JP6576298B2 - Precision casting mold, precision casting mold casting method, and rotary machine blade manufacturing method - Google Patents

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Description

本開示は、精密鋳造用鋳型、精密鋳造用鋳型の鋳造方法、及び、回転機械翼の製造方法に関する。   The present disclosure relates to a precision casting mold, a casting method of a precision casting mold, and a method of manufacturing a rotary machine blade.

金属、合金等の鋳造を行う鋳型にあっては、鋳物を取り出すときに鋳型の強度が高すぎて鋳型を割ることが困難になる場合がある。このような鋳型から鋳物を取り出す際には、ハンマーによる打撃、サンドブラスト、又は、スチールショット等により鋳型を破壊すこととなる。そのため、鋳物に対して鋳型破壊による衝撃のダメージが加わり欠陥が生じる可能性がある。   In a mold for casting a metal, an alloy, or the like, it may be difficult to break the mold because the mold is too strong when the casting is taken out. When taking out a casting from such a mold, the mold is destroyed by hammering, sandblasting, steel shot or the like. Therefore, there is a possibility that the casting is subjected to impact damage due to mold breakage, resulting in a defect.

また、鋳型としては、シリカゾルに対してジルコンやアルミナ等を混合したものを焼成して形成される鋳型が知られている。このような鋳型は、一般に温度低下による収縮が少なく、その線膨張係数が、鋳物である金属の線膨張係数と一桁違う値になってしまう。そのため、鋳物が冷却される際の収縮により、鋳物に引張応力が作用して鋳物に割れなどの不具合が生じる可能性がある。   As a mold, a mold formed by baking a mixture of silica sol and zircon or alumina is known. Such a mold generally has little shrinkage due to a decrease in temperature, and its linear expansion coefficient becomes a value that is an order of magnitude different from that of a metal that is a casting. Therefore, due to the shrinkage when the casting is cooled, there is a possibility that a tensile stress acts on the casting and a defect such as a crack occurs in the casting.

特許文献1には、ジルコニアを10重量%以上含む材料を用いて鋳型を形成する技術が提案されている。この特許文献1の技術は、温度に応じて結晶構造が変化するジルコニアの性質を利用している。つまり、金属溶湯の注湯により鋳型が高温になることを利用して、鋳型中に微細なクラックを無数に発生させて、鋳型を自己崩壊させている。
しかしながら、ジルコニアは、温度が1100℃付近になると結晶構造が、単斜晶から正方晶に変化して体積が変化してしまう。そのため、溶湯を鋳型に注湯する過程で、鋳型に体積変化が生じて精密鋳造が困難になる可能性がある。
Patent Document 1 proposes a technique for forming a mold using a material containing 10% by weight or more of zirconia. The technique of this patent document 1 utilizes the property of zirconia whose crystal structure changes according to temperature. That is, by utilizing the fact that the mold becomes hot due to the pouring of molten metal, countless fine cracks are generated in the mold to self-collapse the mold.
However, when the temperature of zirconia is around 1100 ° C., the crystal structure changes from monoclinic to tetragonal and the volume changes. Therefore, in the process of pouring the molten metal into the mold, there is a possibility that volume change occurs in the mold and it becomes difficult to perform precision casting.

そこで、特許文献2が開示する鋳型は、内側から順にプライマリ層とバックアップ層とを積層して備え、プライマリ層とバックアップ層との少なくとも一方が、分散媒としてのシリカゾルと、シリカゾルに分散されたニオビア安定化ジルコニアと、を含む鋳型形成用スラリを熱処理して形成されている。
特許文献2が開示する鋳型によれば、溶湯を鋳型に注湯したときの昇温過程では、ニオビア安定化ジルコニアの結晶構造は変化しない。このため昇温過程では鋳型の強度は低下せず、ジルコニアを用いる場合に比べ、鋳物を安定に鋳造することができる。一方、特許文献2が開示する鋳型によれば、溶湯を注湯して高温になった際に、ニオビア安定化ジルコニアを脱安定化させることができる。さらに、この脱安定化によりニオビアとジルコニアに遊離させることができる。そのため、鋳物が冷却される際に、ジルコニアの結晶構造が変化して体積変化、および、強度低下が生じ、鋳型の自己崩壊性を高めることができる。
Therefore, the mold disclosed in Patent Document 2 includes a primary layer and a backup layer laminated in order from the inside, and at least one of the primary layer and the backup layer is a silica sol as a dispersion medium, and niobia dispersed in the silica sol. It is formed by heat-treating a mold forming slurry containing stabilized zirconia.
According to the mold disclosed in Patent Document 2, the crystal structure of niobia-stabilized zirconia does not change during the temperature rising process when the molten metal is poured into the mold. For this reason, the strength of the mold does not decrease in the temperature rising process, and the casting can be stably cast as compared with the case of using zirconia. On the other hand, according to the mold disclosed in Patent Document 2, when the molten metal is poured and becomes high temperature, the niobium-stabilized zirconia can be destabilized. Furthermore, this destabilization can liberate niobia and zirconia. Therefore, when the casting is cooled, the crystal structure of zirconia is changed to cause a volume change and a decrease in strength, and the self-disintegration property of the mold can be enhanced.

