JP2003136202A - 成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法 - Google Patents
成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】航空機ジェットエンジンなどのガスタービンに
用いる鍛造部品、例えば、タービンディスク、タービンシ
ャフトなどを製造するための素材となる成分偏析が小さ
くかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴッ
トの製造方法を提供する。 【解決手段】高周波真空溶解いて得られたＶＩＭインゴ
ットまたは高周波真空溶解したのちエレクトロスラグ再
溶解して得られたＥＳＲインゴット２を電子ビーム３で
再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプール５を形成し、
得られたＮｉ基超合金溶湯の浅いプール５に電子ビーム
４を断続的に照射した後ただちに凝固させることを特長
とする。
用いる鍛造部品、例えば、タービンディスク、タービンシ
ャフトなどを製造するための素材となる成分偏析が小さ
くかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴッ
トの製造方法を提供する。 【解決手段】高周波真空溶解いて得られたＶＩＭインゴ
ットまたは高周波真空溶解したのちエレクトロスラグ再
溶解して得られたＥＳＲインゴット２を電子ビーム３で
再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプール５を形成し、
得られたＮｉ基超合金溶湯の浅いプール５に電子ビーム
４を断続的に照射した後ただちに凝固させることを特長
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、航空機ジェット
エンジンなどのガスタービンに用いる鍛造部品、例えば、
タービンディスク、タービンシャフトなどを製造するた
めの素材となる成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒
からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法に関するも
のである。
エンジンなどのガスタービンに用いる鍛造部品、例えば、
タービンディスク、タービンシャフトなどを製造するた
めの素材となる成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒
からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、航空機ジェットエンジンにおけ
るタービンディスク、タービンシャフトなどの鍛造部品
の破壊はエンジンの致命的故障につながり、多くの人命
を失うことになるところから、この部分の製造には特に
注意が払われている。これらタービンディスク、タービ
ンシャフトなどの鍛造部品を製造するための合金とし
て、現在、高温強度、高温耐食性に優れたＮｉ基超合金
（スーパーアロイ）が使用されている。このＮｉ基超合
金の具体的なものとしては、Ｕｄｉｍｅｔ７２０ＬＩ
(商標名、成分組成＝Ｃｒ：１６．０％，Ｃｏ：１４．
７％，Ｍｏ：３．０％，Ｗ：１．３％，Ａｌ：２．５
％，Ｔｉ：５．０％，Ｃ：０．０３％，Ｂ：０．０３
％，Ｚｒ：０．０３％，Ｎｉ：残部)（但し、％は質量
％）などが知られている。 そして、これらタービンディスク、タービンシャフトな
どの鍛造部品を製造するには、Ｎｉ基超合金を高周波真
空溶解し真空鋳造して得られたインゴット(以下、「ＶＩ
Ｍインゴット」という)またはＶＩＭインゴットをさら
にエレクトロスラグ再溶解してインゴット（以下、「Ｅ
ＳＲインゴット」という）を作製し、このＶＩＭインゴ
ットまたはＥＳＲインゴットを真空アーク再溶解するこ
とにより不純物、介在物などの少ないインゴットを作
り、このインゴットを分塊鍛造した後さらに鍛造を繰り
返し行ない、成分偏析が小さくかつ均一微細な組織を有
するビレットを作り、このビレットを所定の形状に型鍛
造し、最後に時効などの熱処理を施すことにより作られ
る。
るタービンディスク、タービンシャフトなどの鍛造部品
の破壊はエンジンの致命的故障につながり、多くの人命
を失うことになるところから、この部分の製造には特に
注意が払われている。これらタービンディスク、タービ
ンシャフトなどの鍛造部品を製造するための合金とし
て、現在、高温強度、高温耐食性に優れたＮｉ基超合金
（スーパーアロイ）が使用されている。このＮｉ基超合
金の具体的なものとしては、Ｕｄｉｍｅｔ７２０ＬＩ
(商標名、成分組成＝Ｃｒ：１６．０％，Ｃｏ：１４．
７％，Ｍｏ：３．０％，Ｗ：１．３％，Ａｌ：２．５
％，Ｔｉ：５．０％，Ｃ：０．０３％，Ｂ：０．０３
％，Ｚｒ：０．０３％，Ｎｉ：残部)（但し、％は質量
％）などが知られている。 そして、これらタービンディスク、タービンシャフトな
どの鍛造部品を製造するには、Ｎｉ基超合金を高周波真
空溶解し真空鋳造して得られたインゴット(以下、「ＶＩ
Ｍインゴット」という)またはＶＩＭインゴットをさら
にエレクトロスラグ再溶解してインゴット（以下、「Ｅ
ＳＲインゴット」という）を作製し、このＶＩＭインゴ
ットまたはＥＳＲインゴットを真空アーク再溶解するこ
とにより不純物、介在物などの少ないインゴットを作
り、このインゴットを分塊鍛造した後さらに鍛造を繰り
返し行ない、成分偏析が小さくかつ均一微細な組織を有
するビレットを作り、このビレットを所定の形状に型鍛
