JP2003311392A - 一方向凝固翼の製造方法及び一方向凝固翼 - Google Patents
一方向凝固翼の製造方法及び一方向凝固翼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的強度が高く、製造歩留まりに優れた一
方向凝固翼の製造方法及び一方向凝固翼を提供する。 【解決手段】 高温で運転されるエネルギ機関の翼材に
用いられる一方向凝固翼の製造方法であって、単結晶ブ
ロック組合せ種結晶または一方向凝固柱状種結晶を、結
晶方位＜００１＞が翼の長手方向となるように、かつ翼
プロファイル部は結晶方位＜１００＞が翼プロファイル
断面形状の接線に平行になるように、またプラットフォ
ーム部はプラットフォーム端面に平行になるように、鋳
型内で冷却セッターに支持されセレクタに連通するスタ
ータブロック内にセットする工程と、種結晶およびセレ
クタが所定の温度になるまで予熱するとともに、鋳型の
周囲雰囲気を真空排気する工程と、溶融金属を鋳型内に
供給し、引き続きセレクタの温度を調整しながら冷却セ
ッターを鋳型に対して相対的に下降させ、種結晶を起点
として凝固開始する柱状晶をセレクタによって案内しつ
つ所望の結晶方位に一方向凝固させる工程とを具備す
る。
方向凝固翼の製造方法及び一方向凝固翼を提供する。 【解決手段】 高温で運転されるエネルギ機関の翼材に
用いられる一方向凝固翼の製造方法であって、単結晶ブ
ロック組合せ種結晶または一方向凝固柱状種結晶を、結
晶方位＜００１＞が翼の長手方向となるように、かつ翼
プロファイル部は結晶方位＜１００＞が翼プロファイル
断面形状の接線に平行になるように、またプラットフォ
ーム部はプラットフォーム端面に平行になるように、鋳
型内で冷却セッターに支持されセレクタに連通するスタ
ータブロック内にセットする工程と、種結晶およびセレ
クタが所定の温度になるまで予熱するとともに、鋳型の
周囲雰囲気を真空排気する工程と、溶融金属を鋳型内に
供給し、引き続きセレクタの温度を調整しながら冷却セ
ッターを鋳型に対して相対的に下降させ、種結晶を起点
として凝固開始する柱状晶をセレクタによって案内しつ
つ所望の結晶方位に一方向凝固させる工程とを具備す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ス
チームタービン、ジェットエンジン等のエネルギ機関の
タービン翼に用いられる一方向凝固翼及びその製造方法
に関する。
チームタービン、ジェットエンジン等のエネルギ機関の
タービン翼に用いられる一方向凝固翼及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービンの性能向上を図るためには入口
ガス温度を高くすればするほど有効であるが、入口ガス
温度を高くするとタービン翼材を構成する超合金が強度
不足になり、使用に耐えられなくなり短期間で破断す
る。とくにタービンの動翼および静翼にはニッケル基超
合金やコバルト基超合金を用いているにもかかわらず、
高温ガスと直接接触して過酷な熱サイクルに曝されるの
で、熱疲労損傷を受けて破断する。そこで、タービン翼
材には機械的強度、とくに高温引張強度および高温クリ
ープ強度を向上させるために一方向凝固結晶成長法を用
いて結晶方位を一方向に揃えた一方向凝固翼が利用され
ている。
ガス温度を高くすればするほど有効であるが、入口ガス
温度を高くするとタービン翼材を構成する超合金が強度
不足になり、使用に耐えられなくなり短期間で破断す
る。とくにタービンの動翼および静翼にはニッケル基超
合金やコバルト基超合金を用いているにもかかわらず、
高温ガスと直接接触して過酷な熱サイクルに曝されるの
で、熱疲労損傷を受けて破断する。そこで、タービン翼
材には機械的強度、とくに高温引張強度および高温クリ
ープ強度を向上させるために一方向凝固結晶成長法を用
いて結晶方位を一方向に揃えた一方向凝固翼が利用され
ている。
【０００３】一方向凝固翼は、柱状晶がその成長方位＜
００１＞に揃って並んでいるために、その方向のヤング
率が小さく、高温雰囲気に曝されたときに発生する熱応
力が小さくなり、等軸晶精密鋳造品に比べて熱疲労寿命
が１０倍以上に延びることが各種文献で報告されてい
る。例えば特開平８−１８９３０４号公報には大型ガス
タービン機関の動翼又は静翼の熱負荷が大きい部分に一
方向凝固材を用いて熱疲労寿命を延長することが記載さ
れている。
００１＞に揃って並んでいるために、その方向のヤング
率が小さく、高温雰囲気に曝されたときに発生する熱応
力が小さくなり、等軸晶精密鋳造品に比べて熱疲労寿命
が１０倍以上に延びることが各種文献で報告されてい
る。例えば特開平８−１８９３０４号公報には大型ガス
タービン機関の動翼又は静翼の熱負荷が大きい部分に一
方向凝固材を用いて熱疲労寿命を延長することが記載さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスタ
ービン翼はサイズが大きく、その形状が複雑であるた
め、従来の製造方法では翼の細部にわたるまで強度上最
適な結晶方位とすることは容易ではなく、製造歩留まり
が低い。
ービン翼はサイズが大きく、その形状が複雑であるた
め、従来の製造方法では翼の細部にわたるまで強度上最
適な結晶方位とすることは容易ではなく、製造歩留まり
が低い。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、機械的強度が高く、製造歩留まりに優
れた一方向凝固翼及びその製造方法を提供することを目
的とする。
れたものであり、機械的強度が高く、製造歩留まりに優
れた一方向凝固翼及びその製造方法を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ところで、翼チップ部は
結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に平行で、方位＜１
００＞が翼チップ部の断面形状の接線に平行となること
が強度上最適である。
結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に平行で、方位＜１
００＞が翼チップ部の断面形状の接線に平行となること
が強度上最適である。
【０００７】また、プラットフォーム部は結晶方位＜０
０１＞が翼の長手方向に平行で、結晶方位＜１００＞が
プラットフォーム端面に平行になることが強度上最適で
ある。しかし、複雑な形状をもつガスタービン翼をその
ように製造することは容易ではない。
０１＞が翼の長手方向に平行で、結晶方位＜１００＞が
プラットフォーム端面に平行になることが強度上最適で
ある。しかし、複雑な形状をもつガスタービン翼をその
ように製造することは容易ではない。
【０００８】そこで、本発明者らは一方向凝固翼に関し
て鋭意研究した結果、翼プロファイル部の場合、予め翼
の長手方向を結晶方位＜００１＞に、また結晶方位＜１
００＞が翼プロファイル断面形状の接線に平行になるよ
うに一方向凝固柱状晶用種結晶を初期凝固位置にセット
することにより、種結晶の結晶方位がそのまま翼に反映
され、強度上最適な方位をもつ翼を容易に製造すること
が可能になることを見出した。
て鋭意研究した結果、翼プロファイル部の場合、予め翼
の長手方向を結晶方位＜００１＞に、また結晶方位＜１
００＞が翼プロファイル断面形状の接線に平行になるよ
うに一方向凝固柱状晶用種結晶を初期凝固位置にセット
することにより、種結晶の結晶方位がそのまま翼に反映
され、強度上最適な方位をもつ翼を容易に製造すること
が可能になることを見出した。
【０００９】本発明に係る一方向凝固翼の製造方法は、
高温で運転されるエネルギ機関の翼材に用いられる一方
向凝固翼の製造方法であって、（ａ）単結晶ブロック組
合せ種結晶または一方向凝固柱状種結晶を、結晶方位＜
００１＞が翼の長手方向となるように、かつ結晶方位＜
１００＞が翼プロファイル断面形状の接線に平行になる
ように、鋳型内で冷却セッターに支持されセレクタに連
通するスタータブロック内にセットする工程と、（ｂ）
前記種結晶および前記セレクタが所定の温度になるまで
予熱するとともに、前記鋳型の周囲雰囲気を真空排気す
る工程と、（ｃ）溶融金属を前記鋳型内に供給し、引き
続き前記セレクタの温度を調整しながら前記冷却セッタ
ーを前記鋳型に対して相対的に下降させ、前記種結晶を
起点として凝固開始する柱状晶を前記セレクタによって
案内しつつ所望の結晶方位に一方向凝固させる工程と、
を具備することを特徴とする。
高温で運転されるエネルギ機関の翼材に用いられる一方
向凝固翼の製造方法であって、（ａ）単結晶ブロック組
合せ種結晶または一方向凝固柱状種結晶を、結晶方位＜
００１＞が翼の長手方向となるように、かつ結晶方位＜
１００＞が翼プロファイル断面形状の接線に平行になる
ように、鋳型内で冷却セッターに支持されセレクタに連
通するスタータブロック内にセットする工程と、（ｂ）
前記種結晶および前記セレクタが所定の温度になるまで
予熱するとともに、前記鋳型の周囲雰囲気を真空排気す
る工程と、（ｃ）溶融金属を前記鋳型内に供給し、引き
続き前記セレクタの温度を調整しながら前記冷却セッタ
ーを前記鋳型に対して相対的に下降させ、前記種結晶を
起点として凝固開始する柱状晶を前記セレクタによって
案内しつつ所望の結晶方位に一方向凝固させる工程と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】本発明に係る一方向凝固翼は、高温で運転
されるエネルギ機関の翼材に用いられる一方向凝固翼で
あって、結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に平行で、
かつ翼プロファイル部では結晶方位＜１００＞が翼プロ
ファイル断面形状の接線に平行であること、またプラッ
