡散接合を利用する方法は前述の（１１，（２）の各
方法に比較して製造コストが低度で有利であるが、（３
）と（５）の方法については拡散接合面の信頼性に十分
満足すべきものが得られず、なかでもＨＩＰ固化固定材
種粉末を拡散接合する（５）の方法においては未だに満
足な継手は得られていない。一方、異種粉末を同時にＨ
ＩＰする（４）の方法は異種粉末同志の混入があり、境
界部を制御することが困難で信頼性に欠けるということ
である。

従って結局、何れも満足な方法には至っていない。

本発明は叙上の如き実状に対処し、特に上記（５）の方
法において、接合境界面の信頼性を確保することを課題
とし、接合後、超塑性鍛造を行なうことによりその解決
をはかることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合する本発明の特徴とするところは
、特性の異なる２種類以上の耐熱合金の接合されたター
ビンのディスク、ホイール等の耐熱強度部材の製造にお
いて、特性の異なる前記２種類以上の耐熱合金のうちの
１つの合金粉末をＨＩＰあるいは押出しにより固化し、
次いでそれと種類の異なる他の合金粉末を前記固化合金
材に接合固化し、しかる後、これに超塑性鍛造を行なっ
て接合界面の信頼性を高める一連の工程からなる方法に
ある。

これを更により具体的に説明すると、次の各場合が含ま
れる。

（イ）特性の異なる２種類以上の耐熱合金粉末を２回以
上、ＨＩＰ処理して接合固化し、これを超塑性鍛造する
ことにより異種合金接合界面の信頼性を確保する。

この場合、ＨＩＰ条件は、固化ならびに接合固化が十分
に行なえ空隙が完全に消滅しかつ爾後の超塑性鍛造を容
易にするための微細結晶粒組織が得られる条件であり、
１０００℃以上で、かつ再結晶温度以下の温度が少なく
とも必要である。

（Ｅｌ）特性の異なる２種類以上の耐熱合金を押出しに
よって接合し、それを超塑性鍛造することにより接合界
面の信頼性を確保する。

この場合、押出しは第１図（イ）、（Ｕ）に示すように
すでに固化した材料（１１と、それと種類の異なる他の
合金粉末（２）を固化材料（１）を中心部に配置し第１
図（イ）参照）、あるいは外周部に配置（第１図（ロ）
参照）してこれらを同一カプセル（３）内にノーズ、後
部ダミー（４）などと共に挿入して行なう。

なお、この場合の押出し条件は前記（イ）において述べ
たと同じ理由から温度は再結晶温度以下２５０℃まで、
また押出比は１０以上が必要である。

（ハ）上記（イ）で得たＨＩＰ固化材を次に押出しによ
って接合し、さらに超塑性鍛造を行なって接合界面の信
頬性を向上する。

このときの押出し条件は温度が再結晶温度以下２５０℃
まで、また押出比１．０以上である。

なお、上述の本発明方法における超塑性鍛造とは、温度
と歪速度を制御し、材料の超塑性を利用して行なう鍛造
を指称する。従って耐熱合金粉末の選択にあたっては超
塑性鍛造が容易であることが肝要である。これは既に超
塑性鍛造において既知であるが、一般に微細結晶粒が必
要となる。又、上記温度、歪速度は各合金により若干異
なるがＮｉを３０％含むＮｉ基超超合金は概ねその温度
は１０００〜１１５０℃、歪速度はＩ　Ｘ　１０−”／
Ｓ以下となる。

以下、更に本発明方法の具体的実施例を示す。

（実施例） 先ず、下記第１表に示す化学組成をもつ２種類の合金粉
末を材料として選択した。

第　　　１　　　表 そして、上記合金材料を次に第２図に示す製造工程に従
って合金ｌａφの固化（工程ａ）１合金１０［有］と合
金２Ｑυの接合（工程ｂ）、鍛造（工程Ｃ）の各工程に
付した。即ち合金１０〔の固化はＨＩＰ条件１０５０”
ｃ　ｘ　１８００ｋｇ／　ｃｄ　ｘ　２ｈでＨＩＰ処理
し、次にこのＨＩＰ処理により固化した合金ＩＨＩＰ材
（１０１を中心部に配置し、周囲に合金２αυの粉末を
充填しＨＩＰ処理（条件；　１０７５℃Ｘ　１８００　
ｋｇ　／　ｃｒＡ　Ｘ　２ｈ）により接合した。