造し、最後に時効などの熱処理を施すことにより作られ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記ＶＩＭインゴット
またはＥＳＲインゴットを真空アーク再溶解することに
より得られたＮｉ基超合金インゴットは、結晶組織が粗
大となることは避けられず、またインゴットの中心部と
外周部とで成分組成に差が生じて成分偏析が比較的大き
くなり、特にＡｌおよびＴｉを多く含むγ´相の体積率
の高いＮｉ基超合金には成分偏析が顕著に現れる。 そのため、この従来の方法で得られたＮｉ基超合金イン
ゴットは、分塊鍛造した後さらに多くの鍛造を繰り返し
行うことにより成分偏析を少なくしかつ均一微細な結晶
粒を有するビレットを作製し、このビレットをジェット
エンジンの鍛造部品の素材として使用していた。 しかし、このＮｉ基超合金インゴットから成分偏析を解
消し均一微細化した組織を有するビレットを製造するに
は鍛造回数を多くしなければならず、時間とコストがか
かる。そのために、成分偏析が小さくかつ均一微細な結
晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットを予め作製し、鍛
造回数を減らす試みがなされている。
またはＥＳＲインゴットを真空アーク再溶解することに
より得られたＮｉ基超合金インゴットは、結晶組織が粗
大となることは避けられず、またインゴットの中心部と
外周部とで成分組成に差が生じて成分偏析が比較的大き
くなり、特にＡｌおよびＴｉを多く含むγ´相の体積率
の高いＮｉ基超合金には成分偏析が顕著に現れる。 そのため、この従来の方法で得られたＮｉ基超合金イン
ゴットは、分塊鍛造した後さらに多くの鍛造を繰り返し
行うことにより成分偏析を少なくしかつ均一微細な結晶
粒を有するビレットを作製し、このビレットをジェット
エンジンの鍛造部品の素材として使用していた。 しかし、このＮｉ基超合金インゴットから成分偏析を解
消し均一微細化した組織を有するビレットを製造するに
は鍛造回数を多くしなければならず、時間とコストがか
かる。そのために、成分偏析が小さくかつ均一微細な結
晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットを予め作製し、鍛
造回数を減らす試みがなされている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らも、
成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基
超合金インゴットを製造すべく研究を行なった。その結
果、ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを電子ビ
ーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプールを形成
し、この浅い溶湯プールに電子ビームをパルス状に断続
的に照射した後ただちに凝固させると、インゴットの中
心部と周辺部との成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶
粒からなるＮｉ基超合金インゴットが得られ、このよう
にして得られたＮｉ基超合金インゴットは、従来のＶＩ
ＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを真空アーク再溶
解する方法で得られたＮｉ基超合金インゴットと比べて
結晶粒が格段に微細となり、さらにインゴットの中心部
と周辺部との成分偏析を小さくすることができる、とい
う研究結果が得られたのである。
成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基
超合金インゴットを製造すべく研究を行なった。その結
果、ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを電子ビ
ーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプールを形成
し、この浅い溶湯プールに電子ビームをパルス状に断続
的に照射した後ただちに凝固させると、インゴットの中
心部と周辺部との成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶
粒からなるＮｉ基超合金インゴットが得られ、このよう
にして得られたＮｉ基超合金インゴットは、従来のＶＩ
ＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを真空アーク再溶
解する方法で得られたＮｉ基超合金インゴットと比べて
結晶粒が格段に微細となり、さらにインゴットの中心部
と周辺部との成分偏析を小さくすることができる、とい
う研究結果が得られたのである。
【０００５】この発明は、かかる研究結果に基づいてな
されたものであって、（１）ＶＩＭインゴットまたはＥ
ＳＲインゴットを電子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶
湯の浅いプールを形成し、得られたＮｉ基超合金溶湯の
浅いプールに電子ビームをパルス状に断続的に照射した
後ただちに凝固させる成分偏析が小さくかつ均一微細な
結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法、に
特長を有するものである。
されたものであって、（１）ＶＩＭインゴットまたはＥ
ＳＲインゴットを電子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶
湯の浅いプールを形成し、得られたＮｉ基超合金溶湯の
浅いプールに電子ビームをパルス状に断続的に照射した