トフォーム部ではプラットフォーム端面に平行であるこ
とを特徴とする。
されるエネルギ機関の翼材に用いられる一方向凝固翼で
あって、結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に平行で、
かつ翼プロファイル部では結晶方位＜１００＞が翼プロ
ファイル断面形状の接線に平行であること、またプラッ
トフォーム部ではプラットフォーム端面に平行であるこ
とを特徴とする。
【００１１】種結晶はセレクタに連通するスタータブロ
ックにより保持される。スタータブロックで保持された
種結晶は水冷構造の冷却セッター上にセットされる。ス
タータブロックは翼の一部又は全部の断面プロファイル
をかたどった部材であり、定形耐火物と不定形耐火物と
を用いてつくられる。セレクタは種結晶を起点として凝
固成長する柱状晶を所望の方位に導くためのガイド部材
である。
ックにより保持される。スタータブロックで保持された
種結晶は水冷構造の冷却セッター上にセットされる。ス
タータブロックは翼の一部又は全部の断面プロファイル
をかたどった部材であり、定形耐火物と不定形耐火物と
を用いてつくられる。セレクタは種結晶を起点として凝
固成長する柱状晶を所望の方位に導くためのガイド部材
である。
【００１２】種結晶は、翼のチップ部にセットするか、
又は翼のプラットフォーム部にセットするか、又は翼の
チップ部およびプラットフォーム部の双方にセットす
る。翼プロファイル部において、あらかじめ翼の長手方
向が方位＜００１＞になるように、方位＜１００＞が翼
プロファイル断面形状の接線に平行になるように種結晶
をセットすることにより、種結晶の結晶方位がそのまま
翼に反映され、強度上最適な方位の一方向凝固柱状晶が
得られる。なお、複数又は単数の種結晶は翼の余肉部分
にセットすることが望ましい。鋳造後、種結晶を翼本体
から切り離して再度利用することができるからである。
又は翼のプラットフォーム部にセットするか、又は翼の
チップ部およびプラットフォーム部の双方にセットす
る。翼プロファイル部において、あらかじめ翼の長手方
向が方位＜００１＞になるように、方位＜１００＞が翼
プロファイル断面形状の接線に平行になるように種結晶
をセットすることにより、種結晶の結晶方位がそのまま
翼に反映され、強度上最適な方位の一方向凝固柱状晶が
得られる。なお、複数又は単数の種結晶は翼の余肉部分
にセットすることが望ましい。鋳造後、種結晶を翼本体
から切り離して再度利用することができるからである。
【００１３】種結晶のセッティング方式としては、翼断
面プロファイルを単結晶成長が容易なサイズに合わせた
複数の区域に区分し、各区域に種結晶をそれぞれ割り当
てる複数の単結晶を組合せる方式を採用してもよいし、
１つの種結晶で翼断面プロファイルの全体をまかなう単
一の一方向凝固柱状晶を用いる方式を採用してもよい。
面プロファイルを単結晶成長が容易なサイズに合わせた
複数の区域に区分し、各区域に種結晶をそれぞれ割り当
てる複数の単結晶を組合せる方式を採用してもよいし、
１つの種結晶で翼断面プロファイルの全体をまかなう単
一の一方向凝固柱状晶を用いる方式を採用してもよい。
【００１４】単結晶ブロック組合せ種結晶を用いる場合
は、複数の種結晶をタービン翼の横断面形状（プロファ
イル）に応じた形状とし、これらの種結晶をセレクタの
拘束面に沿ってセットし、タービン翼の各部を一方向に
凝固させるので、結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に
平行で、かつ方位＜１００＞が翼プロファイル断面形状
の接線に平行となる。これにより従来品よりもさらに高
強度の一方向凝固翼が得られる。
は、複数の種結晶をタービン翼の横断面形状（プロファ
イル）に応じた形状とし、これらの種結晶をセレクタの
拘束面に沿ってセットし、タービン翼の各部を一方向に
凝固させるので、結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に
平行で、かつ方位＜１００＞が翼プロファイル断面形状
の接線に平行となる。これにより従来品よりもさらに高
強度の一方向凝固翼が得られる。
【００１５】一方向凝固柱状晶種結晶を用いる場合は、
既に鋳造された翼の余肉部分より採取されたものなの
で、結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に平行で、かつ
方位＜１００＞が翼プロファイル断面形状の接線に平行
となる。
既に鋳造された翼の余肉部分より採取されたものなの
で、結晶方位＜００１＞が翼の長手方向に平行で、かつ
方位＜１００＞が翼プロファイル断面形状の接線に平行
となる。
【００１６】一方向凝固法には結晶を垂直方向に成長さ
せる垂直凝固法と結晶を水平方向に成長させる水平凝固
法とがある。前者には垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）、