そして得られた接合固化材（２）を引続き次工程Ｃの鍛
造工程において鍛造条件；温度１０８０℃、歪速度２　
Ｘ　１０−’／Ｓ、圧下率５０％で超塑性鍛造を行ない
拡散接合した。

か（してこの接合された部材についてその後、１１８５
℃ｘ２ｈ／ＡＣ＋　１０８０℃Ｘ４ｈ／ＡＣ＋　８４３
℃×１６ｈ／ＡＣ＋　７６０℃Ｘ　２４ｈ／ＡＣの条件
で熱処理を行ない、熱処理の前後の接合部の金属ミクロ
組織を観察すると共に、熱処理後の部材につき６５０℃
の温度下で高温引張試験及び７６０℃Ｘ６０．５ｋｇ／
ｍ”の条件でストレスラブチャー試験を実施した。

それらの結果を以下に示す。

添付図面第３図は前記ミクロ組織で（イ）は鍛造後、熱
処理前、（０）は熱処理後である。数回より（イ）図で
は全く接合境界は判別出来ないが（Ｅｌ）図では熱処理
により境界部が明瞭となっている。これは熱処理性質が
２種の合金で異なるためで結晶粒の大きさも異なってい
る。又、ミクロポロシティ−、クラフタなどの欠陥はな
く非常に健全な組織を示している。

また、引張試験、ストレスラブチャー試験の結果を併せ
て第２表に示す。

第　　　２　　　表 何れのテストにおいても接合部での破断はなく接合部が
全く問題のないことが分る。

しかも強度特性に関しても申し分なかった。

即ち、上記結果より引張試験では微細組織の得られてい
る合金１の方が強く、一方ストレスラブチャー試験では
結晶粒の大きい合金２の方が強い結果となった。

以上の諸結果より異種合金を接合することにより位置に
よって特性の異なる高性能なディスク、ホイ−ル等の製
造を容易かつ可能とする方法を見出すことが出来た。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば異種合金を接合後、超塑性
鍛造を行なうことにより該異種合金接合材の接合界面の
信頼性を増大することができ、夫々の位置によって要求
される特性が異なる、例えばタービンのディスク、ホイ
ール等の耐熱強度部材の性能を高め単一合金では実現で
きない高性能部材の製造を可能ならしめる顕著な効果を
有し、近時、益々性能高度化が高まりつつあるガスター
ビンの前記耐熱強度部材の製造における製造コストの低
減、拡散接合面の信頼性の向上による性能の改善に大な
る実効が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図（（）　、　（［＋）は本発明方法における押出
し時の押出しビレットの各Ｂ＋ａを示す断面図、第２図
は本発明における製造工程の概要図、第３図（イ）、　
（＋１）は本発明方法により得られた異種合金鍛造材の
金属組織を示す顕微鏡写真（ｘ４００）で（イ）は熱処
理前（ロ）は熱処理後を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、特性の異なる２種類以上の耐熱合金の接合されたタ
   ービンのディスク、ホイール等の耐熱強度部材の製造に
   おいて、特性の異なる前記２種類以上の耐熱合金のうち
   の１種の合金粉末を熱間静水圧加圧あるいは押出しによ
   り固化し次いでそれと種類の異なる他の合金粉末を前記
   固化合金材に熱間静水圧加圧あるいは押出しにより接合
   固化し、しかる後、超塑性鍛造を行ない接合界面の信頼
   性を確保することを特徴とする異種合金の超塑性鍛造に
   よるタービンの耐熱強度部材の製造方法。 ２、超塑性鍛造が温度１０００〜１１５０℃、歪速度１
   ×１０＾−＾２／Ｓ以下で行なわれる特許請求の範囲第
   １項記載の異種合金の超塑性鍛造によるタービンの耐熱
   強度部材の製造方法。