JP2721721B2 - デュアルアロイディスクシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 一般的に、金属製品がある組合せの特性を有すること
が要求され、その特性に対する要件が製品の部分部分に
よって変ることがよくある。ある場合には単一の材料で
当該製品にわたって要求される各種の特性を満足させる
ことができる。しかしながら、別の場合においては、製
品に対する全ての材料上の要件を単一の材料で達成する
ことはできない。そのような場合には、製品の第１の部
分が一方の材料で作られ、該製品の第２の部分が別の材
料から作られている複合製品を使用することが知られて
いる。製品の各種の部分に対する要求される特性に基い
て種々材料が選定される。

しかしながら、複合製品の使用は深刻な実用上の問題
をもたらすことが時折ある。例えば、ガスタービン エ
ンジンにおいては、ブレードを支持するディスクは比較
的高温の環境において高速度で回転する。ディスクがそ
の外方部分即ち縁部分で直面する温度は多分1500F程度
であり、ディスクが装着されているシャフトを囲繞する
内孔部分においては温度は典型的に1000F以下の、はる
かに低温である。典型的には、作動時、ディスクは高温
の縁部領域における材料のクリープ特性と、低温の孔領
域での材料の引張特性とにより制限されうる。ディスク
が経験する応力は主としてその回転の結果によるもので
あって、物性が不十分である領域において単に材料を多
く追加しても、材料を追加した分がディスクの重量を増
加させ、ディスクの他の部分に歪力を発生させるので一
般的に満足な解決法ではない。ディスクの縁部分と孔部
分とを異なる材料で作り、かつこれらの異なる材料を相
互に結合する提案はこれまでにあった。この提案は、周
期的な高応力に対して安定して抵抗する要領で前記材料
を相互に結合する上で経験される困難さが大きな理由で
魅力的な提案ではない。

従って、本発明の目的は、それぞれが異なるアロイ成
分から形成されている少なくとも２個の部分を含み、前
記部分は製品の物性が該製品の一方の部分から別の部分
にかけて変わるように相互に効果的に結合している金属
製品を形成する方法を提供することである。本発明の別
の目的は第１のアロイで形成された孔領域と、第２のア
ロイで形成された周辺縁部領域と、それら領域の間の効
果的で実質的に欠陥部分の無い結合部分とを有するガス
タービンディスクを形成する方法を提供することであ
る。

本発明の別の目的は、その孔領域の高度の孔特性を有
し、その縁部領域で高度の縁特性を有する軸対称ガスタ
ービンディスクを作る方法を提供することである。

本発明の別の目的は、２つのアロイの間の結合におけ
る欠陥部分が加工物から除去しうるゾーンまで移されう
るようにする方法であって、またいずれかの残留欠陥に
よる好ましくない作用が最小とされるように歪を結合線
で発生させる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、ある部品の２つのアロイ領域の
間の結合部における欠陥が、仕上がり部分から除去しう
る除去領域まで移動させられ、その移動が、最小の量の
アロイが部品から（前記除去領域へ）移され、一方依然
として元の結合線の境界面およびその関連の欠陥部分の
99.9＋％までを除去させるという極めて効率的な態様で
発生し、また結合線において歪を発生させて、いずれか
の残留欠陥の好ましくない作用が最小とされる方法を提
供することである。

以下の説明の進行につれて明らかとなる前述およびそ
の他の目的を考えれば、本発明は以下説明し、かつ請求
するステップおよび部品の組合わせと配置とにあり、本
明細書に開示の本明細書の正確な実施例における変更
は、本発明の精神から逸脱することなく、請求されてい
る範囲内で行いうることが理解される。

発明の要約 一般的に、本発明は２種類のモードで使用できる。鋳
造結合と称せられる第１のモードは、単に物理的に結合
しているか、あるいは例えば仮付け溶接あるいはカプセ
ル封じ溶接のような単に限定された方法で相互に結合さ
れた金属片に本発明の段造法を適用することを含む。こ
のモードにおいては、鍛造結合は金属片２個がそれによ
り結合される一次手段を提供する。鍛造エンハンス結合
と称される第２のモードにおいては、２個の金属片は本
発明による鍛造技術の適用に先立って他の手段により結
合される。本発明の第２のモードを適用するのに特に適
している状況下においては、金属片２個が、微小粒状の
パウダ金属から形成されたニッケルベースのスーパアロ
イであり、鍛造エンハンス結合を行う前に高温度均衡押
圧法を用いて相互に拡散結合されている。実用的には、
鍛造はエンハンストした塑性流れ、あるいは超塑性流れ
を許容する状況下で達成される。

図面の簡単な説明 図１は本発明の原理を組み入れたタービンディスク加
工品を示す図、 図２は一部を除去した加工物の図、 図３は除去リブが除去された加工物の図、 図４はプロセスフローチャート、 図５はプロセスフローチャート、 図６−図17は種々の処理ステップを断面で示す概略
図、 図18は処理の前の加工物のコンピュータでシミュレー
ションした断面図、 図19は処理後の加工物のコンピュータでシミュレーシ
ョンした断面図、 図20は処理前の加工物と、対称形の等距離の通気路の
対の、コンピュータでシミュレーションした断面図、 図21は処理後の加工物と対称形の等距離の通気路の対
の、コンピュータでシミュレーションした断面図、 図22は処理前の加工物と対称形の等距離の通気路の対
のコンピュータでシミュレーションした断面図、 図23は処理後の加工物と、対称形の等距離の通気路の
対のコンピュータでシミュレーションした断面図、 図24は処理前の加工物と非対称の偏位通気路の対のコ
ンピュータでシミュレーションした断面図、 図25は処理後の加工物と非対称の偏位通気路の対のコ
ンピュータでシミュレーションした断面図、 図26は処理前の加工物と非対称の偏位通気路の対の断
面図、 図27は処理後の加工物と、非対称の偏位通気路の対の
断面図、および 図28は本発明の装置の一般化した断面図である。

好適実施例の説明 図１はガスタービン ディスクへ−加工される鍛造加
工物の図形表示である。加工物10は孔即ちプラグ13と縁
部15との間の結合部に隣接して位置された除去リブ11を
有している状態で示されている。

図２は加工物の被断面、特に、結合線16に隣接した除
去リブ11および17の断面を示す。勿論実際には結合線16
は孔部分13と縁部分15との間の接触を示す回転面であ
る。