後ただちに凝固させる成分偏析が小さくかつ均一微細な
結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法、に
特長を有するものである。
【０００６】電子ビーム再溶解により得られたＮｉ基超
合金溶湯の浅いプールの全面に電子ビームをパルス状に
断続的に照射したのち電子ビーム照射を停止することに
よりただちに凝固させることが最も好ましい。前記パル
ス状に断続的に照射する電子ビームの照射波形はいかな
る形状の波形でも良く、完全なパルス波形、三角形状の
パルス波形、くし型上のパルス波形などＮｉ基超合金溶
湯に衝撃を与える波形であればいかなる波形であっても
良い。電子ビーム再溶解により得られたＮｉ基超合金溶
湯の浅いプールの面積が広いと、電子ビームをプール全
面に一度にパルス状に断続的照射することができない場
合がある。かかる場合は、溶解して得られたＮｉ基超合
金溶湯の浅いプールの電子ビームが照射可能な範囲のプ
ールの一部表面に電子ビームをパルス状に断続的に照射
し、この照射位置を移動してプール全面に施し、最終的
に電子ビームをパルス状断続的照射をプール全面にわた
って施したのちただちに凝固させるようにすることが好
ましい。電子ビーム断続照射の位置を移動させるには、
電子ビームを磁界により移動させても良く、また凝固し
て得られたインゴットを回転させることによりインゴッ
トの上端に形成されたプールを回転させて電子ビームの
断続照射の位置を移動させても良い。
合金溶湯の浅いプールの全面に電子ビームをパルス状に
断続的に照射したのち電子ビーム照射を停止することに
よりただちに凝固させることが最も好ましい。前記パル
ス状に断続的に照射する電子ビームの照射波形はいかな
る形状の波形でも良く、完全なパルス波形、三角形状の
パルス波形、くし型上のパルス波形などＮｉ基超合金溶
湯に衝撃を与える波形であればいかなる波形であっても
良い。電子ビーム再溶解により得られたＮｉ基超合金溶
湯の浅いプールの面積が広いと、電子ビームをプール全
面に一度にパルス状に断続的照射することができない場
合がある。かかる場合は、溶解して得られたＮｉ基超合
金溶湯の浅いプールの電子ビームが照射可能な範囲のプ
ールの一部表面に電子ビームをパルス状に断続的に照射
し、この照射位置を移動してプール全面に施し、最終的
に電子ビームをパルス状断続的照射をプール全面にわた
って施したのちただちに凝固させるようにすることが好
ましい。電子ビーム断続照射の位置を移動させるには、
電子ビームを磁界により移動させても良く、また凝固し
て得られたインゴットを回転させることによりインゴッ
トの上端に形成されたプールを回転させて電子ビームの
断続照射の位置を移動させても良い。
【０００７】したがって、この発明は、（２）ＶＩＭイ
ンゴットまたはＥＳＲインゴットを電子ビーム再溶解し
てＮｉ基超合金溶湯の浅いプールを形成し、このＮｉ基
超合金溶湯の浅いプールの全面に電子ビームをパルス状
に断続的に照射した後ただちに凝固させる成分偏析が小
さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴ
ットの製造方法、（３）ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲ
インゴットを、電子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯
の浅いプールを形成し、このＮｉ基超合金溶湯の浅いプ
ールの一部表面に電子ビームをパルス状に断続的に照射
した後ただちに凝固させる操作を浅いプールの表面全面
に施す成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなる
Ｎｉ基超合金インゴットの製造方法、に特徴を有するも
のである。
ンゴットまたはＥＳＲインゴットを電子ビーム再溶解し
てＮｉ基超合金溶湯の浅いプールを形成し、このＮｉ基
超合金溶湯の浅いプールの全面に電子ビームをパルス状
に断続的に照射した後ただちに凝固させる成分偏析が小
さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴ
ットの製造方法、（３）ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲ
インゴットを、電子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯
の浅いプールを形成し、このＮｉ基超合金溶湯の浅いプ
ールの一部表面に電子ビームをパルス状に断続的に照射
した後ただちに凝固させる操作を浅いプールの表面全面
に施す成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなる
Ｎｉ基超合金インゴットの製造方法、に特徴を有するも
のである。
【０００８】電子ビームをパルス状に断続的に照射する
時のＮｉ基超合金溶湯のプール表面における好ましい温
度は、固相線温度を越えた温度から液相線温度＋３０℃
までの範囲内に制御されていることが好ましい。その理
由は、固相線温度以下の温度では溶湯が固化しているの
で電子ビームの断続的照射による結晶粒の微細化効果は
なく、一方、液相線温度＋３０℃を越えた温度で電子ビー
ムを断続的照射しても結晶化のための核を発生させるこ
とができないことによるものである。 しかし、ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを電
子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプールを形
成しても、Ｎｉ基超合金溶湯のプール表面温度は短時間
