JP2005533931A - 強化された複合機械部品およびその製造方法 - Google Patents

強化された複合機械部品およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2005533931A
JP2005533931A JP2004523882A JP2004523882A JP2005533931A JP 2005533931 A JP2005533931 A JP 2005533931A JP 2004523882 A JP2004523882 A JP 2004523882A JP 2004523882 A JP2004523882 A JP 2004523882A JP 2005533931 A JP2005533931 A JP 2005533931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal matrix
core
machine part
casing
reinforcing component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004523882A
Other languages
English (en)
Inventor
プスレルブ,イザベル
シヨハン,ジヤツク
テネジー,アンヌ
Original Assignee
スネクマ・モトウール
フオルジユ・ドウ・ボローニユ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by スネクマ・モトウール, フオルジユ・ドウ・ボローニユ filed Critical スネクマ・モトウール
Publication of JP2005533931A publication Critical patent/JP2005533931A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2204/00End product comprising different layers, coatings or parts of cermet
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826Assembling or joining
    • Y10T29/49908Joining by deforming
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826Assembling or joining
    • Y10T29/49908Joining by deforming
    • Y10T29/49909Securing cup or tube between axially extending concentric annuli
    • Y10T29/49913Securing cup or tube between axially extending concentric annuli by constricting outer annulus
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736Al-base component

Abstract

本発明は、コア52を構成するコア区域およびシェル54を構成する周辺区域が沿って延びる1つの主方向を有する機械部品50であって、前記コア52および前記シェル54が、それらの間に冶金結合を有し、前記コア52が、少なくとも1つの金属マトリクスを有している第1の材料から作られており、前記シェル54が、少なくとも1つの金属マトリクスを有している第2の材料から作られる、機械部品50に関するものである。本発明は、第1および第2の材料の金属マトリクスが、同じベース金属を有し、かつ、第1および第2の材料の少なくとも一方が、前記金属マトリクスに分散された強化成分を備える金属複合マトリクスから構成されていることを特徴とする。前記機械部品は、ファンまたは低圧圧縮機のためのブレードとして使用されるのが好ましい。