図３においては、ディスクは除去リブ11がディスクか
ら機械加工により除去された後の状態で示されている。

本発明は２個以上の金属片の結合を含む多様の用途に
適用しうるが、本発明は特に、図28に概略図示する形状
で使用するのに適している。前記の特に適当な形状は、
ディスク軸線151、第１のディスク面152、第２のディス
ク面153、および加工物の最外側範囲を画成する環状の
外縁部171とを有するディスク150を形成する方法を示
す。また、ディスクは第１のアロイで形成された中央部
分154と第２のアロイで形成された環状の周辺部分155と
を有する。中央部分と周辺部分との間の境界156はディ
スクの軸線151の周りの回転面157であって、第１の端部
159と第２の端部160とを有する母線158により画成され
る。面157は、母線158の第１の端部159により創成され
るディスク150の第１の面152において第１の円形縁部16
1と、母線158の第２の端部160により創成されるディス
ク150の第２の面153における第２の円形縁部162とを有
する。基本的に、本方法は３つのステップからなる。第
１のステップは、第１のダイ面164を有する第１のダイ1
63と第２のダイ面166を有する第２のダイ165との間にデ
ィスク150を位置させることからなる。各ダイは、凹形
の形状部分173と174とを有し、この２個の形状部分が鍛
造用空洞175を形成する。前記ダイの少なくとも一方は
そのダイ面とその形状大部分の面において環状の通気路
167を有する必要があり、この通気路167はダイ面におい
て２個の同心状の通気路縁部168,169を有する。第２の
ステップは、ダイ163および165を、ディスクの軸線151
に対して平行の鍛造軸線170に沿って相互に近づけるこ
とにより通気路縁部168および169かダイ面の縁部の一方
をまたぎ、あるいはある用途においては縁部をもってき
たい場所をまたぐようにすることからなる。このように
ダイを運動させることにより、第１のアロイと第２のア
ロイのある部分と元から結合線に介在する材料と共に、
鍛造軸線に対して概ね平行の運動線に沿って通気路へ流
入して通気路内でリブを形成する要領で鍛造作用が行わ
れるようにする。第３のステップはディスクからリブを
除去することからなる。

第４図は鍛造エンハンス結合の典型的な適用（モード
２）のフローチャートを示す。ステップ21と22において
それぞれ、微細粒子のパウダ材料から好ましくは押出し
技術により孔と縁部分とがビレットに形成される。ステ
ップ23と24とにおいて、孔と縁部分とは好ましくは粒子
を生成させることなくブリフォーム形状に鍛造される。
ステップ25と26とにおいて、部品が機械加工され、特
に、適合する面が機械加工され、縁部分が孔部分の周り
で周囲方向に適合するにつれて相互に対して適合した形
状とされる。ステップ27と28とにおいて、適合面は例え
ば電気研磨により清浄にされる。この説明は鍛造軸線と
軸対称の加工物の軸線とに対して平行の結合線に集中し
ているものの、設計者は組立てを容易にするため結合線
に抜けこう配を付与し（加工物の軸線に対して非平行に
するよう）選択可能であることが理解される。このため
境界を円筒形の面でなく円錐形の面にしうることは勿論
である。

ステップ29において、孔と縁部分とは接触するように
され、かつ真空状態中にカプセルを封じされる。このカ
プセル封じは、単に接着面の外縁部を電子ビーム溶接す
るか、同様に電子ビームでろう付けするか、あるいはデ
ィスク全体を缶中にカプセル封じすることにより達成す
ることができる。その目的は結合、サイクル（ステップ
30）の間適合面をきれいにしておくことである。

ステップ30において、２個の部材は加工物を高温均衡
押圧に対して露出することにより拡散結合される。

ステップ31において、カプセル封じ込みが排除され、
ステップ32において結合の検査が行われる。

ステップ33においては、加工物は、後で詳細に述べる
鍛造エンハンス結合に対してさらされる。ステップ34に
おいて、除去リブが除去され、ステップ35において検査
される。

ステップ36において、加工物自体内の結合が検査され
る。加工物はステップ37において適当な形状に機械加工
される。

ステップ38において、単調熱処理あるいは選択熱処理
あるいはそれらの組合せを用いて溶剤熱処理される。

ステップ39において、加工物は（単調熱処理あるいは
選択熱処理あるいはそれらの組合せを用いて）老成さ
れ、ステップ40において加工物は検査される。

図５は本発明を鍛造結合（モード１）に適用するため
のフローチャートを示す。基本的に初期作業はステップ
59まで図４に示すものと類似である。ステップ59におい
て、孔と縁部分とが接触させられる。この時点において
は、過程は単純に鍛造結合のステップまで続く。このこ
とは、結合線に適当な抜きこう配を付与するよう設計す
るか、あるいは熱膨張や熱収縮を用いて極めて緊密な嵌
合を形成することにより２個の部品を相互に圧入する場
合特に具合がよい。しかしながら、ある場合には部品を
相互に仮付け溶接するか、あるいは部品をカプセル封じ
して清浄面を汚染から保護することが必要である。

残りのステップは図４に関して説明したものと基本的
に同じである。

図６から図11までは、本発明を適用するステップを示
し、通気路85と86とは鍛造過程の間同時に結合線の各端
に位置される。

図12から、図17までは同様の処理順序を示し、一方の
側の通気が一回の鍛造において実行され、他方の側の通
気が別の鍛造において実行される。この方法は図６から
図11における対称通気法に対して非対称通気法と称され
る。この通気路形状並びに通気路位置の調整における柔
軟性により、設計者が通気路への金属の流入を制御でき
るようにし、そうすることにより元の結合線における欠
陥の移動や歪を制御できるようにする。

図６から図17までにおいて、断面で示すディスクは孔
部分と（２個所に現われる）縁部とから構成されている
ことが理解される。結合線において現れる濃暗の線は潜
在的な欠陥部分を表わし、加工物の本体部分から除去リ
ブへ徐々に押し出されているのが判る。前記の欠陥部分
とは、例えば金属中の酸化物、ゴミ、ダスト、気泡ある
いはその他の含有物のような汚染物である。さらに、欠
陥部分はまた、拡散結合ステップから発生した使用に対
して適当でない顕微鏡組織（空乏ゾーン）を有してい
る。結合線あるいはその近傍での金属の粒体、ゾーンあ
るいは領域でありうる。図６はディスク即ち加工物70を
その中心即ち軸線から視た断面で示す。加工物70は中央
の孔即ちプラグ71と、図では２ケ所に見える縁部72とか
ら構成されている。前記孔71と縁部72とは、図において
は結合線74と75とで示す結合面73において接触してい
る。結合線74と75とは濃暗線76,77とに示す欠陥の本体
部でありうる。鍛造ダイ78自体は上方ダイ79と下法ダイ
81とで構成されている。上方のダイ79および下方のダイ
81の双方の形状は結合線の端部の各々に位置した、リブ
を形成する通気路85,86を含む。これらの通気路は実際
にはダイの表面における円形の溝であることを理解すべ
きである。

本発明による鍛造ダイは通常、当然ながら通気路を除
いて加工物即ちプリリォームの初期形状と近似する形状
とされている。このように、鍛造結合法により加工物の
形状は殆んど変らず加工物内の歪（金属の流れ）は相対
的に小さい。例外は初期の結合線近傍での金属の流れで
ある。金属は結合線に向かって流れ、次いで結合線に対
して平行に流れ、結合線と共に結合線の端部から通気路
の中へと外方に流れる。これらの大きい移動と歪とは結
合線あるいはその近傍で、かつ通気路の開口辺りの領域
において殆んど全体に集中する。加工物の残りの部分に
おける金属の流れを最小にすることにより結合線におけ
る金属の流れを予測できやすくし、かつダイが閉鎖する
際の鋳ばりを低減させる。さらに、この方法により加工
物における歪勾配を最小に、従って、歪勾配から発生す
る顕微鏡組織の変化を最小にする。