垂直温度勾配凝固法（ＶＧＦ法）、タンマン法（ＶＢ
法）、熱交換法（ＨＥ法）などがあり、後者には水平ブ
リッジマン法（ＨＢ法）、水平温度勾配凝固法（ＨＧ
Ｆ）、カピチャ法（ＨＧＦ法）などがある。本発明には
ＶＢ法が適している。
せる垂直凝固法と結晶を水平方向に成長させる水平凝固
法とがある。前者には垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）、
垂直温度勾配凝固法（ＶＧＦ法）、タンマン法（ＶＢ
法）、熱交換法（ＨＥ法）などがあり、後者には水平ブ
リッジマン法（ＨＢ法）、水平温度勾配凝固法（ＨＧ
Ｆ）、カピチャ法（ＨＧＦ法）などがある。本発明には
ＶＢ法が適している。
【００１７】ニッケル基合金には例えばCM186LC（Ｃｒ
6.0％，Ｃｏ9.0％，Ｔｉ0.7, Ａｌ5.7％，Ｗ8.4％，Ｍ
ｏ0.5％，Ｔａ3.4％，Ｃ0.07％，Ｂ0.015％，Hf1.4%）
をあげることができる。
6.0％，Ｃｏ9.0％，Ｔｉ0.7, Ａｌ5.7％，Ｗ8.4％，Ｍ
ｏ0.5％，Ｔａ3.4％，Ｃ0.07％，Ｂ0.015％，Hf1.4%）
をあげることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。先
ず、図６を参照して一方向凝固法に用いる装置の概要を
説明する。一方向凝固翼製造装置１０の耐火物炉体１１
の外周には誘導コイル１２が巻き付けられ、炉体１１の
内部には鋳型１５が配置されている。炉体１１を誘導加
熱すると、その内面に設けられたサセプタ１３から熱線
が放射され、鋳型１５が輻射エネルギを受けて加熱され
るようになっている。
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。先
ず、図６を参照して一方向凝固法に用いる装置の概要を
説明する。一方向凝固翼製造装置１０の耐火物炉体１１
の外周には誘導コイル１２が巻き付けられ、炉体１１の
内部には鋳型１５が配置されている。炉体１１を誘導加
熱すると、その内面に設けられたサセプタ１３から熱線
が放射され、鋳型１５が輻射エネルギを受けて加熱され
るようになっている。
【００１９】炉体１１には蓋１４が被せられている。蓋
１４のほぼ中央には注湯口１４ａが開口している。この
注湯口１４ａを介してヒータ１７付き溶解炉１６から鋳
型１５内に溶融金属１８が供給されるようになってい
る。鋳型１５は図示しない昇降機構の軸３３に昇降可能
に支持されている。
１４のほぼ中央には注湯口１４ａが開口している。この
注湯口１４ａを介してヒータ１７付き溶解炉１６から鋳
型１５内に溶融金属１８が供給されるようになってい
る。鋳型１５は図示しない昇降機構の軸３３に昇降可能
に支持されている。
【００２０】鋳型１５の底部には冷却セッターとしての
水冷銅板３１が取り付けられ、その上方に種結晶２１が
セットされている。水冷銅板３１の内部流路３２には図
示しない冷却水供給源が連通し、冷却水が通流して水冷
銅板３１を冷却するようになっている。水冷銅板３１が
冷却されると、水冷銅板接地面より柱状晶の成長がはじ
まる。鋳型１５を所定の速度でゆっくりと下降させる
と、柱状晶が下方から上方に向かって徐々に成長し、液
相１８と固相２０との固液界面１９が上昇していき、一
方向凝固柱状晶からなる翼が形成される。
水冷銅板３１が取り付けられ、その上方に種結晶２１が
セットされている。水冷銅板３１の内部流路３２には図
示しない冷却水供給源が連通し、冷却水が通流して水冷
銅板３１を冷却するようになっている。水冷銅板３１が
冷却されると、水冷銅板接地面より柱状晶の成長がはじ
まる。鋳型１５を所定の速度でゆっくりと下降させる
と、柱状晶が下方から上方に向かって徐々に成長し、液
相１８と固相２０との固液界面１９が上昇していき、一
方向凝固柱状晶からなる翼が形成される。
【００２１】（実施例１）単結晶ブロック組合せ種結晶
方式 次に、実施例１として単結晶ブロック組合せ種結晶方式
を用いてＮｉ基合金（ＣＭ１８６ＬＣ）からなる発電用
ガスタービン動翼の翼チップおよびプラットフォームを
同時に製造する場合について説明する。
方式 次に、実施例１として単結晶ブロック組合せ種結晶方式
を用いてＮｉ基合金（ＣＭ１８６ＬＣ）からなる発電用
ガスタービン動翼の翼チップおよびプラットフォームを
同時に製造する場合について説明する。
【００２２】図１に示すように、タービン動翼２は、半
径方向に延び出す翼プロファイル部部２２と、翼プロフ
ァイル部２２の内周側の基部に設けられたプラットフォ
ーム部２４と、プラットフォーム部２４の内周側に設け
られたセレーション部２６とが一体化した精密鋳造品か
らなるものである。
径方向に延び出す翼プロファイル部部２２と、翼プロフ
ァイル部２２の内周側の基部に設けられたプラットフォ
ーム部２４と、プラットフォーム部２４の内周側に設け
られたセレーション部２６とが一体化した精密鋳造品か