で冷却し、凝固する場合が多い。したがって、この発明
では、ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを電子
ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプール表面に
連続的に電子ビームを照射してプール表面温度を所望の
温度に保持した後、電子ビームを断続的に照射すること
が好ましい。したがって、この発明は、（４）前記
（１）、（２）または（３）記載の成分偏析が小さくか
つ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの
製造方法において、電子ビーム再溶解して得られたＮｉ
基超合金溶湯の浅いプールに電子ビームを連続照射して
溶湯状態に保持し、この溶湯状態にあるＮｉ基超合金溶
湯の浅いプール表面に電子ビームをパルス状に断続的に
照射した後ただちに凝固させる成分偏析が小さくかつ均
一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造
方法、（５）前記金属粉末を添加するＮｉ基超合金溶湯
のプールの表面温度は、固相線温度を越える温度〜液相
線温度＋３０℃の範囲内に制御されている前記（１）、
（２）、（３）または（４）記載の成分偏析が小さくか
つ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの
製造方法、に特徴を有するものである。
時のＮｉ基超合金溶湯のプール表面における好ましい温
度は、固相線温度を越えた温度から液相線温度＋３０℃
までの範囲内に制御されていることが好ましい。その理
由は、固相線温度以下の温度では溶湯が固化しているの
で電子ビームの断続的照射による結晶粒の微細化効果は
なく、一方、液相線温度＋３０℃を越えた温度で電子ビー
ムを断続的照射しても結晶化のための核を発生させるこ
とができないことによるものである。 しかし、ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを電
子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプールを形
成しても、Ｎｉ基超合金溶湯のプール表面温度は短時間
で冷却し、凝固する場合が多い。したがって、この発明
では、ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴットを電子
ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプール表面に
連続的に電子ビームを照射してプール表面温度を所望の
温度に保持した後、電子ビームを断続的に照射すること
が好ましい。したがって、この発明は、（４）前記
（１）、（２）または（３）記載の成分偏析が小さくか
つ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの
製造方法において、電子ビーム再溶解して得られたＮｉ
基超合金溶湯の浅いプールに電子ビームを連続照射して
溶湯状態に保持し、この溶湯状態にあるＮｉ基超合金溶
湯の浅いプール表面に電子ビームをパルス状に断続的に
照射した後ただちに凝固させる成分偏析が小さくかつ均
一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造
方法、（５）前記金属粉末を添加するＮｉ基超合金溶湯
のプールの表面温度は、固相線温度を越える温度〜液相
線温度＋３０℃の範囲内に制御されている前記（１）、
（２）、（３）または（４）記載の成分偏析が小さくか
つ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの
製造方法、に特徴を有するものである。
【０００９】なお、この発明で使用するＮｉ基超合金
は、いかなる成分組成のＮｉ基超合金であっても良い
が、この発明の方法で製造したＮｉ基超合金インゴット
を航空機ジェットエンジンにおけるタービンディスク、
タービンシャフトなどの鍛造部品の素材として使用する
ことを考えると、質量％で、Ｃｒ：５.０〜３０．０％，
Ｃｏ：１．０〜３０．０％，Ｍｏ：０．５〜２０．０
％，Ｗ：０．５〜１５．０％，Ｎｂ：０．５〜１０．０
％，Ａｌ：０．１〜８．０％，Ｔｉ：０．１〜８．０
％，Ｆｅ：４０％以下（ただし、０も含む）、Ｍｎ：
２．０％以下（ただし、０も含む）、Ｓｉ：２．０％以
下（ただし、０も含む）、Ｃ：０．０１〜０．３％，
Ｂ：０．００１〜０．１％を含有し、さらにＺｒ：０．
０１〜１．０％，Ｈｆ：０．０１〜５．０％，Ｔａ：
０．５〜１０．０％およびＲｅ：０．０１〜６．０％の
うちの１種または２種以上を含有し、残部がＮｉおよび
不可避不純物からなる成分組成のＮｉ基超合金であるこ
とが好ましい。
は、いかなる成分組成のＮｉ基超合金であっても良い
が、この発明の方法で製造したＮｉ基超合金インゴット
を航空機ジェットエンジンにおけるタービンディスク、
タービンシャフトなどの鍛造部品の素材として使用する
ことを考えると、質量％で、Ｃｒ：５.０〜３０．０％，
Ｃｏ：１．０〜３０．０％，Ｍｏ：０．５〜２０．０
％，Ｗ：０．５〜１５．０％，Ｎｂ：０．５〜１０．０
％，Ａｌ：０．１〜８．０％，Ｔｉ：０．１〜８．０
％，Ｆｅ：４０％以下（ただし、０も含む）、Ｍｎ：
２．０％以下（ただし、０も含む）、Ｓｉ：２．０％以
下（ただし、０も含む）、Ｃ：０．０１〜０．３％，
Ｂ：０．００１〜０．１％を含有し、さらにＺｒ：０．
０１〜１．０％，Ｈｆ：０．０１〜５．０％，Ｔａ：
０．５〜１０．０％およびＲｅ：０．０１〜６．０％の
うちの１種または２種以上を含有し、残部がＮｉおよび
不可避不純物からなる成分組成のＮｉ基超合金であるこ
