CN104870120A

CN104870120A - 涡轮叶片用预成型体和涡轮叶片的制造方法

Info

Publication number: CN104870120A
Application number: CN201480003415.2A
Authority: CN
Inventors: 青山佳祐; 光永尚史; 松本英树
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2015-08-26
Also published as: JPWO2015050013A1; WO2015050013A1; JP6206739B2

Abstract

本发明提供一种即使使用大型的热锻机、也容易进行模具的定位的涡轮叶片用预成型体(1)和涡轮叶片的制造方法。该涡轮叶片用预成型体(1)经过热锻而成为具有叶片部和根部的涡轮叶片用坯料，所述涡轮叶片用预成型体(1)具有通过锻造而将成为叶片部的部分和成为根部的部分一体成型而成的主体部(2)，并在所述主体部的轴向的两端部分别具有沿轴向突出的突起部(3)。

Description

涡轮叶片用预成型体和涡轮叶片的制造方法

技术领域

本发明涉及一种在利用热锻制造涡轮叶片用坯料时所使用的涡轮叶片用预成型体和涡轮叶片的制造方法。

背景技术

近年来，由于要求蒸汽涡轮机的高效化，因此，蒸汽涡轮机所使用的涡轮叶片的长度也不断长尺寸化。在制造超过大约1500mm的长尺寸的涡轮叶片用坯料的情况下，主流的方法是将原材料夹入上模和下模之间，并利用大型的锻造压力机将原材料成型为涡轮叶片用坯料。

作为制造该大型涡轮叶片的方法，在例如像日本特开昭63-241118号公报(专利文献1)所公开的那样的通过锻造来制造扭成立体形状的复杂的大型涡轮叶片的方法中，存在以下大型涡轮叶片的制造方法的发明，即，从叶片根到叶片顶端维持着水平状态地进行模锻，在该模锻完成后对涡轮叶片实施所需的扭曲加工，并在该状态下进行了强制约束矫正后，在该约束状态下进行热处理。

另外，作为着眼于涡轮叶片用预成型体的发明，例如存在像日本特公平3-136号公报(专利文献2)所公开的那样的涡轮叶片用预成型体的成型方法的发明，即，使用单一形状的原材料，叶片部利用拉模成型，另一方面，叶片根部通过在密闭模具内沿前后方挤压而成型，并且，进一步对叶片部进行镦锻(日文：据え込み)而成型。

专利文献1：(日本)特开昭63-241118号公报

专利文献2：(日本)特公平3-136号公报

发明内容

发明要解决的问题

对于上述的专利文献1所记载的方法而言，需要扭曲加工这样所谓的特殊加工，但由于加工工时增加，所以并不经济。如果想要通过热锻高效地获得叶片用原材料，那么使用近终形状的模具来进行热锻是有利的。但是，对于像专利文献2所公开的涡轮叶片用预成型体而言，存在如下问题：由于不具有用于在将涡轮叶片用预成型体载置于模具时进行定位的部件，因此，在使用近终形状的模具进行热锻时有可能发生错位并产生缺肉等缺陷。另外，虽然也存在为了防止该缺肉而增加涡轮叶片用预成型体的重量的方法，但不仅成品率恶化，而且热锻时的荷重也变大。

但是，对于现有的技术而言，不着眼于涡轮叶片用预成型体的定位、防止热锻时的错位的部件是有理由的。作为该理由之一，能够举出无法解决以数万吨的荷重而且以1次击打制造出大型锻造产品的新课题这理由。最近，开始利用5万吨级的大型热锻机通过热锻来制造大型产品。在利用像这样的以往没有的大型热锻机高效地制造无缺陷的产品的情况下，需要解决如下课题：当其使用的涡轮叶片用预成型体的形状不适合时，在热锻后的涡轮叶片用坯料上产生缺肉等。

本发明的目的在于提供一种即使使用大型的热锻机、也容易进行模具的定位的涡轮叶片用预成型体和涡轮叶片的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明鉴于上述课题而做成。

即、本发明是一种经过热锻而成为具有叶片部和根部的涡轮叶片用坯料的涡轮叶片用预成型体，所述涡轮叶片用预成型体具有通过锻造而将成为叶片部的部分和成为根部的部分一体成型而成的主体部，并在所述主体部的轴向的两端部分别具有沿轴向突出的突起部。

另外，优选的是，所述突起部与所述主体部相接合。

另外，优选的是，所述突起部的接合是利用螺纹实现的嵌合，和/或利用焊接进行的接合。

而且，优选的是，所述主体部的材质是Ti合金。

另外，本发明是一种涡轮叶片的制造方法，在该制造方法中，将涡轮叶片用预成型体配置于热锻模具来进行热锻，从而制造出具有叶片部和根部的涡轮叶片用坯料，所述涡轮叶片用预成型体形成有：主体部，其是经过热锻而由成为叶片部的部分和成为根部的部分一体成型而成的，其具有在轴向上厚度不同的部分；突起部，其在所述轴向的两端部分别沿着轴向突出，所述热锻模具具有上模和下模，形成有用于形成涡轮叶片的叶片部和根部的模面，具有在将涡轮叶片用预成型体配置在所述下模时供所述突起部配置的定位槽，将所述突起部配置于所述定位槽，而将所述涡轮叶片用预成型体配置于所述下模，并利用所述上模的按压来进行热锻。