Description

本発明は、機械部品を得ることに関し、該機械部品は、コアを構成する中心区域と前記コアを包囲するケーシングを構成する周辺区域とが沿って延びる主方向を呈し、前記コアおよび前記ケーシングが、互いの間に冶金結合を呈し、前記コアが、少なくとも金属マトリクスを呈する第1の材料から作られ、前記ケーシングが、少なくとも金属マトリクスを呈する第2の材料から作られる。
本発明は、より詳しくは、
・ 少なくとも金属マトリクスを呈する第1の材料から作られたコアと、少なくとも金属マトリクスを呈する第2の材料から作られたケーシングあるいはジャケットとを備えている、2つの部分から作り上げられた機械部品と、
・ 方法を実施することで前述の特定の機械部品を得ることができる製造方法とに関する。
特に非限定的な方法で、本発明は、第1の材料および/または第2の材料の金属マトリクスが、そのベース金属としてアルミニウムを呈する機械部品を得ることに関する。
好ましいが非限定的な用途では、本発明は、航空機の分野、特に圧縮機、特に低圧圧縮機の可動ブレードあるいは固定翼で使用される機械部品、またはターボジェットのファンブレードとして使用される機械部品に関する。
それにもかかわらず、本発明は、ブレードあるいは翼の製造に限定されず、単に航空機の分野だけに応用されることにも限定されず、他の種類の機械部品、特に機械ツールの分野においてまたは自動車産業において、ケーシング、管、シリンダ、あるいは制動に使用するための摩耗部品のような機械部品を予想することができる。
具体的には、絶えず軽量化が図られるととともに、機械強度および耐高温性の良好な特性を示す機械部品が、さまざまな種類の用途で要求されている。
このように、特に航空機の分野、より正確にはターボジェットの分野では、特に固定翼および/または可動ブレードを製造するために、良好な機械強度と耐温度性とを有している材料が要求されている。
今日では、チタン合金が、この目的のために広く用いられており、その結果、原料費が高く、また時には重量が過大であるとみなされる欠点をこうむっている。
そのような構造体の軽量化に役立つチタンの含まれない中空部品を作ることを追求する解決方法もまた用いられており、そのために、比較的複雑で費用のかかる製造技術が必要である。
米国特許第6218026号を参照することができ、該米国特許には、それぞれ部品の内側部分の箇所および外側部分の箇所に配置された、特に異なる2つのチタン合金から作られたハイブリッド機械部品を作ることが提案されている。この従来技術の文献によれば、内側部分および外側部分は、熱間等静圧圧縮成形で得られた冶金結合によって互いに連結されている。
いずれにしても、目標は、密度を大きく変えることなく部品の機械特性を改善するために、内側部分が外側部分よりも大きい弾性率を有している機械部品を得ることである。
それにもかかわらず、熱間等静圧圧縮成形技術が実施するのに費用がかかれば、チタン合金の使用は、機械部品の重量の観点と原料費の観点とからも好ましくない。
本発明における1つの目的は、実施するのが簡単である冶金技術を用いて機械部品と機械部品の製造方法とを提案することによって、それら従来技術の欠点を軽減することである。
したがって、本発明の態様の1つでは、本発明によれば、機械部品が提供され、該機械部品は、コアを構成する中心区域と前記コアを包囲するケーシングを構成する周辺区域とが沿って延びる主方向を呈し、前記コアおよび前記ケーシングが、互いの間に冶金結合を呈し、前記コアが、少なくとも金属マトリクスを呈する第1の材料から作られ、前記ケーシングが、少なくとも金属マトリクスを呈する第2の材料から作られる。
特徴的な方法で、第1および第2の材料の前記金属マトリクスは、同一の金属に基づいており、また前記第1および前記第2の材料の少なくとも一方は、前記金属マトリクスに分散された強化成分を含有している金属マトリクス複合材料から作られている。
このように、両方とも同一のベース金属に基づいている第1の材料と第2の材料との間の類似性のために、きわめて良好な品質な物理化学的結合によって構成された界面をコアと被覆体との間に呈する、コアと被覆体を呈する部品を得ることが可能であることがわかる。
単一部品を形成する2つの材料間の界面の特徴、そのため、「複合」部分と称することができる界面の特徴は、特に材料の少なくとも一方が金属マトリクス複合材料であるときには、きわめて重要である。この点に関して、第1の材料および第2の材料についての組成の主成分として同じ金属を用いることは、高い機械強度を示す冶金結合をコアとケーシングとの間に形成する、コアおよびケーシングを得る際にきわめて重要である。
加えて、第1および第2の材料の少なくとも一方に強化成分が存在しているので、この構成によれば、部品を強化する必要のある部分において、その機械強度特性と、ことによるとさらに耐高温性とを改善することができ、それにもかかわらず、金属マトリクスの密度に類似する全体密度を維持することができる。
ちなみに、機械部品のために意図された用途によって左右されるが、第1および第2の材料(コアおよびケーシング)のいずれか一方、あるいは第1および第2の材料(コアおよびケーシング)の双方は、前記金属マトリクスに分散された強化成分を有している金属マトリクス複合材料によって構成される、ということに留意されたい。
前者の場合には、第1の材料の組成は、存在する強化成分の量に少なくとも関して、第2の材料の組成とは異なっている。
以下のような構成が、独立してあるいは組み合わされて採択されるのが好ましい。
・ 前記ベース金属はアルミニウムである。
・ 第1および第2の材料の前記金属マトリクスは、第1の合金および第2の合金によってそれぞれ構成され、前記第1の合金および前記第2の合金は、ASTM規格のシリーズ2000、5000、6000または7000のアルミニウムベースの合金から選択されており、好ましくは、前記第1の合金および前記第2の合金は、前記ASTM規格のシリーズ2000、5000、6000または7000から、特に2000シリーズから選択された、同一シリーズのアルミニウムベースの合金から選択される。