とが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】この発明の成分偏析が小さくかつ
均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製
造方法を図面に基づいて説明する。図１は、この方法を
実施するための溶解鋳造装置の一部断面概略図である。
図１において、１は水冷銅鋳型、２はＶＩＭインゴット
またはＥＳＲインゴット、３は再溶解用電子ビーム、４
は断続照射用電子ビーム、５はＶＩＭインゴットまたは
ＥＳＲインゴットを電子ビーム再溶解して得られたＮｉ
基超合金溶湯のプール、６は冷却水流通キャビティ、７
は電子ビーム再溶解して得られたＮｉ基超合金溶湯、８
はこの発明により得られたＮｉ基超合金インゴットの凝
固部分である。
均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製
造方法を図面に基づいて説明する。図１は、この方法を
実施するための溶解鋳造装置の一部断面概略図である。
図１において、１は水冷銅鋳型、２はＶＩＭインゴット
またはＥＳＲインゴット、３は再溶解用電子ビーム、４
は断続照射用電子ビーム、５はＶＩＭインゴットまたは
ＥＳＲインゴットを電子ビーム再溶解して得られたＮｉ
基超合金溶湯のプール、６は冷却水流通キャビティ、７
は電子ビーム再溶解して得られたＮｉ基超合金溶湯、８
はこの発明により得られたＮｉ基超合金インゴットの凝
固部分である。
【００１１】ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴット
２を電子ビーム３により溶解し、得られたＮｉ基超合金
溶湯７を水冷銅鋳型１に充填して浅いプール５を形成
し、このプール５の上から電子ビーム４を断続照射して
微細な核を発生させたのちただちに凝固させて微細な結
晶粒を有するインゴットの一部を形成し、この操作をプ
ール５の全面に渡って施しながら同時に凝固部分８をＡ
方向に引抜きながらインゴットを形成する。プール５の
深さは浅いことが好ましく、０．５〜１０ｍｍの範囲内
にあることが好ましい。
２を電子ビーム３により溶解し、得られたＮｉ基超合金
溶湯７を水冷銅鋳型１に充填して浅いプール５を形成
し、このプール５の上から電子ビーム４を断続照射して
微細な核を発生させたのちただちに凝固させて微細な結
晶粒を有するインゴットの一部を形成し、この操作をプ
ール５の全面に渡って施しながら同時に凝固部分８をＡ
方向に引抜きながらインゴットを形成する。プール５の
深さは浅いことが好ましく、０．５〜１０ｍｍの範囲内
にあることが好ましい。
【００１２】電子ビーム４による断続的照射をプール５
の全面に行なうには凝固部分８をＢ方向に水平に回転し
ても良く、さらに、１個または２個の電子ビーム銃(図示
せっず)を用いてＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴ
ット２の溶解とプール５の表面の断続照射をすることも
できる。また、電子ビームは磁界により絞ることも分散さ
せることもでき、更に曲げることもできるから電子ビー
ム中の設置位置は任意の位置でよい。
の全面に行なうには凝固部分８をＢ方向に水平に回転し
ても良く、さらに、１個または２個の電子ビーム銃(図示
せっず)を用いてＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴ
ット２の溶解とプール５の表面の断続照射をすることも
できる。また、電子ビームは磁界により絞ることも分散さ
せることもでき、更に曲げることもできるから電子ビー
ム中の設置位置は任意の位置でよい。
【００１３】実施例１
Ｎｉ−１６．０％Ｃｒ−１４．７％Ｃｏ−３．０％Ｍｏ
−１．３％Ｗ−２．５％Ａｌ−５．０％Ｔｉ−０．０３
％Ｃ−０．０３％Ｂ−０．０３％Ｚｒからなる組成のＮ
ｉ基超合金を高周波真空溶解し、真空鋳造してＶＩＭイ
ンゴットを作製し、得られたＶＩＭインゴットをさらに
エレクトロスラグ溶解してＥＳＲインゴットを作製し、
このＥＳＲインゴットを図１に示されるように７０ＫＷ
の電子ビーム３で溶解し、得られた溶湯８を内径：２０
０ｍｍのキャビティを有する水冷銅鋳型１に充填して水
冷銅鋳型内に深さ：２ｍｍの溶湯プール５を形成し、こ
の溶湯プール５に別の電子ビーム銃から７０ＫＷの電子
ビーム４をプールの全表面に０．５秒間照射した後０．
５秒間照射を停止するパルス状の断続的照射を繰り返し
照射した後ただちに凝固させ、同時にこの凝固したイン
ゴット部分を回転速度：１０ｒｐｍ、引抜き速度：２ｍ
ｍ／ｍｉｎで回転させながら凝固部分８を水冷銅鋳型１
から引抜くことにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００
ｍｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製し
た。
−１．３％Ｗ−２．５％Ａｌ−５．０％Ｔｉ−０．０３
％Ｃ−０．０３％Ｂ−０．０３％Ｚｒからなる組成のＮ
ｉ基超合金を高周波真空溶解し、真空鋳造してＶＩＭイ
ンゴットを作製し、得られたＶＩＭインゴットをさらに
エレクトロスラグ溶解してＥＳＲインゴットを作製し、
このＥＳＲインゴットを図１に示されるように７０ＫＷ
の電子ビーム３で溶解し、得られた溶湯８を内径：２０
０ｍｍのキャビティを有する水冷銅鋳型１に充填して水
冷銅鋳型内に深さ：２ｍｍの溶湯プール５を形成し、こ
の溶湯プール５に別の電子ビーム銃から７０ＫＷの電子
ビーム４をプールの全表面に０．５秒間照射した後０．
５秒間照射を停止するパルス状の断続的照射を繰り返し
照射した後ただちに凝固させ、同時にこの凝固したイン
