JP2015501878A - TA6Zr4DE titanium alloy part manufacturing method - Google Patents

TA6Zr4DE titanium alloy part manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2015501878A
JP2015501878A JP2014540540A JP2014540540A JP2015501878A JP 2015501878 A JP2015501878 A JP 2015501878A JP 2014540540 A JP2014540540 A JP 2014540540A JP 2014540540 A JP2014540540 A JP 2014540540A JP 2015501878 A JP2015501878 A JP 2015501878A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat treatment
manufacturing
cooling
solution heat
quenching
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.)
Granted
Application number
JP2014540540A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6189314B2 (en
Inventor
ドゥリアン,マリオン
ロシェット,フィリップ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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 SNECMA SAS filed Critical SNECMA SAS
Publication of JP2015501878A publication Critical patent/JP2015501878A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6189314B2 publication Critical patent/JP6189314B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C14/00Alloys based on titanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • F04D29/023Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324Blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/20Manufacture essentially without removing material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/40Heat treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17Alloys
    • F05D2300/174Titanium alloys, e.g. TiAl

Abstract

本発明は、α/β領域でブランクを鍛造してプリフォームを形成するステップと、チタン合金のβ領域で粗形部品を形成するためにプリフォームを熱間打ち抜きするステップと、熱処理とを含む方法に関する。本発明は、粗形部品が、打ち抜きステップ時に、全体にわたって1.2以上の局部変形εを受け、この打ち抜きステップは、85℃/分より速い初期冷却速度での急冷により終了されることを特徴とする。本発明の方法は、ターボ機械の回転部品を製造するのに適用できる。The present invention includes forging a blank in the α / β region to form a preform, hot stamping the preform to form a rough part in the β region of the titanium alloy, and heat treatment. Regarding the method. The present invention is characterized in that the rough part undergoes a local deformation ε of 1.2 or more during the punching step, and this punching step is terminated by rapid cooling at an initial cooling rate higher than 85 ° C./min. And The method of the present invention can be applied to manufacture rotating parts of turbomachines.

Description

本発明は、TA6Zr4DEチタン合金製部品を製造する熱機械的製造方法および該方法により製造された部品に関する。   The present invention relates to a thermomechanical manufacturing method for manufacturing a TA6Zr4DE titanium alloy component and a component manufactured by the method.

本発明は、特に、ディスク、トラニオン、インペラのようなターボ機械の回転部品に適用できるが、これらに限定されない。本発明は、特に、高圧圧縮機のディスクに関する。   The present invention is particularly applicable to, but is not limited to, rotating parts of turbomachines such as discs, trunnions, and impellers. The present invention particularly relates to a disk of a high pressure compressor.

現在のところ、本出願人によって使用されている技術では、高圧圧縮機ディスクは、α/β領域でブランクを鍛造するステップとチタン合金のβ領域において熱間打ち抜きするステップとを含む鍛造によって製造される。打ち抜きは、約1030℃で行われる。   Currently, in the technique used by the applicant, the high pressure compressor disk is manufactured by forging which includes forging a blank in the α / β region and hot stamping in the β region of the titanium alloy. The The punching is performed at about 1030 ° C.

プレス機でこの打ち抜きするステップの後には、1時間、970℃(βトランザス温度−30℃に相当する)の温度で、合金のα/β領域で溶体化処理を行うステップを含む熱処理サイクルが行われる。この溶体化処理ステップの後は、油中または水/ポリマー混合物中での焼き入れステップが行われる。   After this punching step with a press machine, a heat treatment cycle including a step of solution treatment in the α / β region of the alloy at a temperature of 970 ° C. (corresponding to β transus temperature −30 ° C.) is performed for 1 hour. Is called. This solution treatment step is followed by a quenching step in oil or water / polymer mixture.

次に、8時間、595℃の温度で、焼きなまし処理が行われ、その後、空気中で冷却される。   Next, an annealing treatment is performed at a temperature of 595 ° C. for 8 hours, and then cooled in air.

この製造方法を実行する際に特定の条件を考慮に入れなければ、粗い微細構造のゾーンを有する合金が得られる。この粗い微細構造のゾーンは、特に、−50℃から+200℃の使用範囲に対して、特に、一定のドウェル時間の間応力が加えられた状態でオリゴサイクル疲労試験を行った時に、ドウェル時間のない同じタイプの疲労試験の場合に比べて、優れた強度のチタン合金としては好ましくない。最大負荷が維持されるドウェル時間を導入したことで、この疲労試験時に寿命が短くなることが認められ、ドウェル効果と呼ばれる現象となる。より詳細には、ドウェル効果は、比較的低い温度(200℃未満)でクリープを含み、クリープは、オリゴサイクル疲労と相まって、部品が早期に破壊する恐れのある材料の内部損傷を引き起こす。   If specific conditions are not taken into account when carrying out this production method, an alloy with a coarse microstructured zone is obtained. This coarse microstructured zone is particularly suitable for the range of −50 ° C. to + 200 ° C., especially when the oligocycle fatigue test is performed with stress applied for a certain dwell time. Compared to the same type of fatigue test, it is not preferable as a titanium alloy having excellent strength. By introducing a dwell time during which the maximum load is maintained, it is recognized that the life is shortened during this fatigue test, and this phenomenon is called a dwell effect. More specifically, the dwell effect includes creep at relatively low temperatures (below 200 ° C.), which, coupled with oligocycle fatigue, causes internal damage to the material that can cause the part to break prematurely.