しかしながら、ある限定された場合においては、ダイ
が局部において加工物の初期形状と正確に適合するので
なく、ダイが初期加工物形状とで空間を形成するよう意
図的に設計することが有利なことがある。前記空間（プ
リフォームとダイの表面との間の局部的な空隙）は本方
法の過程の間金属の流れを受動的に許容することによっ
て、本方法の過程の間の金属の流れを制御するよう構成
される。この方法は特に２種類の状況下において有用で
ある。第１の状態とは一方のアロイの容積が他方のアロ
イの容積よりはるかに大きい場合である。このような状
態に本発明の方法を適用することにより、結合線を湾曲
させたり、半径方向にずらしたりすることがある。この
結果は、前記空間がより多い方のアロイからの金属の流
れを受け入れることにより許容限度内に保つことができ
る。第２の状態においては、結合線の極めて短い（従っ
て表面的には欠陥の少ない）初期加工物が、結合線の一
方端と通気路との間で空間を備えたダイにおいて処理さ
れるとき、結合線が前記空間と通気路中へ延びるように
されることが判明している。このため結合線が通気路へ
入る前にダイの空調内で結合線の長さが延びることがで
きる。

図６は鍛造ステップの始まる前の加工物とダイの位置
を示す。

図７においては、鍛造ステップが実施ずみであり、加
工物からの材料が通気路中へ流入し加工物の各側におい
てリブを形成している。例えば濃暗の線で示す材料の欠
陥部は破断され、引き延され、結合線から除去リブの領
域中へ外方に移動していることを注目すべきである。鍛
造作業の間の金属の動的な動きにより欠陥材料部分が結
合線領域から効果的に移動し、元の結合線に残された欠
陥材料部分に極めて高レベルの歪みを加える。結合線に
おける材料の歪と移動とは鍛造圧によって金属塊に導入
される全体的な金属の移動により生じるものであること
を注目することが重要である。それは単に、ダイが閉鎖
するときの、縁部に対する孔部の動きの結果によるもの
ではない。

鍛造作業は通常、金属の流れ歪みを低下させるため昇
温して実施するようにされている。特にスーパアロイの
場合、鍛造過程は恒温状態即ち加工物とダイとが鍛造の
間公称上同じ温度にあり、金属の超塑性、即ち、塑性の
エンハンスした変形により結合線および通気路への金属
の流れを向上させる状態において実施するようにされて
いる。前記の方法は、加工物全体が鍛造の間、結合線領
域を局部的に加熱するのでなく同じ温度まで加熱される
ようにされている。このため加工物における各アロイに
わたって顕微鏡組織の均一性を保ちやすくする。また、
ダイの通気路は元の結合線と関連の欠陥とを制御して、
かつ効率的に移動させることができるよう構成されてい
ることに注目することが重要である。通常、ダイは鍛造
の前は加工物のプリフォームの形状に近似適合するよう
構成されている。その結果、結合線に大規模の変形が集
中する。分析シミュレーションでは、この全体的なダイ
空洞の構成並びに（通気路への金属の動きに対して平行
に負荷する）負荷状態により、初期の金属は孔部分およ
び縁部のプリフォームの双方から結合線まで押圧され、
そのため元の結合線での金属と欠陥部分とが加工物の形
状から除去リブへ圧出される。通気路は除去リブへ追い
出される全体の金属の量を最小にして結合線での金属を
最大量除去するよう構成される。鍛造結合の考えは最終
の結合線を正確に位置させる上においても優れた結果を
示したことを注目することが重要である。結合線の位置
を再現可能に予測しうるこの能力はタービンエンジンに
適用する上で必須のものである。

図８は加工物の各側の除去リブが除去された後の加工
物を示す。欠陥材料の概ね全て（理論的には99.9％＋）
が除去リブ中へ移動しており、一旦除去リブが除去され
ると残りの加工物の本体部内には欠陥材料が殆んど無い
か、あるいは皆無であることが注目される。欠陥材料を
加工物内で高度の歪みにさらすことにより加工物の物性
に対する欠陥材料の有害な作用を著しく低減させること
が判明したので、図８に示す加工物において残留する極
めて低レベルの欠陥材料は許容した上で従来の方法で加
工物の処理を続けることが適当であることが多い。

結合線における欠陥の潜在性を最小にすることが特に
重要である状況においては、除去リブを除去した後加工
物の再鍛造（再ストライク）を基本的に実施することに
より、先に行った鍛造から生じた結合線において欠陥部
分の移動を再度行うことが効果的である。このことは、
加工物の物性を劣化させることなく、かつ先に行った鍛
造の結果の結合線を切断する必要なく、多数回の鍛造
（再ストライク）をしながら本方法を継続することがで
きるので本発明の結合過程の極めて有用な局面である。
このことは初期結合作業で十分なレベルの結合品質を得
られないとき特に重要である。この場合、本方法は、不
合格の結合部を切断したり、金属を無駄にすることなく
再度実行することができる。このことは、不合格の結合
部を切断することが深刻な実用上の問題を発生させるよ
うな、２部分（即ち孔部分と縁部）からなるディスクの
場合は効を奏する。例えば慣性溶接や摩擦溶接のような
その他の結合技術では結合線の再処理はできない。その
代りに、不合格の結合部は切断して（スクラップに
し）、初めから処理過程を繰り返す。２部分からなるデ
ィスクの場合、加工物は切断したり新片を補うに十分な
金属を有していないので、加工物全体をスクラップする
必要性がありうる。当該技術分野の専門家には公知であ
るが、前記の再鍛造性を実行する本発明をダイ並びに全
体の鍛造過程を構成する上で考慮に入れるべきである。

図９から図11までは再鍛造の手順を示す。加工物にお
ける黒い点の位置を注目すれば判るが、そのような点は
加工物の本体部から、図11では除去されている除去リブ
へと外方に移動している。

図12から図17までは、リブが非対称に形成される方法
を示す。この技術は、結合線に沿って何ら点が無く、金
属の移動が基本的に均衡している（零移動）ので種々の
状況において極めて効果的であることが判明している。
その結果、２回の鍛造ステップの一方あるいは他方にお
いて結合線に沿って各点において発生する移動が材料の
欠陥部分を加工物の本体から効果的に移動させている。
図12は、未処理の加工物100と、図12に示すものと概ね
対応するその他の要素とを示す。しかしながら、下方の
ダイはリムを形成する通気路を有していないことに注目
されたい。

このように、図13に示すように、鍛造作業により結合
線領域から上方のダイの通気路中へ材料を移動させる。
このため極めて効果的にこの特定の場合において材料を
結合線の上部約90％から上方へ除去リブ領域中へ移動さ
せる。残りの10％は高度に歪み、かつディスクの厚さに
わって引き延ばされる。

図14においては、加工物は上方の除去リブを除去した
後の状態で示されている。

図14に示す部品に残留している欠陥材料の量は許容さ
れるものでないので、本発明のこの実施例では、図15に
示す別の処理を行う必要がある。その場合、上方のダイ
では通気路が無く下方のダイに通気路がある新しいセッ
トのダイが用いられる。また、ある用途においては、リ
ブを一方の側から除去した後、単に加工物を反転させ、
元のダイと通気路とを再使用して再鍛造できる加工物を
構成することも可能である。