ゴット部分を回転速度：１０ｒｐｍ、引抜き速度：２ｍ
ｍ／ｍｉｎで回転させながら凝固部分８を水冷銅鋳型１
から引抜くことにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００
ｍｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製し
た。
【００１４】従来例１
実施例で用意したＥＳＲインゴットを通常の真空アーク
溶解することにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００ｍ
ｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製した。
溶解することにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００ｍ
ｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製した。
【００１５】このようにして実施例１及び従来例１で得
られたＮｉ基超合金インゴットを軸を含む面で２分割
し、インゴットのボトム、トップのそれぞれについてイン
ゴットの断面の中央部、中央と外周の中間部および外周
部における成分組成及び平均結晶粒径を測定し、その結
果を表１〜２に示した。
られたＮｉ基超合金インゴットを軸を含む面で２分割
し、インゴットのボトム、トップのそれぞれについてイン
ゴットの断面の中央部、中央と外周の中間部および外周
部における成分組成及び平均結晶粒径を測定し、その結
果を表１〜２に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】表１〜２に示される結果から、実施例１で
得られた表１に示されるＮｉ基超合金インゴットの結晶
粒は、従来例１で得られた表２に示されるＮｉ基超合金
インゴットに較べて格段に均一微細であることがわか
る。また、一般に、航空機ジェットエンジンにおけるタ
ービンディスク、タービンシャフトなどの素材となるＮ
ｉ基超合金インゴットはインゴットの中央部と外周部に
おける成分偏析が少ないことが必要であり、特に偏析し
やすいＡｌおよびＴｉの中央部と外周部における成分組
成の成分偏析が小さいことが必要であるが、実施例１で
得られたＮｉ基超合金インゴットは中央部と外周部にお
ける成分組成の差が最大で０．２％であるのに対し、従
来例１で得られたＮｉ基超合金インゴットのトップ部に
おけるＴｉの濃度差は０．５％も有り、実施例１で得ら
れたＮｉ基超合金インゴットは従来例１で得られたＮｉ
基超合金インゴットに比べて成分偏析が格段に少ないこ
とが分かる。
得られた表１に示されるＮｉ基超合金インゴットの結晶
粒は、従来例１で得られた表２に示されるＮｉ基超合金
インゴットに較べて格段に均一微細であることがわか
る。また、一般に、航空機ジェットエンジンにおけるタ
ービンディスク、タービンシャフトなどの素材となるＮ
ｉ基超合金インゴットはインゴットの中央部と外周部に
おける成分偏析が少ないことが必要であり、特に偏析し
やすいＡｌおよびＴｉの中央部と外周部における成分組
成の成分偏析が小さいことが必要であるが、実施例１で
得られたＮｉ基超合金インゴットは中央部と外周部にお
ける成分組成の差が最大で０．２％であるのに対し、従
来例１で得られたＮｉ基超合金インゴットのトップ部に
おけるＴｉの濃度差は０．５％も有り、実施例１で得ら
れたＮｉ基超合金インゴットは従来例１で得られたＮｉ
基超合金インゴットに比べて成分偏析が格段に少ないこ
とが分かる。
【００１９】実施例２
実施例１で作製したＶＩＭインゴットを図１に示される
ように７０ＫＷの電子ビームで溶解し、得られた溶湯を
内径：２００ｍｍのキャビティを有する水冷銅鋳型に充
填して水冷銅鋳型内に深さ：２ｍｍの溶湯プールを形成
し、この溶湯プールに別の電子ビーム銃から７０ＫＷの
電子ビームをプール表面に照射してプールの表面温度が
１３５０℃（＝液相線温度＋１５℃）の溶湯状態を保持
しつつ溶湯状態にあるプールに、平均粒径：２μｍを有
しＥＳＲインゴットと同じ成分組成を有するＮｉ基超合
金粉末を添加しながら凝固させ、同時に凝固したインゴ
ットを回転速度：１０ｒｐｍ、引抜き速度：２ｍｍ／ｍ
ｉｎで回転させながら凝固したインゴット水冷銅鋳型か
ら引抜くことにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００ｍ
ｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製した。
ように７０ＫＷの電子ビームで溶解し、得られた溶湯を
内径：２００ｍｍのキャビティを有する水冷銅鋳型に充
填して水冷銅鋳型内に深さ：２ｍｍの溶湯プールを形成
し、この溶湯プールに別の電子ビーム銃から７０ＫＷの
電子ビームをプール表面に照射してプールの表面温度が
１３５０℃（＝液相線温度＋１５℃）の溶湯状態を保持
しつつ溶湯状態にあるプールに、平均粒径：２μｍを有
しＥＳＲインゴットと同じ成分組成を有するＮｉ基超合
金粉末を添加しながら凝固させ、同時に凝固したインゴ
ットを回転速度：１０ｒｐｍ、引抜き速度：２ｍｍ／ｍ
ｉｎで回転させながら凝固したインゴット水冷銅鋳型か
ら引抜くことにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００ｍ
ｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製した。
【００２０】従来例２
実施例１で作製したＶＩＭインゴットを通常の真空アー
ク溶解することにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００
ｍｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製し
た。
ク溶解することにより直径：２００ｍｍ、高さ：５００
ｍｍの寸法を有するＮｉ基超合金インゴットを作製し
た。
【００２１】このようにして実施例２及び従来例２で得
られたＮｉ基超合金インゴットを軸を含む面で２分割
し、インゴットのボトム、トップのそれぞれについてイン
ゴットの断面の中央部、中央・外周中間部および外周部
における成分組成及び平均結晶粒径を測定したところ、
前記表１〜２に示した結果とほぼ同じ結果が得られた。
られたＮｉ基超合金インゴットを軸を含む面で２分割
し、インゴットのボトム、トップのそれぞれについてイン
ゴットの断面の中央部、中央・外周中間部および外周部
における成分組成及び平均結晶粒径を測定したところ、
前記表１〜２に示した結果とほぼ同じ結果が得られた。
【００２２】
【発明の効果】この発明の方法によると、インゴットの
場所による成分偏析が小さくかつ全体にわたって均一微
細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットを得ること
ができるから、インゴットの鍛造回数を減らすことがで
き、また従来粉末冶金法でしか作ることができないと言
われていたＡｌおよびＴｉを多く含みγ´相の体積率の
高いＮｉ基超合金を用いて成分偏析が小さくかつ全体に
わたって均一微細な結晶粒からなるインゴットを製造す
ることができるなど産業上優れた効果をもたらすもので
ある。
場所による成分偏析が小さくかつ全体にわたって均一微
細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットを得ること
ができるから、インゴットの鍛造回数を減らすことがで
き、また従来粉末冶金法でしか作ることができないと言
われていたＡｌおよびＴｉを多く含みγ´相の体積率の
高いＮｉ基超合金を用いて成分偏析が小さくかつ全体に
わたって均一微細な結晶粒からなるインゴットを製造す
ることができるなど産業上優れた効果をもたらすもので
ある。
【図１】この発明の成分偏析が小さくかつ均一微細な結
晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットを製造する方法を
説明するための断面概略説明図である。
晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットを製造する方法を
説明するための断面概略説明図である。
１：水冷銅鋳型、２：ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲイ
ンゴット、３：再溶解用電子ビーム、４：断続照射用電
子ビーム、５：Ｎｉ基超合金溶湯のプール、６：冷却水
流通キャビティ、７：Ｎｉ基超合金溶湯、８：凝固部
分。
ンゴット、３：再溶解用電子ビーム、４：断続照射用電
子ビーム、５：Ｎｉ基超合金溶湯のプール、６：冷却水
流通キャビティ、７：Ｎｉ基超合金溶湯、８：凝固部
分。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２２Ｄ 27/04 Ｂ２２Ｄ 27/04 Ｇ
27/20 27/20 Ｚ
// Ｃ２２Ｃ 19/05 Ｃ２２Ｃ 19/05 Ｃ
(72)発明者 菊池 弘明
埼玉県桶川市上日出谷1230 三菱マテリア
ル株式会社桶川製作所内
Ｆターム(参考） 4E004 KA12 MC30 NB02 NC04
Claims (5)
- 【請求項１】Ｎｉ基超合金を高周波真空溶解して得られ
たインゴット(以下、ＶＩＭインゴットという)またはＮ
ｉ基超合金を高周波真空溶解したのちエレクトロスラグ
再溶解して得られたインゴット（以下、ＥＳＲインゴッ
トという）を電子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の
浅いプールを形成し、得られたＮｉ基超合金溶湯の浅い
プールに電子ビームをパルス状に断続的に照射した後た
だちに凝固させることを特長とする成分偏析が小さくか
つ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの
製造方法。 - 【請求項２】ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴット
を電子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプール
を形成し、このＮｉ基超合金溶湯の浅いプールの全面に
電子ビームをパルス状に断続的に照射した後ただちに凝
固させることを特長とする成分偏析が小さくかつ均一微
細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方
法。 - 【請求項３】ＶＩＭインゴットまたはＥＳＲインゴット
を、電子ビーム再溶解してＮｉ基超合金溶湯の浅いプー
ルを形成し、このＮｉ基超合金溶湯の浅いプールの一部
表面に電子ビームをパルス状に断続的に照射した後ただ
ちに凝固させる操作を浅いプールの表面全面に施すこと
を特長とする成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒か
らなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法。 - 【請求項４】前記電子ビーム再溶解して得られたＮｉ基
超合金溶湯の浅いプールに電子ビームを連続照射して溶
湯状態に保持し、この溶湯状態にあるＮｉ基超合金溶湯
の浅いプール表面に電子ビームをパルス状に断続的に照
