JP2018515342A - ターボ機械部品、ブランクおよび最終部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
鋳込み(鋳造)に関連する問題、
機械加工に関連する問題は、
その全体が経済的な状況において考慮されるべきである。
1)ロストワックス鋳込み(鋳造)により厚過ぎる粗い形態を得ること、次いで、ブレードなどの最終部品を得るために、この粗い形態を機械加工することを提供する解決策、
2)ブランクを部品のほぼ最終形状(「ほぼ正味形状」と呼ばれる)まで鋳造すること、次に、必要なものを残すが、最終部品の確実に最小限である(材料の損失がほとんどない)機械加工を可能にすることから成る解決策、
3)および複数のターボ機械部品を製造するための準備を可能にする、遠心分離永久鋳型内に鋳込み(鋳造)による解決策であって、以下のステップ、
a)金属材料を遠心分離鋳造鋳型に注ぐステップと、
b)細長い形状、好ましくは略円筒形または多面体、および/あるいは円形または多角形の断面を有するブランクをそこから取り出すステップと、
c)部品の最終形状が得られるまでブランクを機械加工するステップと、
を含む、解決策。
鋳型シェルのための希少材料(イットリウムなど)の使用が必要であるが、コストおよび供給の問題を伴うこと、
鋳型/シェルの反応性から生じるもの(反応性が非常に高いので、TiAlに特有のもの)と、鋳型の中に落ちるシェルデブリから生じるもの(ロストワックス工程に特有のもの)の両方の含有物の形成によって部品を脆弱化する危険性、
一般的には、遠心力に対する耐性と、鋳型からの取り出しを容易にするためのシェルの脆弱性との間に見出される妥協を伴う、シェルの非常に特定の開発と、
遠心分離による鋳造のための特定の設備の使用。
a)プラズマトーチによって、TiAl(チタン−アルミニウム)金属間合金を格納式底部鋳型(またはリング鋳型)内に溶融状態に保つステップと、
b)溶融状態から冷却された状態で、鋳造されたインゴットをそこから取り出すステップと、
c)製造される部品のより複雑なものよりも簡単な外形を含む少なくとも1つのブランクにインゴットを切断するステップと、
d)前記より複雑な外形を含む部品を得るためにブランクを機械加工するステップと、
から成るステップを含む方法である。
ステップc)で、ステップd)の部品が機械加工される切断ブランクが、所与の外部容積および/または質量A1を含むべきであり、
ステップd)で、機械加工された部品が、所与の外部容積および/または質量A2を含むべきであり、
比A2/A1が0.95より大きくあるべきであることが推奨される。
ステップc)で、全ての切断ブランクは、外部体積の95%以上および/または取り出されたインゴットの質量の95%以上を示すべきであり、および/または
ステップb)で、略円筒形または多面体のインゴットが得られるべきである。
ガンマ粒および層状粒(アルファ2/ガンマ)から成る二重微細構造を得るための熱処理、
および/またはHIC(熱間等方圧圧縮成形)の準備のための熱処理、次いでHIC(空隙を詰めるため)、
を含む。
約1038℃〜1149℃の温度(約5%以内)まで、約5時間から約50時間の間の加熱により熱処理し、次に、材料が、1185℃〜1204℃の温度で熱間等方圧圧縮成形(HIC)を任意で受けるステップと、
次いで、約1018℃〜1204℃の温度で(やはり5%以内)、HICなしで別の熱処理と、
を行う。
含有物または非溶融部分(PAM炉内で溶融されていない原材の部分)がないこと、
鋳造されたバー/インゴット上に、1ミリメートル未満のサイズを含む空隙がほとんどないこと、
HIC後(この圧縮が行われる場合)、ブランク上に実際に全く空隙がないこと。
プラズマトーチによる溶融の終わりに得られたTiAl金属間化合物から作製されたターボ機械部品のブランク、および
そのようなブランクの機械加工から生じる機械加工された部品
を備え、ブランクが決定された外部体積および/または質量A1を含み、機械加工された部品が、決定された外部体積および/または質量A2を含み、比A2/A1が、0.95より大きく、1未満であるように準備が行われる。
「ロストワックス鋳造」の従来技術では、溶融から生じる粗いインゴットを得た後、ろう型を製造し、次にろうクラスタをアセンブリし、次にシェルを成形し、次にシェルを焼成し、次にシェルを脱ろうし、次にインゴットを再溶融し、および金属を鋳造し、次に鋳型を破壊し、次に得られた再溶融インゴットをブランクに切断し、その後、熱処理/任意でHIC処理し、寸法を検査し、および機械加工する。
a)TiAl金属間化合物をリング鋳型(またはPAM炉)内で最初に鋳造し、プラズマトーチによって溶融するステップ、
b)溶融した状態から冷却された状態で、鋳造されたインゴットをそれから取り出すステップと、
c)インゴットを、製造される前記部品のより複雑なものよりも簡単な外形を含む少なくとも1つのブランクに切断するステップと、
d)前記より複雑な外形を含む部品を得るためにブランクを機械加工するステップと、
を提供する4つのステップに限定することから成る。
インゴット17から生じる各ブランク21は、300m未満、好ましくは220mm〜240mmの長さL2、および12×103mm2未満、5%以内(すなわち、1.2dm2)の断面S(その長さL2に垂直)を含むべきであること、
ステップc)で、全ての切断ブランク21が、取り出されたインゴット17の外部容積および/または質量の95%超を示すこと、および/または、