特に、約6%のアルミニウム、2%のスズ、4%のジルコニウム、および2%のモリブデンを含む「6242」として周知の合金を使用するのが好ましい。より詳細には、この合金は、冶金学的用語で、TA6Zr4DE合金として周知である。   In particular, it is preferred to use an alloy known as “6242” containing about 6% aluminum, 2% tin, 4% zirconium, and 2% molybdenum. More specifically, this alloy is known in metallurgical terms as TA6Zr4DE alloy.

ドウェル効果現象をもたらすタイプの構造は、図1に示されており、全て同じ向きを示した絡み合わない針状部が粒子限界10の両側に位置している。「羽毛状」構造と呼ばれるこの構造では、針状部が互いに平行に並ぶ。   A type of structure that results in a dwell effect phenomenon is shown in FIG. 1, with entangled needles all pointing in the same orientation located on either side of the particle limit 10. In this structure, called a “feathered” structure, the needles are arranged parallel to each other.

一方、α相針状部が完全に絡み合っている場合には、すなわち、α相針状部が互いに平行な針状部の束となってまとまるのではなく、全く異なる向きで配置され分布している場合には(図1のゾーン20、図2全体を参照)、ドウェル効果現象をもたらさないので、好適な構造が得られる。   On the other hand, when the α-phase needles are completely intertwined, that is, the α-phase needles are not bundled in a bundle of parallel needles but are arranged and distributed in completely different directions. 1 (see zone 20 in FIG. 1 and FIG. 2 as a whole), the dwell effect phenomenon is not produced, so that a preferable structure is obtained.

したがって、航空分野で適用するには、特に、高圧圧縮機ディスクに適用するには、離陸時および着陸時に、エンジンがドウェル効果現象に相当する温度および応力の範囲の動作条件にさらされるので、ドウェル効果現象の影響を非常に受けやすい。このドウェル効果現象は、疲労亀裂を早期に引き起こす可能性があり、さらに部品の破壊さえも引き起こす可能性がある。   Therefore, for applications in the aviation field, particularly for high pressure compressor disks, the engine is exposed to operating conditions in the temperature and stress range corresponding to the dwell effect phenomenon during takeoff and landing, so Very susceptible to effect phenomena. This phenomenon of dwell effect can cause fatigue cracks early and can even cause component failure.

このドウェル効果現象については、ターボ機械の製造業者は十分に認知しており、数々の研究の対象となってきた。また、ドウェル効果現象は、全ての温度安定化されたチタン合金、すなわち、βクラス、α/βクラス、ニアαクラス、およびαクラスのチタン合金全てに見られる。   This dwell effect phenomenon has been well recognized by turbomachine manufacturers and has been the subject of numerous studies. The dwell effect phenomenon is also observed in all temperature-stabilized titanium alloys, that is, all β-class, α / β-class, near α-class, and α-class titanium alloys.

本発明の目的は、TA6Zr4DEチタン合金製の熱機械的部品の製造方法であって、工業的に行うことができ、先行技術の欠点を克服することができ、特に、ドウェル効果現象の範囲を限定する可能性を提供することである。   The object of the present invention is a method for producing a thermomechanical part made of TA6Zr4DE titanium alloy, which can be carried out industrially, can overcome the drawbacks of the prior art, and in particular limits the scope of the dwell effect phenomenon. Is to provide the possibility to do.

本発明の目的は、部品が低い温度で周期的応力を受けても、ドウェル効果現象に関係している寿命が延長された部品を得ることができるように、熱機械的製造方法を改良することである。   The object of the present invention is to improve the thermomechanical manufacturing method so that even if the component is subjected to cyclic stress at low temperatures, it is possible to obtain a component with an extended lifetime associated with the dwell effect phenomenon. It is.