另外，优选的是，所述主体部的材质是Ti合金。

发明的效果

采用本发明的涡轮叶片用预成型体，因为在预成型体的主体部的长度方向的轴的两侧位置形成有用于确定热锻位置的定位部，所以锻造中预成型体不会错位。因此，如果使用本发明的涡轮叶片用预成型体进行热锻，那么能够在防止缺肉等缺陷的同时，也能够减轻预成型体的重量，从而能够使成品率提高。

附图说明

图1是表示本发明的涡轮叶片用预成型体的一例的示意图。

图2是表示将本发明的涡轮叶片用预成型体设置在下模时的一例的示意图。

具体实施方式

使用附图详细说明本发明。

图1是表示本发明的一例的涡轮叶片用预成型体1的示意图。该涡轮叶片用预成型体1形成有：主体部2，其是经过热锻而将成为叶片部的部分和成为根部的部分一体成型而成的，其具有在轴向上直径不同的部分；突起部3，其在所述主体部两端部分别沿轴向突出。另外，如图1所示，轴向指的是涡轮叶片用预成型体1的中心轴延伸的方向。另外，在轴向上厚度不同的部分指的是为了成型为所述的叶片部和根部而直径产生变化的位置。

在轴向的两端部分别形成有沿轴向突出的突起部3。该突起部3设置在设置于图2所示的下模4的定位槽5。定位槽5预先设置在未由于热锻而产生缺肉等缺陷的位置。而且，利用突起部3，在热锻前将涡轮叶片用预成型体1载置于规定的位置，而且防止在热锻时涡轮叶片用预成型体1在热锻模具内产生错位。尤其是，当欲利用数万吨规模较大的荷重而且利用1次击打进行制造时，在热锻模具(上模和下模)内，如果从目标位置开始依次按压，那么容易产生缺肉等缺陷。为了防止这种情况发生，为了载置于热锻用模具的所希望的位置，并且在热锻时从所希望的按压位置顺序良好地进行热锻，那么，突起部的形成是不可或缺的。

对于上述突起部的形成，优选的是，作为与主体部不同的零件与主体部相接合。本发明的突起部与所谓的“夹持部分”不同，其作为“定位用构件”发挥作用。因此，在规定的位置设置突起部尤为重要。例如，当欲利用热锻等热加工将主体部和突起部作为一体物而成型时，突起部从主体部的所希望的位置偏移的可能性增加。与此相反，当突起部作为另外的零件与主体部相接合时，能够可靠地在所希望的位置将突起部相接合。另外，作为另外的零件的突起部与主体部相接合的位置，只要是主体部的突起部所接合的这一面侧的中心位置即可。优选的是，在主体部的中心轴上接合。由此，能够更可靠地防止错位，并防止缺肉等缺陷。

另外，作为突起部的材质，优选的是，与主体部的材质相同。这样一来，突起部在与毛刺一起从热锻后的涡轮叶片用坯料除去时，能够与毛刺一起作为回收的原料而被再利用。

另外，作为突起部的接合方法，简单的方法是，利用螺纹实现嵌合、或者/进一步通过焊接进行接合。当然，也可以在螺纹嵌合后，再进行焊接。另外，在仅利用焊接来接合突起部的情况下，优选采用能够提高生产率的摩擦压接。

另外，只要是突起部的尺寸为直径40mm以上的圆柱状的突起部即可。之所以形成为圆柱状，是因为容易向形成于热锻用模具的定位槽进行载置。另外，当突起部的直径过细时，在加热到涡轮叶片用预成型体的热锻温度时可能会产生挠曲等变形。因此，突起部的直径为40mm以上较佳。虽然突起部的直径的上限并未特别限定，但只要是50mm以下就足够。因为当用突起部进行定位时，在热锻开始后就将主体部设置在热锻用模具的所希望的位置，所以即使使用直径过粗的突起部，也只会增加成本。

上述的本发明的主体部优选是Ti合金。根据今后逐渐长叶片化、大型化的预测，Ti合金制的涡轮叶片优选适用于本发明的涡轮叶片用预成型体。

另外，本发明所谓的热锻包含加热压、热模锻以及恒温锻造。

实施例

使用实施例表示本发明的涡轮叶片的制造方法并进行说明。

首先，准备两根图1所示那样的涡轮叶片用预成型体1。材质是2根均为Ti合金。50英寸级的涡轮叶片用预成型体1的主体部2的截面形状为圆形，是为了成型为叶片部和根部而体积发生变化的形状。另外，在本实施例中，截面形状为圆形，但例如，如果为了进一步获得长条的涡轮叶片用坯料，那么截面也可以为矩形形状。