図16は第２の鍛造ステップを示し、結合線における材
料が下方のダイの通気路へ下方へ移動している。このた
め、結合線を横切って引き延された残留欠陥材料部分の
90％を極めて効果的に除去し、かつ基本的に２回の鍛造
作業において加工物の主本体部から欠陥部分を99％除去
したことになる。残りの欠陥部分は２方向に引張られ物
性に対する欠陥部分の作用を著しく低減させた。

図17は下方の除去リブが除去された状態を示し、かつ
加工物の本体部から欠陥部分が効果的に除去されたこと
を示す。加工物の本体部に残留するいずれの欠陥部分も
極めて著しい歪みを課せられ、その有害作用を低減させ
ている。

本方法は最終の形状即ち容積分を除去リブまで元の結
合線の99％分とその関連の欠陥部分を移すことができる
ことが判明した。このことは、通気路のタイプ（双方の
ダイにある対称形か、一方のダイにある非対称形か）、
軸線からの通気路の偏位量、通気路の形状、および通気
路の容積あるいは断面積によって変るが１回以上の鍛造
作業において実行できる。典型的には１回の鍛造により
元の結合線の80−90％を除去し、２回目の鍛造により１
％以下を除いて全てを除去する。通常介在するとしても
欠陥部分は元の結合線に沿って分布しているので、除去
された結合線の量は除去された欠陥部分の量と相関す
る。さらに、残留欠陥部分のいずれも350％以上変形さ
れ、低サイクル被労による故障の起因性を著しく低減さ
せる。移動される結合線の量は通気路の形状を修正する
ことにより変更（増加）することができる。例えば、大
きくしたダイ空洞を用いて１個の作業により結合線の99
％を除去することができる。該当する欠陥部分としては
捕捉されたゴミ、酸化物および気泡、治金学的欠陥、好
ましくないアロイの境界、炭火物の沈澱物およびガンマ
プライム空乏ゾーンを含む。基本的には、アロイの本体
部からの新しい金属が結合線に集まる。

本発明の好適実施例は、例えばガスタービンエンジン
に用いられているもののような、ローラに形成するに適
したデュアルアロイディスクを形成する一連の処理ステ
ップを含んでいる。技術的方法は「鍛造結合」あるいは
「鍛造エンハンス結合」として最もよく表現される技術
に集中している。本明細書の文脈から明らかなように、
「鍛造結合」という用語は時には双方のモードの重点で
ある鍛造作業自体を包括的に指示するために代替的に使
用される。実験において、高度の一貫性結合を備えたデ
ュアルアロイディスクを作るためのこの技術の可能性を
示してきた。

パウダのスーパアロイ鍛造結合の概念は４つの基本的
ステップを含む： 1.孔と縁部を備えたプリフォームを恒温鍛造すること、 2.孔と縁部を備えたプリフォームをHIP拡散結合するこ
と、 3.恒温仕上げ鍛造作業を行い結合線を局部的に変形させ
ること、 4.鍛造結合したディスクを熱処理して孔部、縁部におい
て、並びに結合線にわたっての物性を適正化すること。

鍛造結合法の焦点はステップ＃３、即ち仕上鍛造作業
である。この作業の目的は元の結合線を大きく変形さ
せ、固有の欠陥と共に元の結合線の材料を仕上り加工し
た部品から移動させることである。一組のダイにおいて
結合されたブリフォームの概略図を図６に示す。ダイ
は、仕上げ鍛造作業における変形が結合線に集中するよ
う構成される。図18と19とは鍛造エンハンス結合作業の
分析シミュレーションの結果を示す。シミュレーション
は、ALPID（大型プラスチック増分変形の分析）の有限
要素と、金属の変形コンピュータプログラムおよび適当
な金属物性データを用いて実施された。

図18は、対称の断面形状で、半径方向に等しく離隔さ
れ、鍛造エンハンス結合通気路のダイにおける加工物の
形状の４分の１の部分を示す。このように、これは対称
形のダイの通気路（上下の空洞が同サイズで、対称の同
じ形状で、かつディスクの軸線からの距離が同じ）の場
合である。幾何学的対称なので、４分１の部分のみをモ
デル化すればよい。加工物に対する図18のラインバター
ンは有限有効のグリッド即ちメッシュを表わす。各ライ
ンの交差部は金属の点を示し、各々の閉じた図は金属の
ゾーンを示す。このように、本方法の前（図18）および
後（図19）の材料の移動と歪みの双方について追従する
ことができる。図18−図19に示す場合は比較的単純であ
るので、その結果は相対的に定量的には正確である。図
20−図27はさらに複雑な場合に該当し、処理サイクルの
前後の20％に対する金属の流れの結果としてのグリッド
の歪を有限有素が描く。これらの複雑な場合において
は、「再メッシュ」過程が必要とされるので、累積パタ
ーンは得られない。このように、これらの図は定量的に
本方法を描いてはいないが通気路の形成により創成され
た定量的な金属の流れを全体的に表示する。

図19は鍛造エンハンス結合作業の後のグリッドの移動
を示す。移動と歪とは結合線に集中し元の結合線と欠陥
部分とを効率的に除去している。この例においては、図
18における結合線に隣接した金属の８ゾーンの中の７ゾ
ーンが、一回の鍛造作業の結果図19における通気路へ
（部品から外方へ）移動していることに注目すべきであ
る。さらに、結合線における垂直の線の微細な間隔は、
通気路へ圧送されてしまった元の結合線での材料に置き
代わる鍛造本体から結合線までの新しい金属の移動を示
す。

以下説明するように負荷軸線に対してある角度を有す
る元の結合線接続により同様の金属の流れを達成しうる
ことに注目すべきである。

サブスケール鍛造における結合線移動の有限要素モデ
ル化は、テストしたダイ空洞および通気孔を用いて結合
線において350％までの歪と、仕上り部品の外側のある
位置までの元の結合線の98％に達する移動とを得ること
ができることを示している。これらの結果は実験により
実証された。異なるダイ空洞や通気路構成とによりより
大きい歪および移動を達成することができる。

歪や移動は元の結合線から欠陥部分を除去する上で効
果的である。このことはサブスケールの平面歪クーポン
の鍛造において示された。極めて高度に酸化した非結合
の境界面が鍛造結合により驚異的に改良された。２個の
レネ（Rene′）の95スーパアロイプリフォームの１回の
テストにおいて、鍛造結合により、部品の仕上り形状か
ら200％の歪と85％の結合線移動をもたらした。頂部と
底部の「リブ」を切断し、それらを再鍛造することによ
り結合線歪を350％、結合線移動を最終の形状から90％
まで増加させた。最終の形状に残った結合線は概ね欠陥
が無いようにされた。