上述の目的を達成するために、本発明は、α/β領域でブランクを鍛造してプリフォームを形成するステップと、チタン合金のβ領域で粗形部品を形成するためにプリフォームを熱間打ち抜きするステップと、熱処理とを含むTA6Zr4DEチタン合金製の熱機械的部品の製造方法であって、粗形部品は、打ち抜きステップ時に、全体にわたって1.2以上の局部変形εを受け、この打ち抜きステップは、85℃/分より速い、好ましくは、100℃/分より速い初期冷却速度での急冷により終了されることを特徴とする方法に関する。   To achieve the above objectives, the present invention includes the steps of forging a blank in the α / β region to form a preform and hot forming the preform to form a rough part in the β region of the titanium alloy. A method of manufacturing a thermomechanical part made of TA6Zr4DE titanium alloy including a punching step and a heat treatment, wherein the rough part undergoes a local deformation ε of 1.2 or more during the punching step, and the punching step Relates to a process characterized in that it is terminated by quenching at an initial cooling rate of faster than 85 ° C./min, preferably faster than 100 ° C./min.

本発明が基本とする概念は、ドウェル効果現象をもたらす平行な針状部または「コロニー(colony)」の領域が材料内に存在することが認められたということと一致する。このコロニーは、互いに接触する一次α相の比較的粗く細長い針状物から成る。該コロニーは、数mmの長さと、0.1mmから1.5mmの厚さとを有する場合がある。   The concept on which the present invention is based is consistent with the fact that it has been observed that parallel needles or “colony” regions that cause the dwell effect phenomenon are present in the material. This colony consists of relatively coarse and slender needles of primary alpha phase that are in contact with each other. The colony may have a length of a few mm and a thickness of 0.1 mm to 1.5 mm.

材料が応力を受けると、該コロニーは、高転位密度が発生する箇所となるので、コロニーが活性化すると、任意の特定の熱的効果がなくても、針状物間ですべりが発生する可能性があり、このことが破壊の原因となる可能性がある。   When the material is stressed, the colony becomes a place where high dislocation density occurs, and when the colony is activated, slippage may occur between the needles without any specific thermal effect. This may cause destruction.

本発明は、特に、ドウェル効果を最小限に抑えるために、「絡み合った」タイプの構造を形成することにより、さらに、そのためには、転位の蓄積を最小限に抑え、さらに部品の破壊のリスクを最小限に抑えるために、転位が自由に移動できる範囲を小さくすることにより、粒径を制限して「コロニー」タイプの構造を制限することができる製造方法を提供することを目的とする。   The present invention, in particular, by forming an “entangled” type structure to minimize the dwell effect, thereby further minimizing the accumulation of dislocations and the risk of component destruction. In order to minimize the above, it is an object of the present invention to provide a production method capable of limiting the particle size and limiting the structure of the “colony” type by reducing the range in which dislocations can freely move.

そのため、本発明は、打ち抜きステップの終わりに細かい微細構造を形成するために、ある最小レベルの変形が部品に加えられるということだけでなく、打ち抜きステップにより得られた粗形部品を利用して、この粗形部品を即座にかつ十分に素早く冷却することにより、この細かい微細構造を確実に維持することができることを特徴とする。   Therefore, the present invention utilizes not only that a certain minimum level of deformation is applied to the part to form a fine microstructure at the end of the punching step, but also the rough part obtained by the punching step, By cooling the rough part immediately and sufficiently quickly, this fine microstructure can be reliably maintained.

例えば、打ち抜きステップを終了させる冷却は、特に、60℃以下の温度の水中での焼き入れによって行われる。   For example, the cooling for completing the punching step is performed by quenching in water at a temperature of 60 ° C. or less.

有利には、本発明の製造方法では、前記熱処理は、合金のα/β領域における溶体化熱処理を含み、その直後に、100℃/分より速い冷却速度で部品全体を冷却する。   Advantageously, in the production method according to the invention, the heat treatment comprises a solution heat treatment in the α / β region of the alloy, immediately followed by cooling of the entire part at a cooling rate faster than 100 ° C./min.

好ましくは、溶体化熱処理を終了させる冷却は、150℃/分より速い冷却速度、特に、200℃/分から450℃/分の冷却速度で部品を焼き入れするステップによって行われる。   Preferably, the cooling to end the solution heat treatment is performed by quenching the part at a cooling rate higher than 150 ° C./min, in particular from 200 ° C./min to 450 ° C./min.

有利には、溶体化熱処理を終了させる冷却は、油中または水/ポリマー混合物中での焼き入れによって行われる。   Advantageously, the cooling to end the solution heat treatment is effected by quenching in oil or in a water / polymer mixture.

したがって、この急速冷却のために、微細構造の状態は、溶体化熱処理ステップの終わりの状態で凝固され、この微細構造のさらなる変化は回避される。微細構造がさらに変化すると、ドウェル効果現象をもたらすα相コロニーの針状部が成長する恐れがあるためである。   Thus, due to this rapid cooling, the microstructure state is solidified at the end of the solution heat treatment step and further changes in this microstructure are avoided. This is because if the microstructure further changes, the needle-like portion of the α-phase colony that causes the dwell effect phenomenon may grow.