らなるものである。
【００２３】翼プロファイル部２２は所定の流線形プロ
ファイルをもつ中空構造体からなり、翼プロファイル部
２２を表面側から裏面側に貫通して中空部に連通する多
数の孔（図示せず）を備えている。翼プロファイル部２
２は翼の長手方向に二列縦隊に並ぶ複数の柱状結晶粒２
３ａ，２３ｂからなるものであり、これらの結晶粒２３
ａ，２３ｂは、図３に示すように流線形状の輪郭２２
ａ，２２ｂの接線にほぼ平行に方位＜１００＞が揃って
いる。
ファイルをもつ中空構造体からなり、翼プロファイル部
２２を表面側から裏面側に貫通して中空部に連通する多
数の孔（図示せず）を備えている。翼プロファイル部２
２は翼の長手方向に二列縦隊に並ぶ複数の柱状結晶粒２
３ａ，２３ｂからなるものであり、これらの結晶粒２３
ａ，２３ｂは、図３に示すように流線形状の輪郭２２
ａ，２２ｂの接線にほぼ平行に方位＜１００＞が揃って
いる。
【００２４】プラットフォーム部２４は所定断面形状の
プロファイルをもつブロック構造体からなり、翼プロフ
ァイル部２２の基部に連続し、またセレーション部２６
にも連続している。プラットフォーム部２４は翼チップ
部２２の基部を取り囲む部位に一列縦隊又は二列縦隊に
並ぶ複数の結晶粒２５ｃからなるものであり、これらの
結晶粒２５ｃは図４に示すようにプラットフォーム端面
２４ｃに平行に方位＜１００＞が揃っている。
プロファイルをもつブロック構造体からなり、翼プロフ
ァイル部２２の基部に連続し、またセレーション部２６
にも連続している。プラットフォーム部２４は翼チップ
部２２の基部を取り囲む部位に一列縦隊又は二列縦隊に
並ぶ複数の結晶粒２５ｃからなるものであり、これらの
結晶粒２５ｃは図４に示すようにプラットフォーム端面
２４ｃに平行に方位＜１００＞が揃っている。
【００２５】次に、図２〜図７を参照して一方向凝固翼
の製造方法について説明する。
の製造方法について説明する。
【００２６】ＶＢ法によりタービン動翼の横断面形状
（プロファイル）に応じた形状となるように種結晶２１
を製造し、これを所定サイズに切り出す（工程Ｓ１）。
（プロファイル）に応じた形状となるように種結晶２１
を製造し、これを所定サイズに切り出す（工程Ｓ１）。
【００２７】図２および図７に示すように、小サイズの
種結晶２１をスタータブロック３４にそれぞれ装着し、
これらを冷却セッター３１上の所定の位置にセットする
（工程Ｓ２）。種結晶２１のスタータブロック３４への
装着は単に嵌め込むだけでもよいが、接着剤で接着する
ようにしてもよい。セッター３１の中央部分には複数の
種結晶２１を図３に示すように配置する。また、セッタ
ー３１の周辺部分には複数の種結晶２１を図４に示すよ
うに配置する。前者は第１のセレクタ３５にそれぞれ連
通し、後者は第２のセレクタ３６にそれぞれ連通してい
る。両セレクタ３５，３６によりセレクタアッセンブリ
３が形成されている。セレクタアッセンブリ３はセレク
タ３５，３６が相互干渉しないようにレイアウトされて
いる。
種結晶２１をスタータブロック３４にそれぞれ装着し、
これらを冷却セッター３１上の所定の位置にセットする
（工程Ｓ２）。種結晶２１のスタータブロック３４への
装着は単に嵌め込むだけでもよいが、接着剤で接着する
ようにしてもよい。セッター３１の中央部分には複数の
種結晶２１を図３に示すように配置する。また、セッタ
ー３１の周辺部分には複数の種結晶２１を図４に示すよ
うに配置する。前者は第１のセレクタ３５にそれぞれ連
通し、後者は第２のセレクタ３６にそれぞれ連通してい
る。両セレクタ３５，３６によりセレクタアッセンブリ
３が形成されている。セレクタアッセンブリ３はセレク
タ３５，３６が相互干渉しないようにレイアウトされて
いる。
【００２８】中央セレクタ３５の案内路３８の拘束面は
翼プロファイル用種結晶２１の輪郭２２ａ，２２ｂに連
続し、凝固成長する柱状晶２３ａ，２３ｂの結晶方位を
制御する機能を有し、周辺セレクタ３６の案内路３８の
拘束面は２５ｃに連続し、凝固成長する柱状晶２５ｃの
結晶方位を制御する機能を有している。
翼プロファイル用種結晶２１の輪郭２２ａ，２２ｂに連
続し、凝固成長する柱状晶２３ａ，２３ｂの結晶方位を
制御する機能を有し、周辺セレクタ３６の案内路３８の
拘束面は２５ｃに連続し、凝固成長する柱状晶２５ｃの
結晶方位を制御する機能を有している。
【００２９】種結晶のセッティングが終了すると、セレ
クタ３５，３６を所定温度に予熱するとともに、鋳型１
５の周囲雰囲気を排気する（工程Ｓ３）。
クタ３５，３６を所定温度に予熱するとともに、鋳型１
５の周囲雰囲気を排気する（工程Ｓ３）。
【００３０】ヒータ１７付き溶解炉１６から鋳型１５内
に注湯し、鋳型１５に連通するセレクタ３５，３６内を
溶融金属１８で満たす（工程Ｓ４）。
に注湯し、鋳型１５に連通するセレクタ３５，３６内を
溶融金属１８で満たす（工程Ｓ４）。
【００３１】ヒータ１２への給電を制御して炉体１１と