非類似のアロイの非結合分を用いて同様の結果が得ら
れた。鍛造結合の結果結合の清浄さにおいて著しい改良
が見られた。

「汚ない」非結合のプリフォームを鍛造した結果は鍛
造結合の概念を裏付けている。仕上げ鍛造作業により元
の結合線の境界と関連の欠陥とを除去している。しかし
ながら、生産過程を想定した場合、仕上げ鍛造作業前に
プリフォームを拡散結合しておく。拡散結合の前に、適
合する面を慎重に清浄にして高度に一貫性のある結合を
作っておく。その結果、鍛造結合作業（モード２）は、
欠陥部分の集中が特に問題である場合、特に被労時の結
合特性をさらに向上させる。この鍛造結合法は、適合す
る面を電気研磨し、かつ高温均衡押圧（HIP）により異
質のパウダ金属スーパアロイ間で「清浄な」拡散結合を
作る方法と共に用いるのに理想的に適している。

『結合強度および結合清浄性を提供することの他にデ
ィアルアロイディスクを作る鍛造結合方法はまた結合線
位置に対する例外的な制御性をも提供する。元の拡散結
合個所は（プラスマイナス0.002インチの）機械加工公
差まで制御できる。また仕上げダイにおける後続の鍛造
は、変形が結合線領域に集中しており、かつ金属が結合
線の両側から中心に向かって、次いで結合線に対して平
行で、かつそれに沿って外方へ流れるので、制御可能な
方法である。金属の流れは有限要素モデル化を用いて予
測可能である。この標準的な状態を図18と図19とに示
す。本方法における金属の流れは一貫しており、かつ予
測可能であることが判明したので、本方法は特定の特殊
な問題に対して改良することができる。例えば通気路の
形状を用いて２種類のアロイの相違する流れ特性の作用
を常態化することができる。本発明のこの局面は通気路
の断面形状および／または結合線の縁部に対する通気路
の位置を含む。２種類のアロイの流れ特性（特に流れ応
力）が類似である場合、通気路の断面形状は結合線の各
側において対称的である。しかしながら、流れ特性が異
なる場合、通気路の形状はアロイに隣接した側を開放す
るように斜めにして流れ抵抗を大きくし、通気路への各
アロイの正味の流れを常態化し、かつそれにより結合線
を安定化させることができる。この通気路形状は図24に
示している。もっともこの図はまた本発明の別の局面
（軸線から通気路が偏位している）をなす。

対称的な通気路をディスクの軸線から等間隔に設けて
鍛造結合が実施されるとすれば、（仮締めのための）抜
け勾配を備えた結合面でさせ、鍛造エンハンス結合作業
の間軸線に対して予測可能に平行となる。45°までの仮
締め角度はモデル分析され、本発明を用いて排除できる
ことが判明した。図20と図21とは、小さい抜け勾配のモ
デルを鍛造した前後の状態を示し、図22と23は大きい
（約45度）の抜け勾配のモデルを鍛造した前後の状態を
示す。抜け勾配を備えた初期結合面を、抜け勾配の無い
（ディスクの軸線に対して平行の）結合面に変形させる
この通気路の形状による傾向を用いて著しい利点を得る
ことができる。組立ておよび結合の目的に対して、個別
のディスク部分が抜け勾配を以って適合するようにそれ
らを形成することが望ましいことが時折ある。このため
適合面の機械加工公差は（円錐部分は自動調整性がある
ので）それ程厳しくなくなり、もし内側要素の面が僅か
に過大に作られているとすれば、本方法における種々の
点において結合面でより高い圧力が発生しうるようにす
る。しかしながら、鍛造結合ステップの間はこの抜け勾
配は排除することにより結合線の半径方向位置がディス
クの厚さにわたって均一となるようにすることが時には
望ましい。本発明は抜け勾配を除去する効果的な方法を
提供する。

他方、鍛造エンハンス結合作業の後負荷軸線即ち鍛造
軸線並びにディスクの中心即ち軸線に対してある角度
（抜け勾配）を備えた結合線を保持あるいは設定するこ
とが望ましい。このことは結合線の非破壊検査性を向上
させるために実施しうる。分析により、この目的を達成
するようにダイの通気路を形状および位置（位置とは相
互に対する上方および下方の通気路の位置）に関して構
成しうることが判明している。従って、鍛造エンハンス
結合の概念は仕上った鍛造結合線位置と形状（特に抜け
勾配）を正確に、かつ予測可能に制御しうることに注目
することが重要である。詳しくは、鍛造結合ステップの
間抜け勾配を設定し、あるいは保持するための一方法に
おいて、上下のダイにおける通気路は、各通気路の縁部
が面の縁部をもってきたいと思う位置をまたぐようにし
てディスクの軸線から種々の距離をおいてセットすべき
である。（鍛造前である）図24と（鍛造後である）図25
とから判るように、半径の等しくない（偏位した）通気
路配置により、先に何も介在していなかったところに抜
け勾配を形成させている。（鍛造前の）図26と（鍛造後
の）図27とは既存の抜け勾配を保つ態様を示している。

本発明の方法を適正化する上で多数の幾何学関係が顕
著であって、それらの効果は各鍛造に対して、かつ多数
回の鍛造方法にわたって累積的に、双方について検討す
る必要がある。第１の要素は特に結合線の長さに対する
通気路の断面積である。他の重要な要素としては第２
に、通気路の断面形状、第３に通気路の高さと入口部の
幅との間の関係、そして第４に通気路の口部の幅とディ
スクの厚さとの間の関係である。断面積および（軸対称
の場合は軸線を含む）断面積の平面とを言及する場合特
定の用途即ち加工物の三次元形状に直接関係し、含つ内
包している。このように、例えば、通気路の断面積は、
その関係は常に単純とはいかないが、通気路の容積と直
接関係している。

通気路の断面形状と断面積とは本発明を適正化する上
で重要な役割を演ずる。例えば、通気路の断面積は通気
路によりどの位の金属が加工物から出でいくかを決め
る。同様に、本発明の特定的な適用により加工物から移
される全体金属量は、通気路の各々の再使用を個々の使
用と見做せば、使用した通気孔の全体断面積と大体等し
い。

（対称形の通気路形状に対して）実用的に最小要件と
して、本発明は、ディスクの初期厚さ（厚さ寸法）に初
期結合線にその方法の４分の１（25％）を掛けたものに
等しい加工物からの金属の全体流出を必要とする。好ま
しい最小要件として、本発明は結合線に厚さ寸法の50％
を掛けた、ディスクの初期厚さ（厚さ寸法）に等しい加
工物からの金属の流出を必要とする。適正値としては、
本発明は厚さ寸法の100％を掛けた厚さ寸法に等しい加
工物からの金属の流出を必要とする。適正化は金属の無
駄の増加と欠陥材料の除去の増加とをバランスさせるこ
とである。金属の除去は、例えばダイの強度、鍛圧プレ
スの能力等の技術的要目に応じて１回あるいは１回以上
の作業において達成すればよい。結合線の欠陥が無いと
いうことが厳しい要件でない（例えば初期欠陥の20％が
介在しても許容される）ような用途においては、前述し
たものより金属除去量が少なくてもよい。