さらに、急速な焼き入れを選択することにより、シーディング/成長型の現象(かなり粗い微細構造になる)に比べて、α相へのβ相のマルテンサイト型変態(かなり細かい微細構造になる)が促進される。   In addition, by selecting rapid quenching, the β-phase martensitic transformation to α-phase (which results in a fairly fine microstructure) compared to seeding / growth-type phenomena (which results in a rather coarse microstructure) Is promoted.

さらに好ましくは、本発明の製造方法の最後に、本発明の方法はさらに、
‐溶体化熱処理を終了させる焼き入れステップの後、約8時間(h)、約595℃の温度で焼きなましステップを行い、その後、空気中で冷却するステップ
を含む。
More preferably, at the end of the production method of the present invention, the method of the present invention further comprises:
-After the quenching step to finish the solution heat treatment, an annealing step is carried out at a temperature of about 595 ° C for about 8 hours (h), followed by cooling in air.

有利には、本発明の製造方法はさらに、打ち抜きステップ(その後、水中で冷却)と溶体化熱処理ステップとの間に、大きすぎる部品を小さくするための機械加工ステップ、特に、事前機械加工ステップを含む。その後、部品の寸法を修正して最終形状にするために、他の機械加工動作が行われる。   Advantageously, the production method according to the invention further comprises a machining step, in particular a pre-machining step, for reducing parts that are too large between the stamping step (and then cooling in water) and the solution heat treatment step. Including. Thereafter, other machining operations are performed to correct the dimensions of the part to a final shape.

事前機械加工が追加される場合、焼き入れステップの後に、冷却速度は、350℃/分より速くなるのが好ましい。   If pre-machining is added, the cooling rate is preferably faster than 350 ° C./min after the quenching step.

このようにして、熱処理時に処理が必要な材料の容積を小さくすることができるので、部品全体をより迅速に冷却することができる。   In this way, the volume of the material that needs to be processed during the heat treatment can be reduced, so that the entire part can be cooled more quickly.

本発明者は、より微細な構造にすることができるこの製造方法は、材料の熱機械特性に影響を与えることにならないことがわかった。   The inventor has found that this manufacturing method, which allows for a finer structure, does not affect the thermomechanical properties of the material.

本発明はさらに、上述の製造方法を使用してTA6Zr4DEチタン合金で製造された熱機械的部品を提供する。   The present invention further provides a thermomechanical component made of TA6Zr4DE titanium alloy using the manufacturing method described above.

チタン製の熱機械的部品は、好ましくは、ターボ機械の回転部品、特に、圧縮機ディスク、具体的には、高圧圧縮機用ディスクを形成する。   The thermomechanical parts made of titanium preferably form the rotating parts of turbomachines, in particular compressor disks, in particular high-pressure compressor disks.

最後に、本発明はさらに、上述のいずれの定義も満たした熱機械的部品が取り付けられたターボ機械に関する。   Finally, the invention further relates to a turbomachine fitted with a thermomechanical component meeting any of the above definitions.

本発明の他の利点および特徴は、一例として添付図面を参照しながら詳述する以下の説明を読めば明らかになるであろう。   Other advantages and features of the invention will become apparent on reading the following description, given by way of example with reference to the accompanying drawings.

上記で説明した先行技術の従来の製造方法を使用して形成された微細構造を示した図である。It is a diagram showing a microstructure formed using the conventional manufacturing method of the prior art described above. 上記で説明した本発明の製造方法を使用して形成されたタイプの微細構造を示した図である。It is the figure which showed the microstructure of the type formed using the manufacturing method of this invention demonstrated above. 先行技術の製造方法および本発明の製造方法のステップを示した図である。It is the figure which showed the step of the manufacturing method of a prior art, and the manufacturing method of this invention. 先行技術の製造方法によって製造された部品および本発明の製造方法によって製造された部品に対して、大気温度で疲労試験(ドウェル時間を含む「台形状」サイクル)を行った寿命結果を示した図であり、異なる大きさの部品の2つのゾーン(ゾーン3とゾーン5)で行った結果を示した図である。The figure which showed the lifetime result which performed the fatigue test ("trapezoidal shape cycle including dwell time) at the atmospheric temperature with respect to the part manufactured by the manufacturing method of the prior art, and the part manufactured by the manufacturing method of this invention. FIG. 6 is a diagram showing the results obtained in two zones (zone 3 and zone 5) of parts having different sizes.