・ 前記強化成分は、炭化ケイ素(SiC)の粒子、アルミナ(Al)の粒子、または炭化タングステン、炭化ホウ素、あるいは炭化チタンなどの金属炭化物の粒子である。
・ 前記強化成分は、前記金属マトリクス複合材料の組成の50重量%以下であり、好ましくは、前記強化成分は、前記金属マトリクス複合材料の組成の5重量%から35重量%、好ましくは10重量%から20重量%、より好ましくは約15重量%である。
・ 前記第1および前記第2の材料の一方は、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られ、前記第1および前記第2材料の他方は、前記金属マトリクスのみから作られている。
・ 前記第1の材料は、そのベース金属としてのアルミニウムを含む前記金属マトリクスのみから作られており、前記第2の材料は、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られており、前記金属マトリクスは、ベース金属としてアルミニウムを有し、前記強化成分は、炭化ケイ素(SiC)の粒子から作られている。この好ましい選択は、腐食および衝撃に耐えるAl/SiCの良好な性能、およびより大きい剛性による利点に役立っている。
・ 前記第1および前記第2の材料は、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られ、前記強化成分は、前記コアおよび前記ケーシングにおける前記金属マトリクス複合材料の組成の異なる重量百分率を呈する。
・ 前記強化成分は、前記第1および前記第2の材料において、前記コアの中心から前記ケーシングの周辺へ徐々に変化する、前記金属マトリクス複合材料の組成の重量百分率を呈する。
・ 前記強化成分について、前記第1の材料は、前記第2の材料におけるよりも大きい前記金属マトリクス複合材料の組成の重量百分率を呈する。
・ 前記強化成分について、前記第2の材料は、前記第1の材料におけるよりも大きい前記金属マトリクス複合材料の組成の重量百分率を呈する。
好ましいが非限定的な本発明の金属部品の用途では、前記金属部品はブレードを構成する。
このようなブレードは、圧縮機、特に低圧圧縮機に属してもよく、固定翼かあるいは可動ブレードかのいずれかを構成するものであってもよい。
同様に、このようなブレードは、ターボジェットファンを作るために使用されてもよい。
別の態様では、本発明によれば、実施されると、上記で特定された機械部品を得るのに役立つ製造方法が提供される。
一般に、本発明の製造方法は、以下の工程を実施することで機械部品を得るのに役立つ。
a)コアおよびケーシングを含む半仕上品を作るために圧縮する工程であって、前記コアおよび前記ケーシングが、互いの間に冶金結合を呈し、前記コアが、少なくとも金属マトリクスを呈する第1の材料から作られ、前記ケーシングが、少なくとも金属マトリクスを呈する第2の材料から作られ、第1の材料および第2の材料の前記金属マトリクスが、同一のベース金属に基づき、前記第1および第2の材料の少なくとも一方が、前記金属マトリクスに分散された強化成分を含有する金属マトリクス複合材料から作られる、半仕上品を作るために圧縮する工程、
b)ブランクを得るために半仕上品を鍛造する工程、
c)前記機械部品を構成する完成品を提供するために、前記ブランクを機械加工する工程。
工程a)は、本発明の範囲を超えることなく、さまざまな方法で実施することができる。
第1の解決方法では、前記工程a)は、コアおよびケーシングを粉末冶金技術によって結合して形成することからなる。マトリクスの中に粉末を詰め込み、次いで「焼結」熱処理を施すこの方法では、半仕上品を直接構成する金属部品を得ることができる。
この第1の解決方法は、前記強化成分が、前記第1の材料(コア)および前記第2の材料(ケーシング)において、前記コアの中心から前記ケーシングの周辺へかけて、例えば最小値の0重量%から10重量%と、最大値の50重量%以下との間で中心から離れると減少し、あるいは中心から離れると増大して変化する、前記金属マトリクス複合材料の組成の重量百分率を呈する、機械部品を得ることが望ましい状況に、特によく適している。
それにもかかわらず、この第1の解決方法は、上記状況に限定されるものではなく、以下に言及される2つの状況にも適用することができる。
・ 前記第1および前記第2の材料は、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られており、前記強化成分は、前記コアおよび前記ケーシングにおける前記金属マトリクス複合材料の組成の異なる重量百分率を呈しており、かつ、
・ 前記第1および前記第2の材料の一方は、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られ、一方、前記第1の材料および前記第2の材料の他方は、前記金属マトリクスのみから作られる。
第2の解決方法では、前記工程a)は、
a1)長手方向に延びる棒を作るために前記第1の材料を使用する副工程であって、前記棒は、機械部品の中心に配置された前記コアを構成するのに役立つ、前記第1の材料を使用する副工程と、
a2)長手方向に延びるスリーブを作るために前記第2の材料を使用する副工程であって、前記スリーブは、前記コアを包囲することで機械部品のケーシングを構成するのに役立つ、前記第2の材料を使用する副工程と、
a3)アセンブリを構成するために棒をスリーブの中に挿入する副工程と、
a4)前記棒と前記スリーブとの間に冶金結合を作り出すために、前記アセンブリの少なくとも1つの寸法を減少させるように、前記アセンブリを、前記長手方向に対して垂直な方向に小さい断面のオリフィスを通過させる副工程とを連続して実行することからなる。