通気路の断面形状は多様の形状をとることができる。
好適な形状は、大体底辺が初期に加工物に隣接して通気
路の口部を形成し、高さが底辺と底辺から最も離れた通
気路の点との間の距離を画定する三角形である。実際に
は、内側および外側の角は丸味をつける。図20に示す
（バランスした、即ち対称形形状）と図24に示す（バラ
ンスしていない、即ち非対称形形状）の２種類の通気路
形状が作動においてのみならず、コンピュータモデル分
析においても特に効果的であることが判明した。これら
の通気路はベル形と称することができる。それらの特徴
は高さ（Ｈ）と、クラウン（閉鎖端）における曲率半径
（RC）と、各側の抜け勾配（A1およびA2）並びに入口曲
率半径（ER1およびER2）である。通気路の幅Ｗ（口部）
はダイ形状（ダイ面）の延長と（抜け勾配に沿った）通
気路の壁との公差によって画成される。入口の曲率半径
は通気路の幅の画成に関与しない。

通気路の口部の幅とディスクの厚さ、あるいは結合線
の初期長さとの間の関係は重要である。口部が狭いと、
即ち幅が小さいと結合線において金属の流れが集中し、
従って通気路へ移動している金属全体が最小に対して元
の結束線を最大限除去しようとする。このことは無駄と
なる金属を最小にする理論的には最も効率的な方法を意
味する。しかしながら口部の幅が狭いと通気路の壁に沿
った摩擦作用による金属の流れを抑制し、この流れの抑
制は好ましくない。口部の幅が広いと逆の作用がある。
通気路の幅と結合線の初期長さとの比率は２以下、好ま
しくは2.0と0.1の間、適度なのは1.0と0.2との間であ
る。これらの値は対称形の断面に適用される。非対称の
形状は場合に対しては適当な調整を行う必要がある。

典型的な一回の鍛造による場合では、双方の通気路の
全体断面積は通気路の平均の口部幅に結合線の初期長さ
を掛けたものに等しいか、あるいはそれより大きい。通
気路の断面は底辺が加工物に対して位置する概ね三角形
であって、通気路の幅（Ｗ）は底辺の長さであり、高さ
は底辺と底辺から最も離れた通気路の点との間の距離を
示す線である高さ線の長さである。通気路の断面は高さ
線の両側において対称形でもよく、あるいは非対称でも
よい、即ち高さ線の一方の側における底辺部分が他方の
側の底辺部分より大きくてもよい。

金属の移動を最小にして結束線を最大限通気路中へ移
動させるためには、通気路の幅はその高さに比較して小
さくすべきである。実用的な極限としては、対称形の通
気路の形状の高さは通気路の幅と等しいか、あるいはそ
の半分以上とすべきである。通気路の高さは少なくとも
通気路の少なくとも幅分あることが好ましく、適正なの
は通気路の少なくとも２倍である。これらの原理を多数
の通気路があったり、かつ／または多数回の鍛造を行う
一般的なケースに適用すれば、本方法で採用されている
通気路の全体断面積は、本方法に採用された全ての通気
路の平均幅にディスクの初期厚さを掛けたものと概ね等
しい。通気路の各縁部は湾曲にするが、通気路の幅はそ
の湾曲（即ち通気路入口の曲率半径）が無いものと見做
して決められることを理解すべきである。

本発明による方法を採用することによって、結合線の
材料と結合線での欠陥部分を完全に（99.9％以上）除去
することができる。しかもこの結果をエネルギーおよび
設備費用に関してのみならず、金属の無駄に関しても高
効率で達成することができる。本方法が高価なスーパア
ロイで形成されるタービンディスクに適用される場合、
金属の無駄を最小にすることは特に重要である。本発明
の方法により除去リブへ流入する金属分が、加工物の他
のゾーンからでなく結合線あるいはその近傍のゾーンか
ら主として来るようにさせるので、本発明の方法は加工
物において極めてきれいな結合線を達成するために必要
とされる金属の無駄を最小にしようとする。

無駄となる金属が結合線あるいはその近傍のゾーンか
ら特に来るというこの好ましい傾向は加工物より僅かに
冷たいダイを採用することによりさらに高められること
がよくある。ダイと接触した加工物を冷却させること
は、通気路の縁部がまたぐ加工物の表面並びに加工物の
内部ではこれらの領域の冷却度が少ないので金属の流れ
に好ましい影響を与える。このように、結合線に向かい
次いで、結合線と平行に外方、そして通気路へと入る加
工物の中間厚さでの金属の流れが促進される。

本明細書において説明した方法はスーパアロイに適用
された場合およびエンハンスした塑性モードにおいて金
属の流れが発生しうるようにする状況下で適用されると
特に有用である。詳しくは、エンハンスした塑性を達成
するには、ある種のアロイは事前に処理して極めて微細
の粒子サイズを生成させ、それを保持するようにする。
次いで本発明の方法を再結晶化温度に近いがアロイの粗
粒化温度より以下の温度で、低歪レートを用いて実施さ
れる。このことは通常ダイと加工物の双方を加工物の概
ね再結晶温度まで加熱することを要する。加工物の金属
はより低い温度や著しく高い温度とより高速の歪レート
とにおいて観察されるより容易に流れ、このため結合線
の長さにわたって通気路へ外方へ金属が効果的に、かつ
予測可能に流れるようにさせる。このため鍛造エンハン
ス結合通気路を結合線除去効率を増加させる、より大き
い高さ対幅比で使用できるようにする。エンハンスした
塑性を可能とする状況下で本発明の方法を採用すること
により本方法を、さもなければ適当な選択性を提供しな
いアロイの対に対して効果的に採用できるようにする。

本発明の説明のために、エンハンスした塑性という用
語は加工物の流れ応力が、微細粒子構造を保ちながら高
温ならびに低歪速度で恒温鍛造することにより低下され
るという一般的な状況を指向するために使用している。
超塑性とは歪レート感度が0.35あるいはそれ以上である
状況の部分を言及する。サブ超塑性とは歪レート感度が
0.35以下である状況の部分を言及する。

デュアルアロイタービンディスク概念の別の重要な部
分は非破壊評価に対する要請である。これはデュアルア
ロイディスクの終局の成巧に対して重要である。非破壊
評価に関しては、鍛造結合の概念は結合線の品質を「テ
ストする」独特の非破壊手段を提供する。通気路中へ鍛
造される材料は元の結合線の99％以上を占める。その材
料は破壊性「テストリング」として鍛造から除去され、
検査することができる。それは、特に清浄さについて元
の拡散結合の品質を検査する。また結合線の鍛造につい
ても検査される。結合線はリブにおいて、かつ予測可能
な方向に介在しておくべきである。

鍛造結合方法においては「再鍛造すること」がときに
は可能である。通気路中へ移動した結合線が要求される
清浄度にない場合には、その部分が再度鍛造され、加工
物の微小構造を劣化させることなく、かつ不合格の結合
線を切断することなく別の結合線を通気路中へ移動させ
る。この材料を再度除去して金属組織学的に検査するこ
とができる。

再鍛造可能性の別の潜在的な適用例は鍛造後の結合線
領域のみの機械加工および音響検査に関するものであ
る。ここでも、もし欠陥が介在しているとすれば、その
部分は鍛造エンハンス結合ダイにおいて再鍛造されその
結合線の欠陥を除去して再検査することができる。