図3を参照すると、特に、本出願人の会社によって、TA6Zr4DEまたは「6242」チタン合金製の高圧圧縮機ディスクに対して使用されている先行技術の従来の熱処理について示されている。   Referring to FIG. 3, there is shown, in particular, a prior art conventional heat treatment used by Applicant's company for high pressure compressor disks made of TA6Zr4DE or “6242” titanium alloy.

最初に、材料のブランクまたはビレットがα/β領域で、例えば、950℃で鍛造され、その後、空気中で冷却されて、プリフォームが形成される。   First, a blank or billet of material is forged in the α / β region, for example, at 950 ° C., and then cooled in air to form a preform.

その後、プリフォームは、1030℃の温度(βトランザス温度+30℃に相当する)でチタン合金のβ領域で熱間打ち抜きステップにかけられ、鍛造の後に、水中で冷却されて、ディスクを形成するための粗形部品(「鍛造ブランク」としても周知である)が形成される。   The preform is then subjected to a hot stamping step in the β region of the titanium alloy at a temperature of 1030 ° C. (corresponding to β transus temperature + 30 ° C.), and after forging, is cooled in water to form a disk. A rough part (also known as a “forged blank”) is formed.

この打ち抜きステップの後、1時間、970℃の温度(βトランザス温度−30℃に相当する)で合金のα/β領域で溶体化熱処理するステップを含む熱処理が行われる。   After this punching step, heat treatment is performed including a solution heat treatment in the α / β region of the alloy at a temperature of 970 ° C. (corresponding to β transus temperature −30 ° C.) for 1 hour.

この溶体化熱処理ステップの後、油中または水/ポリマー混合物中での焼き入れステップが行われる(最初は、最小冷却速度200℃で、その後、200℃/分から450℃/分の冷却速度で行われる)。   This solution heat treatment step is followed by a quenching step in oil or water / polymer mixture (initially at a minimum cooling rate of 200 ° C. and then at a cooling rate of 200 ° C./min to 450 ° C./min. )

その後、8時間、595℃で空気中で冷却され、焼きなまし熱処理が行われる。   Then, it cools in air at 595 degreeC for 8 hours, and annealing heat processing is performed.

図1に示されているように、粒子限界の両側に位置する互いに平行なα相針状部から成るコロニーを特定の場所に有する微細構造を有する材料が形成される。これらの針状部は、図面に示されている細長形状の断面を有し、その長さは数百マイクロメートルに及ぶ場合が多い。   As shown in FIG. 1, a material having a microstructure having a colony composed of parallel α-phase needles located on both sides of the particle limit at a specific location is formed. These needle-like parts have an elongated cross section shown in the drawings, and their length often extends to several hundred micrometers.

図2では、示されている微細構造は、図1の合金と同じチタン合金の微細構造であり、以下の異なる部分以外は、上述した製造方法で処理された後の微細構造である:
‐打ち抜きステップ時に、ブランクは全体にわたって1.2以上の局部変形εを受ける。この局部変形の最小値εは、1.5が有利であり、1.7より大きい、またはさらに1.9より大きいのが好ましく、最高では2を超える。
In FIG. 2, the microstructure shown is that of the same titanium alloy as that of FIG. 1, except for the following different parts, after being processed by the manufacturing method described above:
-During the punching step, the blank undergoes a local deformation ε of 1.2 or more throughout. The minimum value ε of this local deformation is advantageously 1.5, preferably greater than 1.7, or even greater than 1.9, with a maximum exceeding 2.

このような状況下では、平行な針状部のコロニーは、数が少なくなり、サイズが小さくなる。針状部のほとんどが絡み合い、さらには、それぞれ異なるサイズの針状部になる。図2に示されるように、針状部の全ての断面のサイズは小さくなり、長さは100マイクロメートル(μm)未満、一般に、約20μmから50μmが維持される。   Under such circumstances, the number of parallel needle-like colonies decreases and the size decreases. Most of the needle-shaped parts are intertwined, and furthermore, the needle-shaped parts are different in size. As shown in FIG. 2, the size of all cross-sections of the needles is reduced and the length is maintained below 100 micrometers (μm), typically about 20 μm to 50 μm.

したがって、平行配列の長い針状部が無くなることで、破壊のリスクにつながる転位の蓄積を防ぐことによりドウェル効果現象を防ぐことが期待できる。   Therefore, it can be expected that the dwell effect phenomenon is prevented by eliminating the accumulation of dislocations leading to the risk of destruction by eliminating the long needle-like portions of the parallel arrangement.

針状部のサイズを小さくすることで、針状部の容積が小さくなり、針状部間の接触領域が小さくなるので、転位またはボイドのような欠陥部が移動しにくくなり、その結果、欠陥部の移動距離はより短くなり、蓄積する可能性が小さくなる。   By reducing the size of the needle-like part, the volume of the needle-like part is reduced and the contact area between the needle-like parts is reduced, so that defective parts such as dislocations or voids are difficult to move, resulting in defects. The moving distance of the part becomes shorter and the possibility of accumulation becomes smaller.