ステップc)で切断ブランク21、すなわちステップd)の部品(19aまたは19bのようなブレード)が機械加工されるブロックは、A1と呼ばれる決定された外部容積および/または質量を含むべきであること、
このステップd)で、機械加工された部品19aまたは部品19bは、A2と呼ばれる所与の外部容積および/または質量を含むべきであること、および
比A2/A1が0.95より大きく、1未満であること
につながることが好ましい。
ブランクの材料がガンマ粒と層状粒(アルファ2/ガンマ)とから成る二重微細構造を含むように熱処理すること、
および/またはHIC(熱間等方圧圧縮成形)の準備のための熱処理をすること、およびHIC(空隙を再び詰めるため)、
を実施することが推奨される。
約47〜49%のアルミニウム(原子%で)を含有する組成を一般的に含む、PAM炉1から発生する前述のガンマ粒を含むTiAl合金が、約1035℃〜約1150℃の温度で、約5時間から約50時間の期間に熱処理を受け、
次いで、約1000℃〜1220℃の温度で別の熱処理を受ける。
Claims (13)
- 少なくとも1つの金属ターボ機械部品(19a、19b)を製造する方法であって、
a)プラズマトーチ(70)によってチタン−アルミニウム金属間合金をリング鋳型(13)内で溶融状態に保つステップと、
b)溶融状態から冷却された状態で、鋳造されたインゴット(17)をそこから取り出すステップと、
c)製造される前記部品(19a、19b)のより複雑な外形よりも簡単な外形を含む少なくとも1つのブランク(21)にインゴットを切断するステップと、
d)前記より複雑な外形を含む部品を得るためにブランク(21)を機械加工するステップと、
から成るステップを含む方法。 - ステップc)で、ステップd)の部品が機械加工される切断ブランク(21)が、所与の外部容積および/または質量A1を含み、
ステップd)で、機械加工された部品(19a、19b)が、所与の外部容積および/または質量A2を含み、
比A2/A1が0.95より大きい、
請求項1に記載の方法。 - ステップc)で、全ての切断ブランク(21)が、取り出されたインゴット(17)の外部容積および/または質量の95%を超えることを示す、請求項1または2に記載の方法。
- インゴット(17)を得るステップb)が、略円筒形または多面体のインゴットを得るステップを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- ステップb)で、取り出されたインゴット(17)が、200mm以下の直径または約32x103mm2未満の断面を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 溶融ステップa)が、48%のAl、2%のCr、2%のNb(原子%で)を含む48−2−2 TiAl合金の溶融を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- ガンマ粒と層状粒(アルファ2/ガンマ)から成る二重微細構造を得るための熱処理、
および/または熱間等方圧圧縮成形を準備するための熱処理の後に、そのような熱間等方圧圧縮成形、
をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 約47〜49%のアルミニウム(原子%で)を含有する組成を含むガンマ粒を含むTiAl合金が:
約5〜50時間の期間、約1038℃〜1149℃の温度に加熱することによって熱処理するステップと、
次いで、1185℃〜1204℃の温度で熱間等方圧圧縮成形(HIC)するステップと、
を受ける、請求項1〜5のいずれか一項に従属する場合、請求項7に記載の方法。 - 熱間等方圧圧縮成形ステップの後に、約1018℃〜1204℃の温度で別の熱処理を行う、請求項8に記載の方法。
- 約47〜49%のアルミニウム(原子%で)を含有する組成を含むガンマ粒を含むTiAl合金が、
約5〜50時間の期間、約1038℃〜1149℃の温度に加熱することによって熱処理するステップと、
次いで、熱間等方圧圧縮成形なしで、約1018℃〜1204℃の温度で別の熱処理するステップと、
を受ける、請求項1〜5の一項に従属する場合、請求項1〜5のいずれか一項、または請求項7に記載の方法。 - 金属間化合物をリング鋳型(13)内で溶融状態に保つステップa)の前に、一連のプラズマトーチ(7)が金属間化合物を溶融し、次いでそれを溶融状態に保つ、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- チタン−アルミニウム金属間化合物から作製されたターボ機械部品(19a、19b)のブランク(21)であって、決定された外部容積および/または質量A1を含む、ブランク(21)と、
そのようなブランク(21)の機械加工から生じ、決定された外部体積および/または質量A2を含む機械加工された部品(19a、19b)であって、比A2/A1が0.95より大きく1未満である、部品(19a、19b)と
を備えるアセンブリ。 - ブランク(21)が、300mm未満、好ましくは220mm〜240mmの長さ(L2)と、この長さに垂直に、32,000mm2以下、好ましくは12,000mm2未満の断面(S)とを含む、請求項12に記載のアセンブリ。
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