ともに鋳型１５を加熱してセレクタ３５，３６の温度を
所望温度（例えば１４００〜１６００℃）に調整する
（工程Ｓ５）。
ともに鋳型１５を加熱してセレクタ３５，３６の温度を
所望温度（例えば１４００〜１６００℃）に調整する
（工程Ｓ５）。
【００３２】セレクタ３５，３６の温度勾配を安定化さ
せた後に、セッター３１を所定の速度（例えば３００ｍ
ｍ／ｈｒ）でゆっくりと下降させ、炉体１１から鋳型１
５を徐々に引き抜く（工程Ｓ６）。これにより溶融金属
１８は種結晶２１を起点として一方向凝固し、所望の結
晶方位をもつ柱状晶が下方から上方に向けて成長する
（工程Ｓ７）。
せた後に、セッター３１を所定の速度（例えば３００ｍ
ｍ／ｈｒ）でゆっくりと下降させ、炉体１１から鋳型１
５を徐々に引き抜く（工程Ｓ６）。これにより溶融金属
１８は種結晶２１を起点として一方向凝固し、所望の結
晶方位をもつ柱状晶が下方から上方に向けて成長する
（工程Ｓ７）。
【００３３】次いで、完全凝固した一方向凝固翼を鋳型
１５から引き抜き（工程Ｓ８）、室温近くまで温度降下
した後に種結晶２１の部分を翼本体部分から切断する
（工程Ｓ９）。この切り離された種結晶２１は次の一方
向凝固法の種結晶に再度使用される（工程Ｓ２）。
１５から引き抜き（工程Ｓ８）、室温近くまで温度降下
した後に種結晶２１の部分を翼本体部分から切断する
（工程Ｓ９）。この切り離された種結晶２１は次の一方
向凝固法の種結晶に再度使用される（工程Ｓ２）。
【００３４】実施例１によれば従来品よりも熱疲労強度
が向上した一方向凝固翼チップおよびプラットフォーム
を得ることができた。
が向上した一方向凝固翼チップおよびプラットフォーム
を得ることができた。
【００３５】また、実施例１によれば従来よりも製造歩
留まりが向上した。
留まりが向上した。
【００３６】（実施例２）；一方向凝固柱状晶方式
次に、実施例２として一方向凝固柱状晶方式を用いてＮ
ｉ基合金（ＣＭ１８６ＬＣ）からなるガスタービン動翼
の翼チップを製造する場合について説明する。
ｉ基合金（ＣＭ１８６ＬＣ）からなるガスタービン動翼
の翼チップを製造する場合について説明する。
【００３７】ＶＢ法により種結晶となる一方向凝固柱状
晶を製造する（工程Ｓ１）。
晶を製造する（工程Ｓ１）。
【００３８】一方向凝固柱状晶からなる種結晶を図示し
ないスタータブロックに装着し、これを冷却セッター上
の所定の位置にセットする（工程Ｓ２）。スタータブロ
ックにはセレクタはつけない。種結晶のスタータブロッ
クへの装着は単に嵌め込むだけでもよいが、接着剤で接
着するようにしてもよい。一方向凝固柱状種結晶が凝固
成長する柱状晶の結晶方位を制御する機能を有してい
る。
ないスタータブロックに装着し、これを冷却セッター上
の所定の位置にセットする（工程Ｓ２）。スタータブロ
ックにはセレクタはつけない。種結晶のスタータブロッ
クへの装着は単に嵌め込むだけでもよいが、接着剤で接
着するようにしてもよい。一方向凝固柱状種結晶が凝固
成長する柱状晶の結晶方位を制御する機能を有してい
る。
【００３９】種結晶のセッティングが終了すると、鋳型
を所定温度に予熱するとともに、セレクタの周囲雰囲気
を排気する（工程Ｓ３）。
を所定温度に予熱するとともに、セレクタの周囲雰囲気
を排気する（工程Ｓ３）。
【００４０】ヒータ付き溶解炉から鋳型内に注湯し、鋳
型に連通するセレクタ内を溶融金属で満たす（工程Ｓ
４）。
型に連通するセレクタ内を溶融金属で満たす（工程Ｓ
４）。
【００４１】ヒータへの給電を制御して炉体とともに鋳
型を加熱してスタータブロックの温度を所望温度に調整
する（工程Ｓ５）。鋳型の温度勾配を安定化させた後
に、セッターを所定の速度（例えば３００ｍｍ／分）で
ゆっくりと下降させ、炉体から鋳型を徐々に引き抜く
（工程Ｓ６）。これにより溶融金属は種結晶を起点とし
て一方向凝固し、所望の結晶方位をもつ柱状晶が下方か
ら上方に向けて成長する（工程Ｓ７）。
型を加熱してスタータブロックの温度を所望温度に調整
する（工程Ｓ５）。鋳型の温度勾配を安定化させた後
に、セッターを所定の速度（例えば３００ｍｍ／分）で
ゆっくりと下降させ、炉体から鋳型を徐々に引き抜く
（工程Ｓ６）。これにより溶融金属は種結晶を起点とし
て一方向凝固し、所望の結晶方位をもつ柱状晶が下方か
ら上方に向けて成長する（工程Ｓ７）。
【００４２】次いで、完全凝固した一方向凝固翼を鋳型
から引き抜き（工程Ｓ８）、室温近くまで温度降下した
後に種結晶の部分を翼本体部分から切断する（工程Ｓ
９）。この切り離された種結晶は次の一方向凝固法の種
結晶に再度使用される（工程Ｓ２）。
から引き抜き（工程Ｓ８）、室温近くまで温度降下した
後に種結晶の部分を翼本体部分から切断する（工程Ｓ
９）。この切り離された種結晶は次の一方向凝固法の種
結晶に再度使用される（工程Ｓ２）。
【００４３】実施例２によれば従来品よりも熱疲労強度
が向上した一方向凝固翼チップが得られた。