本発明において、用語「局部変形ε」は、Forge2005シミュレーションソフトウェアによって計算されたミーゼスの意味の等価一般化変形を指すのに使用される。計算に使用される数式は、以下の通りである:   In the present invention, the term “local deformation ε” is used to refer to an equivalent generalized deformation of the Mises meaning calculated by the Forge 2005 simulation software. The mathematical formula used for the calculation is as follows:

Figure 2015501878
ここで、[ε]plは、塑性変形テンソルに相当する。
Figure 2015501878
Here, [ε] pl corresponds to a plastic deformation tensor.

確実に、打ち抜きステップの終わりに、全体にわたって局部変形の最小値が得られるようにするために、コンピュータ支援設計(CAD)手段を使用してシミュレーションを行う。   In order to ensure that a minimum value of local deformation is obtained throughout at the end of the punching step, simulation is performed using computer aided design (CAD) means.

特に、本発明の製造方法によって得られた材料は全体として、熱機械特性、特に、あらゆる変形を受ける条件下でオリゴサイクル疲労に耐える特性を有し、先行技術の製造方法によって得られた材料の場合より劣ることはない。   In particular, the material obtained by the production method of the present invention as a whole has thermomechanical properties, in particular, the ability to withstand oligocycle fatigue under conditions subject to any deformation, and the material obtained by the prior art production method. There is nothing worse than the case.

高圧圧縮機ディスクに対して、大気温度で、最大応力772メガパスカル(MPa)で、台形状の信号(1秒間応力なし、40秒間応力あり、1秒間応力なし)を使用して、応力印加によるオリゴサイクル疲労に耐える能力の試験を行った。   For high pressure compressor discs by applying stress using trapezoidal signals (no stress for 1 second, no stress for 40 seconds, no stress for 1 second) at ambient temperature with a maximum stress of 772 megapascals (MPa) The ability to withstand oligocycle fatigue was tested.

ディスクのゾーン3(穴に相当する)およびゾーン5(ウェブに相当する)で行われた図4に示されている試験について、破壊前のサイクル数に関する結果を以下の表1にまとめられている:   Table 1 below summarizes the results for the number of cycles prior to failure for the test shown in FIG. 4 performed in zone 3 (corresponding to the hole) and zone 5 (corresponding to the web) of the disk. :

Figure 2015501878
Figure 2015501878

このように、寿命が長くなり、ドウェル効果現象に耐える能力は1.5倍(ゾーン3)から4倍(ゾーン5)と、かなり大幅に増大していることがわかる。   In this way, it can be seen that the lifetime is increased, and the ability to withstand the dwell effect phenomenon is considerably increased from 1.5 times (zone 3) to 4 times (zone 5).

比較として、本発明の製造方法によって得られた部品の強度が標準範囲から得られた部品と少なくとも同程度であることを立証する他の機械検査として、けん引力試験(20℃および450℃で行う)および500℃でのクリープ伸び試験が挙げられる。   As a comparison, a traction test (20 ° C. and 450 ° C. is performed as another mechanical inspection that proves that the strength of the part obtained by the manufacturing method of the present invention is at least comparable to that obtained from the standard range. ) And a creep elongation test at 500 ° C.

さらに、80ヘルツ(Hz)の周波数で、大気温度で、応力印加による振動疲労試験に関しては、寿命は、本発明の製造方法によって得られた部品は標準範囲から得られた部品と比べて、3倍長くなることがわかった。   Furthermore, for vibration fatigue testing by applying stress at a frequency of 80 hertz (Hz) and at ambient temperature, the lifetime is 3 parts compared to parts obtained from the standard range compared to parts obtained from the standard range. It turned out to be twice as long.

Claims (12)