この第2の解決方法は、前記強化成分が、前記第1および前記第2の材料の一方だけに存在し、前記第1および前記第2の材料の他方が、前記金属マトリクスだけから作られる機械部品を得ることが望ましい状況に、特によく適している。このため、粉末冶金技術は、強化成分を含有するコア(第1の材料)およびケーシング(第2の材料)の一方を作るために、特に用いられる。
第2の解決方法における工程a)についての副工程a4)は、アセンブリの圧延または押出成形、すなわちアセンブリを熱い間に、互いに徐々に近づく連続する対のシリンダ間を強制して通すか、あるいは断面積が徐々に小さくなるダイを強制して通すことからなるのが好ましい。
一般に、この工程a)は、圧縮工程を実施する技術、特にコアとケーシングとが同時に形成される(第1の解決方法)時点か、あるいはそれらが別部品として初期形成される(第2の解決方法)時点かのいずれかで、コアとケーシングとを構成している材料間に冶金学的な結合を作り出すように、コアとケーシングとの間に圧力を加えて、良好な界面を生じさせる技術を用いる。
当然のことではあるが、この冶金学的な結合は、機械結合よりも密接な接触を形成し、第1および第2の材料は、原子間力が作用し始めるほど互いに近接している。このような界面によって、機械部品は、加えられるさまざまな応力に満足な方法で耐えることができる。
鍛造工程b)を実施するときには、本発明の範囲を超えることなく、いくつかの解決方法が可能である。
一般論として、鍛造は、充分に可鍛性になる温度にまで上昇された金属を変形させることで、インゴットを所定形状のブランクに変換するように努める冶金操作からなるものであり、変形は、衝撃(ハンマリング、スタンピング)によるか、あるいは2つの工具の間に圧力(閉鎖されたマトリクスプレス)を加えることによるかのいずれかで得られる。
ある好ましい解決方法では、鍛造工程はダイスタンピングからなる。他の鍛造技術は、単独で使用されることもでき、またはダイスタンピングと、プレス鍛造、ハンマリング等を組み合わせて使用されることができる。
特に、本発明の製造方法は、アルミニウムに基づいた前記金属マトリクスのみから作られている第1の材料、および前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られている第2の材料に適用され、前記金属マトリクスは、アルミニウムに基づいており、前記強化成分は、炭化ケイ素(SiC)の粒子から形成されており、この好ましい選択によって、米国特許第6135195号に説明されたように、アルミニウム合金とSiCの粒子との間におけるきわめて良好な相互作用による利点が可能になり、それによって、チタンよりもコストの低い材料を得ることができる。
加えて、ベース金属としてアルミニウムを選択することで、特に鍛造工程の間において、またより小さい断面のオリフィスを通る圧延あるいは押出成形の工程a4)の間においても、その良好な伸び特性による利点が可能になり、さらに、その良好な腐食特性による利点も可能になる。
本発明は、以下で例示として与えられるような、本発明の機械部品に関する実施形態の以下の説明を読むことで、いっそうよく理解され、またその派生的特徴とそれらの利点とがいっそう明らかになる。
説明および図面は、当然のことながら、単なる非限定的表示によって与えられている。
添付図面に参照が行なわれる。
本発明に係る機械部品の可能性のある用途の一例が、図1にバイパスターボジェット100の形態で示されている。
ターボジェット100は、長手方向軸102の周りに軸方向に配置され、かつ互いに流体が連通するさまざまな要素を有している通常の構造体を備えており、また特に、ファン104と加速器すなわちブースター106とを備えている。
当然のことではあるが、このようなターボジェットは、このような構造体について従来の他のいくつかの要素、特に高圧圧縮機、燃焼室、高圧タービン、および低圧タービンを有しているが、これらのさまざまな付加的要素は、単純明快にするために示されていない。
ファン104および加速器106は、ローターシャフト108による低圧タービンで回転駆動される。
ファン104は、一連のブレード110を備えており、これらのブレードは、径方向に延びるとともに環状ディスク112に取り付けられているが、図1にはこれらのブレードの1つだけが示されている。当然のことではあるが、ディスク112およびブレード110は、エンジン100の軸102の周りに回転するように取り付けられている。
エンジン100は、またファンケーシング114を含んでいる。
加速器106は、複数組の可動ブレード116を備え、可動ブレード116は、ディスク118で回転するように取り付けられ、さらに、これらの可動ブレードの間に取り付けられた一組の固定翼120を有している。
本発明は、ファン104のそれぞれのブレード110、および/または加速器106のそれぞれの可動ブレード116および/またはそれぞれの固定翼120を構成するために特に適している、機械部品を得ることに関する。
同様に、本発明の機械部品は、圧縮機、特に低圧圧縮機のような、図1に示されたものと同じかあるいは異なる、このようなターボジェットエンジンにおける他の要素の固定および/または可動翼および/またはブレードを構成することもできる。
上述のように、本発明の機械部品は、機械的に強いものであることが必要であって、比較的軽量である構造体を示す構造要素を作るために、航空機の分野以外の分野にも使用することができる。
上述のブレードを得るために適した本発明の製造方法の実施は、以下に記載される。
この非限定的実施では、アルミニウム合金に基づいた第1の材料から作られたコアと、金属マトリクス複合材料によって構成された第2の材料から作られたケーシングとを備えるブレードを作ることが考慮され、第2の材料において、金属マトリクスが、アルミニウムベースの合金であり、強化成分が、炭化ケイ素(SiC)の粒子である。
