JP2012077355A - 構造部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】母材からなる基体53の所定の範囲にレーザLを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である800℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、該レーザ照射工程でレーザLが照射された基体53に対して時効熱処理を行うことにより、所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層54を形成する時効熱処理工程とを備える。
【選択図】図2
Description
本発明の構造部材の製造方法は、母材からなる基体の所定の範囲にレーザを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である800℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、該レーザ照射工程でレーザが照射された基体に対して時効熱処理を行うことにより、前記所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層を形成する時効熱処理工程とを備えることを特徴とする。
また、レーザの出力を照射速度で除した値である出力・速度比と、形成された硬化層54の深さとの間には相関性があり、形成する硬化層54に応じて、出力・速度比を決定し、出力・速度比に基づいてレーザの出力と照射速度とを設定する。
例えば、析出硬化ステンレス鋼17−4PHでは、硬化層54を形成する部分の温度を470℃とし、保持時間を1時間として時効熱処理を行うことにより最高硬さを得ることが好ましい。
なお、加熱する手段としては特に限定されないが、ヒータや高周波加熱器による加熱が局所的な温度上昇を抑制し均一に加熱できる点で好ましい。そして、このように時効熱処理を行うことで、レーザが照射された範囲においては、母材が析出硬化して硬化層54が形成されることとなる。また、本レーザ照射後の時効温度は、母材製作時の時効温度よりも十分低いため、翼全体を加熱してレーザ照射後の時効処理を行っても良い。
図4に示すように、製造装置100は、動翼50などの被加工物Wが載置される載置台101と、載置台101を囲むように設けられたシールド102と、レーザLを発振し、載置台101に載置された被加工物Wに向かって照射するレーザ発振器103と、レーザ発振器103から発振されたレーザLの照射方向を設定するビーム走査手段104と、載置台101に載置された被加工物Wの表面形状を測定する表面形状測定手段105と、被加工物Wに加熱を行う加熱手段106と、各構成を制御する制御部107と、各種条件を入力可能な入力部108とを備える。ここで、図4において、X方向及びY方向は互いに直交する水平方向を示しており、Z方向は鉛直方向を示している。
本実施例では、析出硬化ステンレス鋼17−4PHからなる供試体に、所定の条件にてレーザ照射工程及び時効熱処理工程を実施し、各条件において形成された硬化層54の深さ、ビッカース硬さ、耐エロージョン性について評価を行った。本実施例で使用したレーザはディスクレーザで波長1030nmであるが、他の種類のレーザを用いても条件調整可能であり、これに限定されるものではない。
ウォータジェット法とは、具体的には、平板の試験片に高圧水を高速で所定の時間照射して、平板の減肉量を加速条件にて比較評価する手法である。本試験におけるウォータジェット試験条件は、噴射時間5min、ノズル径0.3mm、ノズルと試験片の距離30mm、水圧700気圧にて実施した。
また、エロージョン深さは、表面形状(粗さ)測定により最深部のエロージョン深さを測定した。
さらに、レーザLの出力・速度比を調整することによって硬化層54の深さを目標とする深さに正確に形成することができる。
50、50A 動翼(翼体、構造部材)
51 翼本体
52 シュラウド
53 基体
54 硬化層
L レーザ
Claims (6)
- 母材からなる基体の所定の範囲にレーザを照射して、オーステナイト逆変態が完了する温度である800℃以上かつ融点未満の温度まで加熱するレーザ照射工程と、
該レーザ照射工程でレーザが照射された基体に対して時効熱処理を行うことにより、前記所定の範囲に、母材が析出硬化することで形成される硬化層を形成する時効熱処理工程とを備えることを特徴とする構造部材の製造方法。 - 請求項1に記載の構造部材の製造方法において、
前記母材が析出硬化ステンレス鋼であり、
前記時効熱処理工程では、硬化層を形成する部分の温度を470℃とし、保持時間を1時間として時効熱処理を行うことを特徴とする構造部材の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の構造部材の製造方法において、
前記レーザ照射工程では、前記硬化層の目標とする深さに応じて、前記レーザの出力を照射速度で除した値を設定することを特徴とする構造部材の製造方法。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の構造部材の製造方法において、
前記レーザ照射工程の前工程として、前記基体の前記所定の範囲に対して表面形状の測定を行う表面形状測定工程を備えることを特徴とする構造部材の製造方法。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の構造部材の製造方法において、
前記構造部材はタービンの翼体であり、
前記所定の範囲は、該翼体の前縁部の一部であることを特徴とする構造部材の製造方法。 - 請求項5に記載の構造部材の製造方法において、
前記翼体は、翼本体と、該翼本体の端部に設けられたシュラウドとを有し、
前記所定の範囲は、前記翼体の前記前縁部で、前記シュラウドとの接続部分を含むことを特徴とする構造部材の製造方法。
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