α/β領域でブランクを鍛造してプリフォームを形成するステップと、チタン合金のβ領域で粗形部品を形成するためにプリフォームを熱間打ち抜きするステップと、熱処理とを含むTA6Zr4DEチタン合金製部品を製造する熱機械的製造方法であって、粗形部品は、熱間打ち抜きステップ時に、全体にわたって1.2以上の局部変形εを受け、この熱間打ち抜きステップは、85℃/分より速い初期冷却速度での急冷により終了されることを特徴とする、製造方法。   Made of TA6Zr4DE titanium alloy comprising forging a blank in the α / β region to form a preform, hot stamping the preform to form a rough part in the β region of the titanium alloy, and heat treatment A thermomechanical manufacturing method for manufacturing a part, wherein the rough part undergoes a local deformation ε of 1.2 or more during the hot punching step, which is faster than 85 ° C./min. The method is finished by rapid cooling at an initial cooling rate. 前記熱処理が、合金のα/β領域における溶体化熱処理を含み、その直後に、100℃/分より速い速度で冷却が行われることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the heat treatment includes a solution heat treatment in an α / β region of the alloy, and immediately after that, cooling is performed at a rate higher than 100 ° C./min. 打ち抜きステップを終了させる冷却が、水中での焼き入れによって行われることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the cooling for ending the punching step is performed by quenching in water. 溶体化熱処理を終了させる冷却が、150℃/分より速い初期冷却速度での部品の焼き入れステップによって行われることを特徴とする、請求項2または請求項3に記載の製造方法。   The method according to claim 2 or 3, wherein the cooling to finish the solution heat treatment is performed by quenching the part at an initial cooling rate higher than 150 ° C / min. 溶体化熱処理を終了させる冷却が、油中または水/ポリマー混合物中で焼き入れすることによって行われることを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。   The process according to claim 4, characterized in that the cooling to end the solution heat treatment is carried out by quenching in oil or in a water / polymer mixture. 溶体化熱処理を終了させる焼き入れステップ時の冷却速度が、200℃/分から450℃/分であることを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 4, wherein a cooling rate at the quenching step for ending the solution heat treatment is 200 ° C / min to 450 ° C / min. 溶体化熱処理を終了させる焼き入れステップの後、約8時間、約595℃の温度で焼きなましを行って、その後、空気中で冷却するステップ
をさらに含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の製造方法。
7. The method of claim 1, further comprising the step of annealing at a temperature of about 595 ° C. for about 8 hours after the quenching step for ending the solution heat treatment, and then cooling in air. The manufacturing method as described in any one.
打ち抜きステップと溶体化熱処理ステップとの間に、大きすぎる部品を小さくするための機械加工ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, further comprising a machining step for reducing an excessively large part between the punching step and the solution heat treatment step. 請求項1から8のいずれか一項に記載の製造方法を使用して製造されたTA6Zr4DEチタン合金製の熱機械的部品。   A thermomechanical component made of a TA6Zr4DE titanium alloy manufactured using the manufacturing method according to any one of claims 1 to 8. ターボ機械の回転部品を形成することを特徴とする、請求項9に記載の熱機械的部品。   Thermomechanical component according to claim 9, characterized in that it forms a rotating component of a turbomachine. 高圧圧縮機ディスクを形成することを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の熱機械的部品。   Thermomechanical component according to claim 9 or 10, characterized in that it forms a high-pressure compressor disk. 請求項9から11のいずれか一項に記載の熱機械的部品を含むターボ機械。   A turbomachine comprising the thermomechanical component according to claim 9.
JP2014540540A 2011-11-08 2012-11-08 TA6Zr4DE titanium alloy part manufacturing method Active JP6189314B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1160145 2011-11-08
FR1160145A FR2982279B1 (en) 2011-11-08 2011-11-08 PROCESS FOR MANUFACTURING A PIECE PRODUCED IN A TITANIUM ALLOY TA6ZR4DE
PCT/FR2012/052581 WO2013068699A1 (en) 2011-11-08 2012-11-08 Method for manufacturing a part made of a ta6zr4de titanium alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015501878A true JP2015501878A (en) 2015-01-19
JP6189314B2 JP6189314B2 (en) 2017-08-30

Family

ID=47291101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014540540A Active JP6189314B2 (en) 2011-11-08 2012-11-08 TA6Zr4DE titanium alloy part manufacturing method

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20140286783A1 (en)
EP (1) EP2776599B1 (en)
JP (1) JP6189314B2 (en)
CN (1) CN103906851B (en)
BR (1) BR112014010218B1 (en)
CA (1) CA2853183A1 (en)
FR (1) FR2982279B1 (en)
RU (1) RU2616691C2 (en)
WO (1) WO2013068699A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201713483D0 (en) * 2017-08-22 2017-10-04 Imp Innovations Ltd A method for forming sheet material components
US11725516B2 (en) * 2019-10-18 2023-08-15 Raytheon Technologies Corporation Method of servicing a gas turbine engine or components
CN113118349B (en) * 2019-12-30 2022-09-20 西北工业大学 Preparation method of Ti6242 titanium alloy large-thickness cake blank

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63130755A (en) * 1986-11-21 1988-06-02 Sumitomo Metal Ind Ltd Working heat treatment of alpha+beta type titanium alloy
JP2009531546A (en) * 2006-03-30 2009-09-03 スネクマ Heat treatment method and manufacturing method for thermomechanical components made of titanium alloy, and thermomechanical components obtained from these methods
JP2012503098A (en) * 2008-09-22 2012-02-02 スネクマ Method of manufacturing titanium parts by initial β forging
JP2012502803A (en) * 2008-09-22 2012-02-02 スネクマ Method of forging titanium alloy thermomechanical parts