射した後ただちに凝固させることを特長とする請求項
１、２または３記載の成分偏析が小さくかつ均一微細な
結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法。 - 【請求項５】Ｎｉ基超合金溶湯の浅いプールの表面温度
は、固相線温度を越えた温度〜液相線温度＋３０℃の範
囲内に制御されていることを特長とする請求項１，２、
３または４記載の成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶
粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001340334A JP2003136202A (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001340334A JP2003136202A (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003136202A true JP2003136202A (ja) | 2003-05-14 |
Family
ID=19154550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001340334A Pending JP2003136202A (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 成分偏析が小さくかつ均一微細な結晶粒からなるＮｉ基超合金インゴットの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003136202A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006177363A (ja) * | 2004-12-23 | 2006-07-06 | General Electric Co <Ge> | 補修翼端の再コーティングを行わないガスタービン翼端の補修方法 |
| JP2006291344A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-10-26 | Hitachi Ltd | 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 |
| JP2010084166A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Hitachi Ltd | ニッケル基合金及びそれを用いたガスタービン翼 |
| JP2011252236A (ja) * | 2011-08-29 | 2011-12-15 | Hitachi Ltd | ガスタービン |
| JP5109068B2 (ja) * | 2006-04-25 | 2012-12-26 | 株式会社エビス | 一方向凝固方法及び装置 |
| KR101260336B1 (ko) * | 2011-07-21 | 2013-05-03 | 한국기계연구원 | 전자펄스 처리에 의한 알루미늄-규소-마그네슘 합금의 입자 미세화 및 냉각속도향상을 통한 주조결함제어방법 |
| KR101282598B1 (ko) * | 2011-07-21 | 2013-07-12 | 한국기계연구원 | 전자펄스 처리에 의한 알루미늄 스크랩 및 칩의 재생방법 |
| KR101387647B1 (ko) * | 2012-02-06 | 2014-04-24 | (주)일광주공 | 초고강도 알루미늄 주조합금 및 이의 제조방법 |
| JP2014074208A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Hitachi Ltd | 高強度Ｎｉ基超合金と、それを用いたガスタービン |
| JP2017119309A (ja) * | 2013-01-31 | 2017-07-06 | シーメンス エナジー インコーポレイテッド | 光学的に透過性のスラグによる材料処理法 |
| CN107570672A (zh) * | 2016-07-05 | 2018-01-12 | 宁波江丰电子材料股份有限公司 | 环状锭及其制造方法以及管状型材的制造方法 |
| CN109355586A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-19 | 西安理工大学 | 一种高温陶瓷相弥散析出与分布的控制方法 |
| CN113278834A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 大冶特殊钢有限公司 | 超高n含量高温合金的vim炉冶炼方法 |
| CN117548636A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 中北大学 | 一种连续凝固过程中电脉冲处理金属液体的方法 |
-
2001
- 2001-11-06 JP JP2001340334A patent/JP2003136202A/ja active Pending
Cited By (15)
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| CN117548636A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 中北大学 | 一种连续凝固过程中电脉冲处理金属液体的方法 |
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