鍛造エンハンス結合断念が、結合後の結合線の位置と
方向性とを正確に制御できるということは非破壊検査、
特に音響検査の成巧に対して重要である。

本発明をここまで説明してきたが、新規であり特許に
よる保護を願う内容は以下の通りである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コーツ，ウィルフォード・エイチ・ジュ ニアー アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01532，ノースボロ，ウォッシュバー ン・ストリート 127 (72)発明者 ライクマン，スティーヴン・エイチ アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01545，シュルスバリー，ヘザーウッ ド・ドライブ ６ (72)発明者 デルガド，ヒューゴ・エイチ アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01581，ウエストボロ，ウィンザー・リ ッジ・ドライブ 2208

Claims (48)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディスク軸線と、第１のディスク面と、第
   ２のディスク面と、加工物の最外側範囲を画成する環状
   の外縁部とを有し、第１のアロイから形成された中央部
   分と、第２のアロイから形成された環状の周辺部分とを
   有するディスクであって、前記中央部と周辺部分との間
   の境界はディスク軸線の周りの回転面であり、第１の端
   部と第２の端部とを有する母線によって画成され、第１
   の端部と第２の端部との間の線が結合線を形成してお
   り、前記の回転面が前記ディスクの第１の面において、
   前記母線の第１の端部により創成された第１の円形縁部
   と前記ディスクの第２の面において、前記母線の第２の
   端部により創成された第２の円形縁部とを有しており、
   前記ディスクはまた前記境界に初期介在していた材料か
   らなるディスクを形成する方法において、 （ａ）第１のダイ面を有する第１のダイと、第２のダイ
   面を有する第２のダイであって、前記ダイの少なくとも
   一方がそのダイ面に環状の通気路を有しており、前記通
   気路がダイ面において２個の同心状の通気路縁部を有
   し、前記通気路がディスク軸線に対して半径方向の平面
   において断面形状と、該断面形状の底辺にあり通気路縁
   部を接続する線と、前記断面形状上にあり前記底辺の線
   から最も離れた通気路上の一点との間の距離を示す線で
   ある高さ線とを有している、第１と第２のダイの間に前
   記ディスクを位置させ、 （ｂ）前記ディスク軸線に対して平行の鍛造軸線に沿っ
   て前記ダイを相互に向かって近接させることにより通気
   路が前記回転面の円形縁部の一方の希望位置である前記
   ディスクの表面の円形の線をまたがることにより第１の
   アロイのある部分と第２のアロイのある部分とが、境界
   に介在していた著しい量の材料と共に鍛造軸線に対して
   概ね平行の移動線に沿って通気路中へ流入するようにさ
   せて通気路においてリブを形成し、 （ｃ）前記リブをディスクから外す ステップを含むことを特徴とするディスクを形成する方
   法。
2. 【請求項２】前記アロイの少なくとも一方はスーパアロ
   イであることを特徴とする請求項１に記載のディスクを
   形成する方法。
3. 【請求項３】前記第１と第２のアロイがスーパーアロイ
   であることを特徴とする請求項１に記載のディスクを形
   成する方法。
4. 【請求項４】前記ディスクがガスタービンディスクであ
   ることを特徴とする請求項１に記載のディスクを形成す
   る方法。
5. 【請求項５】前記母線が曲線であることを特徴とする請
   求項１に記載のディスクを形成する方法。
6. 【請求項６】前記母線が直線であることを特徴とする請
   求項１に記載のディスクを形成する方法。
7. 【請求項７】前記方法の実施前は前記母線はディスクの
   軸線に対して平行で、前記方法の実施後は前記母線は前
   記ディスクの軸線に対して平行であることを特徴とする
   請求項６に記載のディスクを形成する方法。
8. 【請求項８】前記方法の実施前は、前記母線はディスク
   の軸線に対して平行であり、前記方法の実施後は、前記
   母線はディスク軸線に対して抜け勾配を有していること
   を特徴とする請求項６に記載のディスクを形成する方
   法。
9. 【請求項９】前記方法の実施前は、前記母線はディスク
   軸線に対して抜け勾配を有し、前記方法の実施後は前記
   母線はディスク軸線に対して平行であることを特徴とす
   る請求項６に記載のディスクを形成する方法。
10. 【請求項１０】前記方法の実施前は前記母線はディスク
    軸線に対して抜け勾配を有し、前記方法の実施後は前記
    母線はディスク軸線に対して抜け勾配を有していること
    を特徴とする請求項６に記載のディスクを形成する方
    法。
11. 【請求項１１】回転面上の各点とディスク軸線との間の
    距離はディスクの外縁部とディスク軸線との間の距離よ
    り小さいことを特徴とする請求項１に記載のディスクを
    形成する方法。
12. 【請求項１２】通気路はダイ面の中の一方のみに介在し
    ていることを特徴とする請求項１に記載のディスクを形
    成する方法。
13. 【請求項１３】ステップＣの後加工物が反転され、前記
    方法のステップが繰り返されることを特徴とする請求項
    12に記載のディスクを形成する方法。
14. 【請求項１４】ステップＣの後、通気路が他方のダイ面
    に位置している第２の対の鍛造ダイに加工物が位置さ
    れ、前記方法が繰り返されることを特徴とする請求項12
    に記載のディスクを形成する方法。
15. 【請求項１５】前記第１のダイ面に第１の通気路が設け
    られ、第２のダイ面には第２の通気路が設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載のディスクを形成する
    方法。
16. 【請求項１６】前記第１と第２の通気路が前記方法の実
    施中ディスク軸線から等距離にあることを特徴とする請
    求項15に記載のディスクを形成する方法。
17. 【請求項１７】前記通気路の断面形状が高さ線の周りで
    対称的であることを特徴とする請求項16に記載のディス
    クを形成する方法。
18. 【請求項１８】前記通気路の断面形状が高さ線の周りで
    非対称形であることを特徴とする請求項16に記載のディ
    スクを形成する方法。
19. 【請求項１９】前記第１と第２の通気路は前記方法の実
    施中ディスクの軸線から異なる距離に位置していること
    を特徴とする請求項15に記載のディスクを形成する方
    法。
20. 【請求項２０】前記通気路の断面形状は高さ線の周りで
    対称形であることを特徴とする請求項19に記載のディス
    クを形成する方法。
21. 【請求項２１】前記通気路の断面形状は高さ線の周りで
    非対称形であることを特徴とする請求項19に記載のディ
    スクを形成する方法。
22. 【請求項２２】加工物がエンハンスした塑性で変形する
    よう前記方法が実施されることを特徴とする請求項１に
    記載のディスクを形成する方法。
23. 【請求項２３】加工物がサブ超塑性的に変形することを
    特徴とする請求項22に記載のディスクを形成する方法。
24. 【請求項２４】加工物が超塑性的に変形することを特徴
    とする請求項22に記載のディスクを形成する方法。