对于所述涡轮叶片预成型体中的其中1根，在主体部1的中心轴的延长线上的叶片部侧端面和根部侧端面上进行螺纹加工。而且，对作为突起部的、直径为40mm的圆筒状的Ti合金制的突起部3也进行螺纹加工，并将主体部和突起部螺纹固定，再进行焊接，使主体部2和突起部3相接合，从而成为涡轮叶片用预成型体1。另外，突起部的Ti合金和主体部的Ti合金都是同一组成。

另外，对于所述的涡轮叶片预成型体中的另外1根而言，对主体部1的中心轴的延长线上的叶片部侧端面和根部侧端面进行磨削，通过摩擦压接将直径为40mm的圆筒状的突起部用的Ti合金与主体部2相接合，从而形成在主体部1的中心轴的延长线上具有突起部的涡轮叶片用预成型体1。作为应用摩擦压接的涡轮叶片预成型体，与所述的螺纹固定的涡轮叶片预成型体相比，能够省略螺纹加工工序，从而减少工时。另外，突起部的Ti合金和主体部的Ti合金都是同一组成。

接着，准备热锻模具(上模和下模)。因为利用1次击打的热锻来制造近终形状的涡轮叶片用坯料，所以热锻模具使用了形成有叶片部和根部的模面的模具。此时，如图2(俯视图、侧视图)所示，在下模4上配置有涡轮叶片用预成型体1时，使用具有供所述突起部3配置的定位槽5的下模。

接着，在所述涡轮叶片用预成型体上覆盖润滑剂，并加热成锻造温度940℃，从而以涡轮叶片用预成型体1的突起部3配置在定位槽5的方式将涡轮叶片用预成型体1配置于下模4。配置后的状态就是图2所示那样的状态。另外，在加热时突起部不产生变形。

接着，利用上模(未图示)的按压以1次击打进行热锻。热锻是按照如下顺序进行的：从将主体部和突起部螺纹固定而成的涡轮叶片用预成型体开始，接着对将主体部和突起部摩擦压接而成的涡轮叶片用预成型体进行热锻。所使用的热锻机是最大荷重为5万吨的大型热锻机。在热锻中对突起部进行观察，特别是在热锻中未发现涡轮叶片用预成型体发生错位的痕迹，从而能够获得所希望的形状的涡轮叶片用坯料。另外，与主体部和突起部的接合方法的差异无关，毛刺达到50mm左右，其厚度为8mm左右，成品率也良好。另外，热锻时的荷重也为4万吨左右，能够毫无问题地进行热锻。

虽然重复实施该作业多次，也能够对任一个涡轮叶片用坯料进行无缺陷的热锻。

根据以上结果，在预成型体的主体部的长度方向的轴的两侧位置形成有用于确定热锻位置的定位部，因此，在锻造中预成型体也不会发生错位，能够防止缺肉等缺陷。另外，可以明确的是，也能够减轻预成型体的重量，能够使成品率提高。

附图标记说明

1 涡轮叶片用预成型体

2 主体部

3 突起部

4 下模

5 定位槽

Claims

1.一种涡轮叶片用预成型体，其经过热锻而成为具有叶片部和根部的涡轮叶片用坯料，其特征在于，

所述涡轮叶片用预成型体具有通过锻造而将成为叶片部的部分和成为根部的部分一体成型而成的主体部，并在所述主体部的轴向的两端部具有分别沿轴向突出的突起部。

2.根据权利要求1所述的涡轮叶片用预成型体，其特征在于，

所述突起部与所述主体部相接合。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮叶片用预成型体，其特征在于，

所述突起部的接合是利用螺纹实现的嵌合，和/或是通过焊接进行的接合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮叶片用预成型体，其特征在于，

所述主体部的材质是Ti合金。

5.一种涡轮叶片的制造方法，在该制造方法中，将涡轮叶片用预成型体配置于热锻模具来进行热锻，从而制造出具有叶片部和根部的涡轮叶片，其特征在于，

所述涡轮叶片用预成型体形成有：主体部，其是经过热锻而将成为叶片部的部分和成为根部的部分一体成型而成的，其具有在轴向上厚度不同的部分；突起部，其在所述轴向的两端部分别沿着轴向突出，

所述热锻模具具有上模和下模，形成有用于形成涡轮叶片的叶片部和根部的模面，具有在将涡轮叶片用预成型体配置在所述下模时供所述突起部配置的定位槽，

将所述突起部配置于所述定位槽，而将所述涡轮叶片用预成型体配置于所述下模，并利用所述上模的按压来进行热锻。

6.根据权利要求5所述的涡轮叶片的制造方法，其特征在于，所述主体部的材质是Ti合金。