このような状況では、従来のアルミニウム合金製造技術を用いて、最初にアルミニウム棒10が作られる。
粉末冶金技術によって得ることができる、金属マトリクス複合材料を構成する上述の第2の材料から、スリーブ20もまた作り出される。
次の工程は、棒10をスリーブ20の中へ導入して、アセンブリ30を構成することからなるが、この段階では、棒10の外表面とスリーブ20の壁の内表面との間に、隙間あるいは一様な空きスペースが存在することが明らかである。
アセンブリ30の棒10とスリーブ20とを互いに固着し、同時にこれら2つの要素の間に良好な界面を達成するために、図2に示されたように押出操作が行われる。
図2では、アセンブリ30は、ダイ42の入口40の中へ挿入されているように見える。この入口40は、低減角を形成する頂点で、半角αがある円錐台の形態である。この入口40は、スリーブ20の外径よりも大きい上流側直径を呈しており、一方、入口40の下流側直径は、棒10の直径よりも小さい直径を示している。
その結果、アセンブリ30は、ダイ42の入口40を通して熱間押し込みされて長くされることで断面積が減少し、界面が、ダイ42の出口44で複雑な半製品32をともに構成する棒10とスリーブ20との間に作り出される。
当然のことではあるが、図2に示された押出成形工程には、小さい直径を示しているダイを通る連続的な複数のパスが備わっていてもよい。
示された実施では、低減角αは、30°に等しく、またこの低減角は、一般に1°から45°の範囲、好ましくは5°から35°の範囲にある。
このようにして、断面積における低減は、アセンブリ30と複雑な半製品32との間に得られるが、断面積における低減は、10%から70%の程度のものであり、好ましくは20%から60%の範囲にある。
この押出技術は、特に一連のダイを通る連続パスによって行われるときに、摩擦接触している表面どうしの間に働く圧力のために、コアおよびケーシングを構成している材料間の良好な結合を可能にする、ということを認めることができる。
この実施の例は、30ミリメートル(mm)の直径を示し、かつ2024T4シリーズのアルミニウム合金から作られた棒10を用いて行われたが、スリーブ20は、70mmの外径と40mmの内径とを有し、金属マトリクス複合材料を構成する第2の材料から作られ、金属マトリクスが、2024T4シリーズのアルミニウム合金であり、強化成分が、5マイクロメートル(μm)の平均寸法を有し、かつ15重量%を含む炭化ケイ素から作られる。
このような押出成形は、周囲温度あるいは熱間で行なうことができ、特に約400℃で行なうことができる。
押出成形の後の、この明細書で詳しく説明される実施における次の工程は、ブレードに準最終形状を付与するために、ダイスタンピングによって鍛造することからなる。
このようなダイスタンピングは、コアとケーシングとの間に良好な界面と良好な結合とを維持するように、両材料に適合される圧力および温度の条件の下で、ブレードの最終形状へ徐々に向かうダイによる連続工程で行なわれるが、特に、約430℃の温度と約100メガパスカル(MPa)の圧力とが用いられた。
半製品32をダイスタンピングすることによるこれらの鍛造工程の終わりに、本発明の機械部品を構成する完成品を得るために、その後に機械加工されるブランク(図示略)が得られ、特に図3から図5に示されたブレードのようなブレードが得られる。
これらの図では、さまざまな形状を有して示されているブレード50は、最初に棒10を構成する第1の材料から作られたコア52を備えており、一方、コア52を包囲するケーシング54は、図2に示されたアセンブリ30のスリーブ20を最初に構成する第2の材料から作られる。
図3および図4の断面部分に、また、図5の縦断面の区域にも示されるように、ブレード50は、コア52とケーシング54との間に、第1および第2の材料の規則的な分布を示している。
このような充分に満足すべき結果が、実施するのが比較的簡単であり、それによって、ブレードのウェブ50aのさまざまな部分において一様である機械特性と、そのウェブ50aおよびその基部50b(図5を参照)との間におけるブレードの機械特性の連続性とを達成する技術によって、思いがけなくも得られた。
この実施では、アルミニウム合金が、ブレードの中心部分に配置され、したがって、アルミニウムの曲げ特性による利益を可能にすることができ、一方Al/SiC非金属複合材料がその表面にあり、したがって、いっそう大きい剛性と改善された耐衝撃性および耐腐食性とがもたらされる。
本発明によって得られる機械部品、特に部品の部分がいっそう大きい剛性を必要とする機械部品の所期の用途に応じて、Al/SiC金属マトリクス複合材料を、機械部品のコアにあるいは(機械部品の表面で)そのケーシングに配置するために選択することができる、ということを当然理解すべきである。
本発明は、強化成分を炭化ケイ素粒子の形態で用いることに限定されず、アルミナ(Al)の粒子、または炭化タングステン、炭化ホウ素、あるいは炭化チタンのような金属炭化物の粒子を用いることもできる。
また、導入部で示したように、本発明は、コアの中心からケーシングの周辺へ向かって徐々に変化する強化要素の成分を呈することができる、金属マトリクス複合材料がまったくないようにされた機械部品を作るために、同様に適用される。
本発明の機械部品についての可能性のある用途を一例として例示する、ファンと加速器を示すバイパスターボジェットの部分長手方向断面図である。 可能性がある1つの解決方法で、本発明の製造方法を実施する工程の1つを可能にする構成の長手方向断面図である。 径方向外側端部で円錐台として示されたブレードの斜視図であって、本発明の機械部品の可能性のある用途を示す。 径方向外側端部で円錐台として示されたブレードの斜視図であって、本発明の機械部品の可能性のある用途を示す。 本発明の機械部品として構成することのできる別のブレードの長手方向における断面の部分斜視図である。