が向上した一方向凝固翼チップが得られた。
【００４４】また、実施例２によれば従来よりも製造歩
留まりが向上した。
留まりが向上した。
【００４５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、単
結晶ブロック組合せ種結晶または一方向凝固柱状種結晶
を利用することにより強度上最適となる方位に一方向凝
固させることができ、翼の強度が大幅に向上する。
結晶ブロック組合せ種結晶または一方向凝固柱状種結晶
を利用することにより強度上最適となる方位に一方向凝
固させることができ、翼の強度が大幅に向上する。
【００４６】また、本発明によれば、タービン翼の製造
歩留まりが飛躍的に向上し、その製造コストを大幅に低
減させることができる。
歩留まりが飛躍的に向上し、その製造コストを大幅に低
減させることができる。
【図１】結晶成長方位を説明するために本発明の一方向
凝固翼を模式的に示す斜視図。
凝固翼を模式的に示す斜視図。
【図２】本発明の一方向凝固翼の製造方法に用いる装置
の要部を示す部分模式図。
の要部を示す部分模式図。
【図３】一方向凝固翼の翼本体の結晶方位を示す断面模
式図。
式図。
【図４】一方向凝固翼のプラットフォームの結晶方位を
示す断面模式図。
示す断面模式図。
【図５】本発明の一方向凝固翼の製造方法を示すフロー
チャート。
チャート。
【図６】本発明の一方向凝固翼の製造方法に用いる装置
の概要を示す断面模式図。
の概要を示す断面模式図。
【図７】種結晶を保持するセレクタのスタータブロック
部分を示す部分拡大断面図。
部分を示す部分拡大断面図。
２…タービン翼、
２１…種結晶、
２２…翼チップ部、
２２ａ，２２ｂ…輪郭面（拘束面）、
２３ａ，２３ｂ…結晶粒、
２４…プラットフォーム部、
２４ｃ…プラットフォーム端面、
２５ｃ…結晶粒、
２６…セレーション部、
３…セレクタアッセンブリ、
３１…冷却セッター（水冷銅板）、
３２…冷却水流路、
３３…昇降軸、
３４…スタータブロック、
３５，３６…セレクタ、
３７…凹所、
３８…案内路、
１０…一方向凝固翼製造装置、
１１…炉体、
１２…誘導コイル、
１３…サセプタ、
１４…蓋、１４ａ…注湯口、
１５…鋳型、
１６…溶解炉、
１７…ヒータ、
１８…溶融金属（液相）、
１９…固液界面、
２０…固相。
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/28
Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ
Ｄ
(72)発明者 岡田 郁生
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
(72)発明者 高橋 孝二
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
Ｆターム(参考） 3G002 EA06
4E093 KA04
Claims (8)
- 【請求項１】 高温で運転されるエネルギ機関の翼材に
用いられる一方向凝固翼の製造方法であって、 （ａ）単結晶ブロック組合せ種結晶または一方向凝固柱
状種結晶を、結晶方位＜００１＞が翼の長手方向となる
ように、かつ翼プロファイル部は結晶方位＜１００＞が
翼プロファイル断面形状の接線に平行になるように、ま
たプラットフォーム部は、プラットフォーム端面に平行
になるように鋳型内で冷却セッターに支持されセレクタ
に連通するスタータブロック内にセットする工程と、 （ｂ）前記種結晶および前記セレクタが所定の温度にな
るまで予熱するとともに、前記鋳型の内部を真空排気す
る工程と、 （ｃ）溶融金属を前記鋳型内に供給し、引き続き前記セ
レクタの温度を調整しながら前記冷却セッターを前記鋳
型に対して相対的に下降させ、前記種結晶を起点として
凝固開始する柱状晶を前記セレクタによって案内しつつ
所望の結晶方位に一方向凝固させる工程と、を具備する
ことを特徴とする一方向凝固翼。 - 【請求項２】 ニッケル基合金またはコバルト基合金か
らなる単結晶ブロック組合せ種結晶を用いることを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 ニッケル基合金またはコバルト基合金か
らなる一方向凝固柱状種結晶を用いることを特徴とする
請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記種結晶は、翼の余肉部分にセットさ
れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載
の方法。 - 【請求項５】 前記種結晶は、翼のチップ部にセットさ
れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載
の方法。 - 【請求項６】 前記種結晶は、翼のプラットフォーム部
にセットされることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１記載の方法。 - 【請求項７】 前記種結晶は、翼のチップ部およびプラ
ットフォーム部のそれぞれにセットされることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか１記載の方法。 - 【請求項８】 高温で運転されるエネルギ機関の翼材に
用いられる一方向凝固翼であって、結晶方位＜００１＞
が翼の長手方向に平行で、かつ翼プロファイル部は結晶
方位＜１００＞が翼プロファイル断面形状の接線に平行
であること、またプラットフォーム部は、プラットフォ
ーム端面に平行になることを特徴とする一方向凝固翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002116220A JP2003311392A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 一方向凝固翼の製造方法及び一方向凝固翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002116220A JP2003311392A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 一方向凝固翼の製造方法及び一方向凝固翼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003311392A true JP2003311392A (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=29533933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002116220A Withdrawn JP2003311392A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 一方向凝固翼の製造方法及び一方向凝固翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003311392A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009270576A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Siemens Ag | 異なる幅の縦長結晶物を備えた縦長の部品 |
| WO2012152311A1 (en) * | 2011-05-09 | 2012-11-15 | Cameron Julia | A mould and a method of making a mould |
| JP2014217891A (ja) * | 2013-05-08 | 2014-11-20 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ブリッジマンインベストメント鋳造法におけるグレインスターターのための複合の幾何学的設計 |
| JP2015194137A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社東芝 | タービン翼の製造方法 |
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| CN115026243A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-09-09 | 深圳市万泽航空科技有限责任公司 | 一种定向叶片露头晶控制方法 |
-
2002
- 2002-04-18 JP JP2002116220A patent/JP2003311392A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
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| JP7297889B2 (ja) | 2018-11-27 | 2023-06-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | マルチ結晶粒セレクタ装置、セレクタ装置を使用して柱状結晶粒物品を製造するための方法、及びセレクタ装置を使用して製造された柱状結晶粒物品 |
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| CN115026243B (zh) * | 2022-06-10 | 2024-04-19 | 深圳市万泽航空科技有限责任公司 | 一种定向叶片露头晶控制方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050705 |