25. 【請求項２５】概ね同じ昇温温度において加工物全体に
    対して前記方法が実施されることを特徴とする請求項１
    に記載のディスクを形成する方法。
26. 【請求項２６】概ね同じ昇温温度においてダイと加工物
    全体とに対して前記方法が実施されることを特徴とする
    請求項１に記載のディスクを形成する方法。
27. 【請求項２７】概ね同じ昇温温度において、かつ加工物
    の粒子生長を抑制するようにダイおよび加工物全体に対
    して前記方法が実施されることを特徴とする請求項１に
    記載のディスクを形成する方法。
28. 【請求項２８】結合線に元から介在していた概ね全ての
    材料が通気路中へ移動するようにされることを特徴とす
    る請求項１に記載のディスクを形成する方法。
29. 【請求項２９】概ね加工物全体内で大量の金属が流れる
    ように前記方法が実施されることを特徴とする請求項１
    に記載のディスクを形成する方法。
30. 【請求項３０】通気路の断面積が通気路の口部の幅に結
    合線の初期長さを掛けたものと等しいか、あるいはそれ
    以上であることを特徴とする請求項１に記載のディスク
    を形成する方法。
31. 【請求項３１】通気路の断面は底辺が加工物に対して位
    置した概ね三角形であり、通気路の口部の幅が底辺の長
    さであり、通気路の高さは、底辺と底辺から最も離れた
    通気路上の点との間の距離を示す線である高さ線の長さ
    であることを特徴とする請求項１に記載のディスクを形
    成する方法。
32. 【請求項３２】前記断面形状が高さ線の両側において対
    称形であることを特徴とする請求項31に記載のディスク
    を形成する方法。
33. 【請求項３３】高さ線の一方の側における底辺の部分が
    他方の側の底辺の部分より大きいことを特徴とする請求
    項31に記載のディスクを形成する方法。
34. 【請求項３４】前記通気路の断面の高さが前記断面にお
    ける口部の幅と等しいか、それより大きいことを特徴と
    する請求項１に記載のディスクを形成する方法。
35. 【請求項３５】前記通気路の断面の高さが前記断面にお
    ける口部の幅の少なくとも２倍であることを特徴とする
    請求項１に記載のディスクを形成する方法。
36. 【請求項３６】前記方法において採用されている通気路
    の全体断面積は、前記方法に採用されている全ての通気
    路の口部の平均幅にディスクの初期厚さを掛けたものに
    概ね等しいことを特徴とする請求項１に記載のディスク
    を形成する方法。
37. 【請求項３７】リブのどの部分も外側縁部が延在する以
    上にディスクの軸線から延在しないことを特徴とする請
    求項１に記載のディスクを形成する方法。
38. 【請求項３８】ステップｂの間、通気路の縁部は全て、
    ディスクの外縁部よりもディスク軸線に近いことを特徴
    とする請求項１に記載のディスクを形成する方法。
39. 【請求項３９】各ダイの面には、通気路を含む鍛造形状
    が設けられ、鍛造ダイの鍛造形状は通気路を除いて、加
    工物の初期形状に近似適合する空洞を画成することを特
    徴とする請求項１に記載のディスクを形成する方法。
40. 【請求項４０】各ダイの面には通気路を含む鍛造形状が
    設けられ、鍛造ダイの鍛造形状は通気路を除いて加工物
    の初期形状と近似適合する空洞を画成することによっ
    て、通気路におけるリブを除いて、前記方法の過程の間
    加工物の形状に殆んど変化はなく、加工物の金属の移動
    や歪は、境界あるいはその近傍での金属が通気路へ流入
    するにつれて境界に沿って集中することを特徴とする請
    求項１に記載のディスクを形成する方法。
41. 【請求項４１】ステップＣに続いて、前記方法の先に適
    用した過程によりつくられた結合線に対して前記方法の
    過程が繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の
    ディスクを形成する方法。
42. 【請求項４２】前記の著しい量は境界において初期から
    介在していた材料の概ね全てであることを特徴とする請
    求項１に記載のディスクを形成する方法。
43. 【請求項４３】前記の著しい量が境界に初期から介在し
    ていた材料の少なくとも80％であることを特徴とする請
    求項１に記載のディスクを形成する方法。
44. 【請求項４４】前記の著しい量が境界に初期から介在し
    ていた材料の少なくとも90％であることを特徴とする請
    求項１に記載のディスクを形成する方法。
45. 【請求項４５】前記の著しい量が境界に初期から介在し
    ていた材料の少なくとも95％であることを特徴とする請
    求項１に記載のディスクを形成する方法。
46. 【請求項４６】前記の著しい量が境界に初期から介在し
    ていた材料の少なくとも99％であることを特徴とする請
    求項１に記載のディスクを形成する方法。
47. 【請求項４７】ガスタービンディスクを形成するに適し
    たプリフォームにおいて、 （ａ）ディスク軸線と、第１のディスク面と、第２のデ
    ィスク面と、ディスクの最外側範囲を画成する環状の外
    側縁部とを有し、第１のアロイから形成された中央部分
    と第２のアロイから形成された環状の周辺部分とを有す
    るディスクであって、中央部分と周辺部分との間の境界
    がディスク軸線の周りの回転面であって、第１の端部と
    第２の端部とを有する母線により画成され、前記回転面
    がディスクの第１の面における、前記母線の第１の端部
    により創成された第１の円形縁部とディスクの第２の面
    における、前記母線の第２の端部によって創成された第
    ２の円形縁部とを有しているディスクと、 （ｂ）ディスクの表面に取り付けられ、該ディスクから
    除去される除去リブであって、ディスクの外縁部の内側
    に全体的に位置し、各アロイのある部分を含有するよう
    境界が通っている除去リブと、 （ｃ）境界において介在し、その概ね全てがリブより内
    側である境界の部分に介在し、その残りは高度に歪が加
    えられている欠陥部分とからなることを特徴とするプリ
    フォーム。
48. 【請求項４８】ディスク軸線と、第１のディスク面と、
    第２のディスク面と、加工物の最外側範囲を画成する環
    状の外縁部とを有し、第１のアロイで形成された中央部
    分と第２のアロイで形成された環状の周辺部分とを有す
    るディスクであって、前記中央部分と周辺部分との間の
    境界はディスク軸線の周りの回転面であり第１の端部と
    第２の端部とを有する母線によって画定されており、前
    記回転面は前記ディスクの第１の面にあり、前記母線の
    第１の端部により創成された第１の円形縁部と、前記デ
    ィスクの第２の面にあり、前記母線の第２の端部により
    創成された第２の円形縁部とを有しているディスクを形
    成するようにされた一対の鍛造ダイにおいて、 （ａ）第１のダイ面と、そのダイ面に形成されディスク
    と係合するようにされた第11の鍛造形状とを有する第１
    のダイであって、そのダイ面と鍛造形状とにおいて環状
    の通気路を形成しており、前記通気路が、双方共空洞内
    に全体的に位置しディスクの希望する円形縁部をまたぐ
    よう位置した２個の同心状通気路縁部を有している第１
    のダイと、 （ｂ）第２のダイ面と、ディスクと係合するようにされ
    た第２の鍛造形状とを有する第２のダイとから なることを特徴とするディスクを形成するための一対の
    鍛造ダイ。