Claims (21)

  1. コア(52)を構成する中心区域と前記コア(52)を包囲するケーシング(54)を構成する周辺区域とが沿って延びる主方向を呈する機械部品(50、110)であって、前記コア(52)および前記ケーシング(54)が、互いの間に冶金結合を呈し、前記コア(52)が、少なくとも金属マトリクスを呈する第1の材料から作られ、前記ケーシング(54)が、少なくとも金属マトリクスを呈する第2の材料から作られ、第1および第2の材料の前記金属マトリクスが、同一のベース金属を有しており、さらに、前記第1および前記第2の材料の少なくとも一方が、前記金属マトリクスに分散された強化成分を含有している金属マトリクス複合材料から作られていることを特徴とする、機械部品(50、110)。
  2. 前記ベース金属が、アルミニウムであることを特徴とする、請求項1に記載の機械部品(50、110)。
  3. 第1および第2の材料の前記金属マトリクスが、第1の合金および第2の合金によってそれぞれ構成され、前記第1の合金および前記第2の合金が、ASTM規格のシリーズ2000、5000、6000または7000のアルミニウムベースの合金から選択されていることを特徴とする、請求項2に記載の機械部品(50、110)。
  4. 前記第1の合金および前記第2の合金が、前記ASTM規格のシリーズ2000、5000、6000、または7000から、特に2000シリーズから選択された、同一シリーズのアルミニウムベースの合金から選択されていることを特徴とする、請求項3に記載の機械部品(50、110)。
  5. 前記強化成分が、炭化ケイ素(SiC)の粒子、アルミナ(Al)の粒子、または炭化タングステン、炭化ホウ素、あるいは炭化チタンのような金属炭化物の粒子であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の機械部品(50、110)。
  6. 前記強化成分が、前記金属マトリクス複合材料の組成の50重量%以下を呈することを特徴とする、請求項5に記載の機械部品(50、110)。
  7. 前記強化成分が、前記金属マトリクス複合材料の組成の5重量%から35重量%、好ましくは10重量%から20重量%、より好ましくは約15重量%を呈することを特徴とする、請求項6に記載の機械部品(50、110)。
  8. 前記第1および前記第2の材料の一方が、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られており、前記第1および前記第2の材料の他方は、前記金属マトリクスのみから作られることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の機械部品(50、110)。
  9. 前記第1の材料が、ベース金属としてアルミニウムを備えている前記金属マトリクスのみから作られており、前記第2の材料が、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られ、前記金属マトリクスは、ベース金属としてアルミニウムを有し、前記強化成分は、炭化ケイ素(SiC)の粒子から作られることを特徴とする、請求項8に記載の機械部品(50、110)。
  10. 前記第1および前記第2の材料が、前記金属マトリクスに分散された前記強化成分を含有している前記金属マトリクス複合材料から作られており、前記強化成分が、前記コア(52)および前記ケーシング(54)において前記金属マトリクス複合材料の組成の異なる重量百分率を呈することを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の機械部品(50、110)。
  11. 前記強化成分が、前記第1の材料および前記第2の材料において、前記コア(52)の中心から前記ケーシング(54)の周辺へ徐々に変化する、前記金属マトリクス複合材料の組成の重量百分率を呈することを特徴とする、請求項10に記載の機械部品(50、110)。
  12. 前記強化成分について、前記第1の材料が、前記第2の材料におけるよりも大きい前記金属マトリクス複合材料の組成の重量百分率を呈することを特徴とする、請求項10または11に記載の機械部品(50、110)。
  13. 前記強化成分について、前記第2の材料が、前記第1の材料におけるよりも大きい前記金属マトリクス複合材料の組成の重量百分率を呈することを特徴とする、請求項10または11に記載の機械部品(50、110)。
  14. 請求項1から13のいずれか一項に記載の機械部品によって構成された、ブレード(50、110)。
  15. 固定翼および/または可動の請求項14に記載のブレードを含んでいる、低圧圧縮機。
  16. 請求項14に記載のブレード(110)を含んでいる、ターボジェットファン(104)。
  17. 請求項1から13のいずれか一項に記載の機械部品(50、110)の製造方法であって、
    a)コア(52)およびケーシング(54)を含む半仕上品を作るために圧縮する工程であって、前記コア(52)および前記ケーシング(54)が、互いの間に冶金結合を呈し、前記コア(52)が、少なくとも金属マトリクスを呈する第1の材料から作られ、前記ケーシング(54)が、少なくとも金属マトリクスを呈する第2の材料から作られ、第1および第2の材料の前記金属マトリクスが、同一のベース金属を有しており、前記第1および前記第2の材料の少なくとも一方が、前記金属マトリクスに分散された強化成分を含有する金属マトリクス複合材料から作られる、半仕上品を作るために圧縮する工程と、
    b)ブランクを得るために半仕上品を鍛造する工程と、
    c)前記機械部品を構成する完成品をもたらすために前記ブランクを機械加工する工程との、連続する工程を含むことを特徴とする、製造方法。
  18. 前記工程a)は、コア(52)およびケーシング(54)を粉末冶金技術によって結合して形成することからなることを特徴とする、請求項11に記載の機械部品を得るための請求項17に記載の製造方法。
  19. 請求項1から10のいずれか一項に記載の機械部品を得るための請求項17に記載の製造方法であって、前記工程a)が、
    a1)長手方向に延びる棒(10)を作るために前記第1の材料を使用する副工程であって、前記棒(10)は、機械部品の中心に配置された前記コア(52)を構成するのに役立つ、前記第1の材料を使用する副工程と、
    a2)長手方向に延びるスリーブ(20)を作るために第2の材料を使用する副工程であって、前記スリーブ(20)は、前記コア(52)を包囲することで機械部品のケーシング(54)を構成するのに役立つ、前記第2の材料を使用する副工程と、
    a3)アセンブリ(30)を構成するために棒(10)をスリーブ(20)の中に挿入する副工程と、
    a4)前記棒(10)と前記スリーブ(20)との間に冶金結合を作り出すために、前記アセンブリ(30)の少なくとも1つの寸法を減少させるように、前記アセンブリ(30)を、前記長手方向に対して垂直な方向に小さい断面のオリフィスを通過させる副工程とを連続して実行することからなることを特徴とする、製造方法。
  20. 前記副工程a4)が、圧延または押出成形からなることを特徴とする、請求項17から19のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記工程b)が、ダイスタンピングからなることを特徴とする、請求項17から20のいずれか一項に記載の方法。
JP2004523882A 2002-07-25 2003-07-25 強化された複合機械部品およびその製造方法 Pending JP2005533931A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0209444A FR2842828B1 (fr) 2002-07-25 2002-07-25 Piece mecanique, et procede de fabrication d'une telle piece mecanique
PCT/FR2003/002350 WO2004011687A2 (fr) 2002-07-25 2003-07-25 Piece mecanique composite renforcee, et son procede de fabrication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005533931A true JP2005533931A (ja) 2005-11-10

