JP2010000540A5

JP2010000540A5 -

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Publication number: JP2010000540A5
Application number: JP2009143833A
Authority: JP
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2029-06-17

Description

損傷抵抗力は、様々な被覆技術（例えば、溶射、メッキ、物理蒸着及び／又は化学蒸着）を用いた様々な皮膜によって得ることができる。しかしながら、こうした皮膜の大半は厚さに限りがあり、回転タービンブレードが経験する過酷な環境では長期耐久性が得られそうにない。さらに、これらの皮膜に必要とされる表面処理（例えば、乾式グリッドブラスト）並びに被覆プロセスそれ自体が、ベース材料の耐疲労性能を低下させてしまうおそれがある。耐摩耗性（例えば、耐侵食性及び／又は耐腐食性）材料の金属クラッディング（例えば、融接プロセス（例えば、レーザ溶接、プラズマ溶接、タングステン不活性ガス（「ＴＩＧ」）溶接など）で施工された硬質皮膜（ステライト、タングステンカーバイド及びその他）など）は、長期耐久性に十分な厚さの冶金学的接合保護層を形成することができる。本明細書では、クラッディングとは、０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）以上の厚さを有する金属皮膜を包含する意味で用いられる。具体的には、クラッディングは、０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）〜０．２５インチ（６．４ｍｍ）、或いはより具体的には、０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）〜０．１５インチ（３．８１ｍｍ）、或いはさらにより具体的には、０．０２０インチ（１．２ｍｍ）〜０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の厚さを有することができる。

物品上にクラッディングを設けると、熱影響部が形成される。クラッディングプロセスに付随する熱影響部及び引張残留応力は、耐疲労性能の大幅な低下を引き起こすおそれがある。被覆又はクラッディング加工プロセスによる耐疲労性の低下を克服する高損傷耐性は、残留圧縮応力の大きな深さ（クラッディングとあらゆる中間層の合計深さよりも大きい）を生じさせることによって得ることができる。平均圧縮硬化深さは、（クラッディングの外表面から該クラッディングを通って物品まで測定したときの）クラッディングの深さを越えるのが望ましく、さらに関連する熱影響及び／又は機械的変形層の深さを越えるのが一段と望ましい。今回、一般的なショットピーニングでは、皮膜又はクラッディング影響ゾーンを制圧するのに必要な圧縮残留応力の大きな深さを誘起できないことが判明した（例えば、従来のショットピーニングで得ることのできる圧縮硬化深さは典型的には０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）以下である。）。そのため、レーザショックピーニング（「ＬＳＰ」）及び／又は低可塑性バニシング（「ＬＰＢ」）のような方法が、所望の圧縮硬化深さを得るために用いられる。レーザショックピーニング及び低可塑性バニシングは、０．０５インチ（１．２７ｍｍ）以上、或いは具体的には、０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）以上、或いはより具体的には、０．１０インチ（２．５４ｍｍ）以上の平均圧縮硬化深さを得ることができる。

従って、本方法は、物品の所望の領域をクラッディングするための融接プロセス（例えば、レーザクラッディング、プラズマリバースアーク、タングステン不活性ガスなど）を用いるステップと、次に（クラッディングの表面から測定した平均圧縮硬化深さがクラッディングの深さよりも大きくなるまで）圧縮硬化深さピーニング加工プロセスを用いるステップと含むものとして解される。任意選択的に、これらのプロセスの前後途中のいずれかに、物品を準備し、清浄化し又は処理加工するための様々な準備及び処理作業を行うことができる。幾つかの実施可能なプロセスとしては、クリーニング（例えば、超音波浴、溶剤浴など）、サーフェシング（例えば、グリットブラスト、ＥＤＭ、グラインディング、ポリシング）、機械加工（例えば、ＥＤＭ、グラインディング）、表面改質（例えば、局所的熱処理、ピーニングなど）が挙げられる。

Claims

金属物品を処理する方法であって、
物品表面を有する物品上にクラッディングを融接するステップであって、前記クラッディングが前記物品表面とは反対側に位置するクラッディング外表面を有しているステップと、
前記クラッディング外表面から測定した平均圧縮硬化深さが０．０５インチ（１．２７ｍｍ）以上となり、前記クラッディングの厚さよりも大きくなるまで前記クラッディングを圧縮硬化深さ処理加工するステップと
を含む方法。
前記融接するステップが、耐摩耗材料を多層クラッディングするステップを含む、請求項１記載の方法。
前記圧縮硬化深さ処理加工するステップが、レーザショックピーニングするステップ及び／又は低可塑性バニシングするステップを含む、請求項１又は請求項２記載の方法。
前記平均圧縮硬化深さが０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）以上である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
前記平均圧縮硬化深さが０．１０インチ（２．５４ｍｍ）以上である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
前記融接するステップが、レーザ溶接、プラズマ溶接及びタングステン不活性ガス溶接から成る群から選択された加工プロセスを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
前記クラッディングを受ける陥凹部を前記物品内に形成するステップをさらに含んでいて、前記クラッディングが前記陥凹部内に融接される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
前記圧縮硬化深さ処理加工するステップの後に前記物品を後処理加工するステップをさらに含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法。
前記圧縮硬化深さ処理加工するステップの前に前記物品を前処理加工するステップをさらに含み、前記前処理加工するステップが、ショットピーニング、ポリシング、ブレンディング、タンブリング、化学処理加工、及び上述の前処理加工の少なくとも１つを含む組合せから成る群から選択される、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法。
前記物品が前縁を備えるタービンブレードであって、前記クラッディングが前記前縁内の陥凹部に融接される、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
前記クラッディングの周りの領域で前記物品を圧縮硬化深さ処理加工するステップをさらに含む、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。
前記物品と前記クラッディングとの間に中間層を融接するステップを含む、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。
前記クラッディングが０．０２インチ（０．５１ｍｍ）よりも大きい厚さを有する、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載の方法によって形成される物品。
金属物品を処理する方法であって、
クラッディングを受け入れる領域を前記物品に準備するステップと、
物品表面を有する物品上にクラッディングを融接するステップであって、前記クラッディングが前記物品表面とは反対側に位置するクラッディング外表面を有しているステップと、
前記クラッディング及びその周りの前記物品にレーザショックピーニング及び低可塑性バニシングの少なくとも１つを行うことによって、前記クラッディング外表面から測定した平均圧縮硬化深さが０．０５インチ（１．２７ｍｍ）以上となり、前記クラッディングの厚さよりも大きくなるまで前記物品が加工された加工物品を形成するステップと
を含む方法。
前記クラッディングが前記物品表面と接触する中間層を含んでいて、前記中間層が、前記クラッディングの厚さの２０％未満の中間層厚さを有する、請求項１５記載の方法。
前記クラッディングを熱処理するステップをさらに含む、請求項１５又は請求項１６記載の方法。
前記加工物品をショットピーニングするステップをさらに含む、請求項１５乃至請求項１７のいずれか１項記載の方法。