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4309226A (en) * 1978-10-10 1982-01-05 Chen Charlie C Process for preparation of near-alpha titanium alloys
US6401537B1 (en) * 1999-07-02 2002-06-11 General Electric Company Titanium-based alloys having improved inspection characteristics for ultrasonic examination, and related processes
FR2836640B1 (en) * 2002-03-01 2004-09-10 Snecma Moteurs THIN PRODUCTS OF TITANIUM BETA OR QUASI BETA ALLOYS MANUFACTURING BY FORGING
US7008491B2 (en) * 2002-11-12 2006-03-07 General Electric Company Method for fabricating an article of an alpha-beta titanium alloy by forging
US7449075B2 (en) * 2004-06-28 2008-11-11 General Electric Company Method for producing a beta-processed alpha-beta titanium-alloy article

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63130755A (en) * 1986-11-21 1988-06-02 Sumitomo Metal Ind Ltd Working heat treatment of alpha+beta type titanium alloy
JP2009531546A (en) * 2006-03-30 2009-09-03 スネクマ Heat treatment method and manufacturing method for thermomechanical components made of titanium alloy, and thermomechanical components obtained from these methods
JP2012503098A (en) * 2008-09-22 2012-02-02 スネクマ Method of manufacturing titanium parts by initial β forging
JP2012502803A (en) * 2008-09-22 2012-02-02 スネクマ Method of forging titanium alloy thermomechanical parts

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013068699A1 (en) 2013-05-16
FR2982279A1 (en) 2013-05-10
EP2776599A1 (en) 2014-09-17
CN103906851A (en) 2014-07-02
CN103906851B (en) 2016-10-26
RU2616691C2 (en) 2017-04-18
BR112014010218B1 (en) 2022-09-20
JP6189314B2 (en) 2017-08-30
CA2853183A1 (en) 2013-05-16
US20140286783A1 (en) 2014-09-25
EP2776599B1 (en) 2017-10-11
FR2982279B1 (en) 2013-12-13
RU2014123323A (en) 2015-12-20
BR112014010218A2 (en) 2017-06-13
BR112014010218A8 (en) 2017-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5985754B2 (en) Ni-base alloy product and manufacturing method thereof
US8721812B2 (en) Techniques for controlling precipitate phase domain size in an alloy
JP5994951B2 (en) Method for producing Fe-Ni base superalloy
JP2015519208A (en) Part hole treatment process and aerospace parts with treated holes
JP6189314B2 (en) TA6Zr4DE titanium alloy part manufacturing method
JP5525257B2 (en) Heat treatment method and manufacturing method for heat resistant parts made of titanium alloy, and heat resistant parts obtained from these methods
JP5767080B2 (en) Heat-resistant alloy member and manufacturing method thereof, repair method of heat-resistant alloy member
CN108559934A (en) A kind of cryogenic treatment process of TC6 titanium alloy forgings
JP2014161861A (en) FREE-FORGING PROCESSING METHOD OF Ni GROUP THERMOSTABLE ALLOY MEMBER
JP2014161861A5 (en)
KR101330641B1 (en) A Manufacturing method for profiled ring of Ni-base superalloy for obtaining a uniform microstructure
CHAO et al. Working hardening behaviors of severely cold deformed and fine-grained AZ31 Mg alloys at room temperature
Gardner et al. The effects of thermomechanical history on the microstructure of a nickel-base superalloy during forging
Lu et al. Crack appearance of a laser shock-treated single crystal nickel-base superalloy after isothermal fatigue failure
CN112642976B (en) Two-stage non-isothermal forging method for controlling titanium alloy beta forging texture
RU2012128876A (en) METHOD FOR MANUFACTURING NICKEL SUPER ALLOYS TYPE INCONEL 718
JP2001123257A (en) Manufacturing method of large forged stock
JP6253064B2 (en) Method for producing parts made of single crystal (SX) or directionally solidified (DS) nickel-base superalloy
CN106086734A (en) The forging method of 2618A aluminum alloy impeller forging
US20090159162A1 (en) Methods for improving mechanical properties of a beta processed titanium alloy article
US9994947B2 (en) Method for producing defect-free threads for large diameter beta solution treated and overaged titanium-alloy bolts
Yanhui et al. Microstructure homogeneity evaluation for TC11 blisk forging using loss function based on Taguchi method
Jiang et al. Effects of different treatment processes on microstructure and tensile fracture behaviour of selected laser melting TC17 titanium alloy
JP2015507701A (en) A method for predicting burn cracks in components formed by a strong process.
Jayanthi et al. Study on Multi Stage Forging Process with Combination of Different Strain Rate and Temperature Regime in IMI 685 Forging

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151015

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160906

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20161130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170104

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170802

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6189314

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250