Family

ID=29797665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004523882A Pending JP2005533931A (ja) 2002-07-25 2003-07-25 強化された複合機械部品およびその製造方法

Country Status (12)

Country Link
US (1) US7749342B2 (ja)
EP (1) EP1384539B1 (ja)
JP (1) JP2005533931A (ja)
CN (1) CN1671498B (ja)
AU (1) AU2003269058A1 (ja)
CA (1) CA2493445C (ja)
DE (1) DE60331206D1 (ja)
ES (1) ES2340372T3 (ja)
FR (1) FR2842828B1 (ja)
RU (1) RU2347648C2 (ja)
UA (1) UA82069C2 (ja)
WO (1) WO2004011687A2 (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6701998B2 (en) * 2002-03-29 2004-03-09 Water Gremlin Company Multiple casting apparatus and method
US7338539B2 (en) 2004-01-02 2008-03-04 Water Gremlin Company Die cast battery terminal and a method of making
US8701743B2 (en) 2004-01-02 2014-04-22 Water Gremlin Company Battery parts and associated systems and methods
FR2884550B1 (fr) * 2005-04-15 2010-09-17 Snecma Moteurs Piece pour proteger le bord d'attaque d'une pale
US7617582B2 (en) * 2005-07-05 2009-11-17 Honeywell International Inc. Method of manufacturing composite generator rotor shaft
PL3059785T3 (pl) 2009-04-30 2020-03-31 Water Gremlin Company Części akumulatora mające cechy utrzymujące i uszczelniające
US8272085B2 (en) * 2009-10-13 2012-09-25 Justin Finch Boat hammock installation system
FR2963806B1 (fr) * 2010-08-10 2013-05-03 Snecma Dispositif de blocage d'un pied d'une aube de rotor
DE102010034014B4 (de) * 2010-08-11 2015-06-25 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH Sinterverbund und Verfahren zu seiner Herstellung
CN102455249B (zh) * 2010-11-03 2014-02-19 上海微电子装备有限公司 气浮轴承的刚度测试装置
US9748551B2 (en) 2011-06-29 2017-08-29 Water Gremlin Company Battery parts having retaining and sealing features and associated methods of manufacture and use
FR2982518B1 (fr) * 2011-11-15 2013-12-20 Snecma Conception d'une piece en materiau composite tisse 3d
US20130192982A1 (en) * 2012-02-01 2013-08-01 United Technologies Corporation Surface implantation for corrosion protection of aluminum components
FR2993577B1 (fr) * 2012-07-20 2016-03-11 Snecma Revetement abradable resistant a la corrosion
US9954214B2 (en) 2013-03-15 2018-04-24 Water Gremlin Company Systems and methods for manufacturing battery parts
RU2528926C1 (ru) * 2013-04-30 2014-09-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук (ИМАШ УрО РАН) Способ получения металломатричного композиционного материала
FR3037097B1 (fr) * 2015-06-03 2017-06-23 Snecma Aube composite comprenant une plateforme munie d'un raidisseur
US20190093488A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Rolls-Royce Plc Aerofoil component and method
GB201811019D0 (en) * 2018-07-04 2018-08-15 Rolls Royce Plc Methos and Tool Set For Manufacturing A Composite Component
MX2021006454A (es) 2018-12-07 2021-07-02 Water Gremlin Co Partes de bateria que tienen barreras contra acidos sin solventes y sistemas y metodos asociados.

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5328517A (en) * 1976-08-26 1978-03-16 Bbc Brown Boveri & Cie Composite material based on heat resistant alloy making method of it and structures of heat engines or electric apparatuses made of this material
JPS5662956A (en) * 1979-10-15 1981-05-29 United Technologies Corp Corrosion and abrasion resistant coating material
JPS56130411A (en) * 1980-02-27 1981-10-13 British Intern Konbisuchiyon E Sintered body of composite substance and method
JPH01180927A (ja) * 1988-01-13 1989-07-18 Toyota Motor Corp ピストン製造方法
WO1995008654A1 (fr) * 1993-09-24 1995-03-30 The Ishizuka Research Institute, Ltd. Materiau composite et procede pour sa production

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2456783A1 (fr) * 1979-05-16 1980-12-12 Cegedur Corps creux composite et procede de fabrication
US4850802A (en) * 1983-04-21 1989-07-25 Allied-Signal Inc. Composite compressor wheel for turbochargers
GB2242848A (en) * 1990-04-12 1991-10-16 Frictec Ltd Depositing coating on materials
DE4137839A1 (de) * 1991-11-16 1993-05-19 Asea Brown Boveri Verfahren zum anbringen einer erosionsschutzschicht
US5439750A (en) * 1993-06-15 1995-08-08 General Electric Company Titanium metal matrix composite inserts for stiffening turbine engine components
US5669059A (en) * 1994-01-19 1997-09-16 Alyn Corporation Metal matrix compositions and method of manufacturing thereof
US5490764A (en) * 1994-05-23 1996-02-13 General Electric Company Unshrouded blading for high bypass turbofan engines
DE69724035T2 (de) * 1996-05-20 2004-02-19 Yamaha Hatsudoki K.K., Iwata Verfahren zur Herstellung einen Kolben für eine Brennkraftmaschine
US6190133B1 (en) * 1998-08-14 2001-02-20 Allison Engine Company High stiffness airoil and method of manufacture
FR2784616B1 (fr) * 1998-10-15 2000-11-17 Snecma Procede d'obtention de pieces metalliques minces, legeres et rigides
DE19859477B4 (de) * 1998-12-22 2005-06-23 Mtu Aero Engines Gmbh Verschleißschutzschicht
DE19959598A1 (de) * 1999-12-10 2001-06-13 Rolls Royce Deutschland Verfahren zum Herstellen einer Schaufel einer Strömungsmaschine
FR2884550B1 (fr) * 2005-04-15 2010-09-17 Snecma Moteurs Piece pour proteger le bord d'attaque d'une pale

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5328517A (en) * 1976-08-26 1978-03-16 Bbc Brown Boveri & Cie Composite material based on heat resistant alloy making method of it and structures of heat engines or electric apparatuses made of this material
JPS5662956A (en) * 1979-10-15 1981-05-29 United Technologies Corp Corrosion and abrasion resistant coating material
JPS56130411A (en) * 1980-02-27 1981-10-13 British Intern Konbisuchiyon E Sintered body of composite substance and method
JPH01180927A (ja) * 1988-01-13 1989-07-18 Toyota Motor Corp ピストン製造方法
WO1995008654A1 (fr) * 1993-09-24 1995-03-30 The Ishizuka Research Institute, Ltd. Materiau composite et procede pour sa production

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005105069A (ru) 2005-07-20
EP1384539A1 (fr) 2004-01-28
UA82069C2 (uk) 2008-03-11
CN1671498A (zh) 2005-09-21
WO2004011687A2 (fr) 2004-02-05
AU2003269058A8 (en) 2004-02-16
WO2004011687A3 (fr) 2004-04-15
AU2003269058A1 (en) 2004-02-16
FR2842828A1 (fr) 2004-01-30
CA2493445A1 (fr) 2004-02-05
CN1671498B (zh) 2010-09-01
ES2340372T3 (es) 2010-06-02
RU2347648C2 (ru) 2009-02-27
EP1384539B1 (fr) 2010-02-10
CA2493445C (fr) 2011-06-14
DE60331206D1 (de) 2010-03-25
FR2842828B1 (fr) 2005-04-29
US7749342B2 (en) 2010-07-06
US20060127693A1 (en) 2006-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005533931A (ja) 強化された複合機械部品およびその製造方法
US10220434B2 (en) Methods for producing forged products and other worked products
US5927130A (en) Gas turbine guide vane
US6190133B1 (en) High stiffness airoil and method of manufacture
US7422644B2 (en) Thin parts made of β or quasi-β titanium alloys; manufacture by forging
JP2846263B2 (ja) 半割り機械部品の製造方法
US7685857B2 (en) Curved extrusions and method of forming the same
US8187724B2 (en) Method of manufacture of a dual alloy impeller
JP2022185044A (ja) 複雑な形状を有する金属合金部品を製造するための方法
EP2230037A1 (en) Method of manufacture of a dual microstructure impeller
CN115182789A (zh) 静子组件、制造方法以及包括该静子组件的叶轮机械
EP4234129A1 (en) Methods and apparatus for component manufacturing
US20160089722A1 (en) Method of manufacturing gas turbine engine component from a molybdenum-rich alloy
EP0563424B1 (de) Verbundwerkstoff aus einem metallischen Matrixwerkstoff und festigkeitserhöhenden Langfasern und Verfahren zu seiner Herstellung
JPH05171212A (ja) 可動スクロールの製造法
US20190093488A1 (en) Aerofoil component and method
Jung et al. Robust Die Design with Spiral-shape Cavity
DE102008011244A1 (de) Abreibbares Material
JPH03165948A (ja) アルミニウム合金製ローターの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090609

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20090903

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20090910

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091208

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100706