特開平6−15404号公報JP-A-6-15404 特開2015−171724号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-171724

精密鋳造の場合、鋳物が複雑な形状を有するため、注湯後の溶湯の降温過程において鋳型の一部の強度を特に低下させることが望ましい場合がある。しかしながら、特許文献1及び特許文献2がそれぞれ開示する鋳型では、ジルコニアやニオビア安定化ジルコニアが鋳型全体に分布しているので、このような要望には対応できない。   In the case of precision casting, since the casting has a complicated shape, it may be desirable to particularly reduce the strength of a part of the mold during the cooling process of the molten metal after pouring. However, in the molds disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, zirconia and niobium-stabilized zirconia are distributed throughout the mold, and thus cannot meet such demands.

上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、鋳型の一部の強度を低下させることが可能な精密鋳造用鋳型、精密鋳造用鋳型の鋳造方法、及び、回転機械翼の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the circumstances described above, the object of at least one embodiment of the present invention is to provide a precision casting mold capable of reducing the strength of a part of the mold, a casting method of the precision casting mold, and a rotary machine blade. An object is to provide a manufacturing method.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る精密鋳造用鋳型は、
鋳物の外形形状に対応する空洞部に沿ってそれぞれ延在し、相互に積層された複数の耐火材粉末層と、
前記複数の耐火材粉末層間に介在する複数のスタッコ層と、
ニオビア安定化ジルコニアを含み、前記複数のスタッコ層を構成する耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部と
を備える。
(1) A precision casting mold according to at least one embodiment of the present invention is:
A plurality of refractory powder layers each extending along a cavity corresponding to the outer shape of the casting and laminated together;
A plurality of stucco layers interposed between the plurality of refractory powder layers;
An easily collapsible portion that includes niobia-stabilized zirconia and has a size larger than the particle diameter of the refractory particles constituting the plurality of stucco layers.

上記構成(1)によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部が、耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。   According to the above configuration (1), the strength of a part of the precision casting mold is partially reduced in the temperature lowering process of the molten metal after pouring by locally providing an easy-disintegrating part containing niobium-stabilized zirconia. Can be made. In particular, since the easy-disintegration part has a size larger than the particle diameter of the refractory material particles, it is possible to increase the volume change amount due to the change in the crystal structure in the easy-disintegration part. In particular, the strength can be reduced.

(2)幾つかの実施形態では、上記構成(1)において、
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、
前記焼結体は20%以下の空隙率を有する。
上記構成(2)によれば、易崩壊部がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、焼結体は20%以下の空隙率を有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。
(2) In some embodiments, in the configuration (1),
The easy-disintegration part is constituted by a powder sintered body constituted by niobium-stabilized zirconia,
The sintered body has a porosity of 20% or less.
According to the said structure (2), since an easily disintegrating part is comprised by the sintered compact of the powder comprised by niobia stabilization zirconia, and a sintered compact has a porosity of 20% or less, the crystal structure in an easily disintegrating part The amount of volume change due to the change in the above can be increased reliably, and the strength of a portion of the precision casting mold can be particularly reduced.

(3)幾つかの実施形態では、上記構成(1)において、
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子によって構成され、
前記焼結体は20%以下の空隙率を有する。
(3) In some embodiments, in the configuration (1),
The easily disintegrating part is constituted by sintered pulverized particles obtained by pulverizing a powder sintered body constituted by niobium-stabilized zirconia,
The sintered body has a porosity of 20% or less.

上記構成(3)によれば、易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子によって構成され、焼結体は20%以下の空隙率を有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。   According to the said structure (3), an easily disintegrating part is comprised by the sintered compact grinding | pulverization particle | grains obtained by grind | pulverizing the sintered compact of the powder comprised by niobia stabilization zirconia, and a sintered compact is 20% or less. Since it has a porosity, it is possible to reliably increase the amount of volume change due to the change in the crystal structure in the easily collapsible part, and particularly to reduce the strength of a part of the precision casting mold.

(4)本発明の少なくとも一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法は、
耐火材粉末を含むスラリを蝋型の表面に付着させ、スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、
前記スラリ層に、耐火材粒子をスタッコとして付着させるスタッコ付着工程と、
前記スラリ層に、ニオビア安定化ジルコニアを含み且つ前記耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部を付着させる易崩壊部付着工程と、
前記スラリ層を乾燥させる乾燥工程と、
を備える。
(4) A method for producing a precision casting mold according to at least one embodiment of the present invention includes:
A slurry layer forming step of forming a slurry layer by attaching a slurry containing a refractory powder to a wax-shaped surface;
A stucco attachment step of attaching refractory material particles as stucco to the slurry layer;
An easy-disintegrating part attaching step for attaching an easily disintegrating part containing niobia-stabilized zirconia and having a size larger than the particle diameter of the refractory material particles to the slurry layer;
A drying step of drying the slurry layer;
Is provided.

上記構成(4)によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部が、耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。   According to the configuration (4), the strength of a part of the precision casting mold is partially reduced in the process of lowering the temperature of the molten metal after pouring by locally providing an easily collapsible portion containing niobium-stabilized zirconia. Can be made. In particular, since the easy-disintegration part has a size larger than the particle diameter of the refractory material particles, it is possible to increase the volume change amount due to the change in the crystal structure in the easy-disintegration part. In particular, the strength can be reduced.

(5)幾つかの実施形態では、上記構成(4)において、
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる。
(5) In some embodiments, in the configuration (4),
It comprises a sintered body production process for producing a sintered body by press forming while heating powder composed of niobium stabilized zirconia,
In the easy-disintegration part attaching step, the sintered body is attached to the slurry layer as the easy-disintegration part.

上記構成(5)によれば、易崩壊部がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、焼結体は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。   According to the said structure (5), an easily disintegrating part is comprised by the sintered compact of the powder comprised by niobia stabilized zirconia, and a sintered compact press-molds, heating the powder comprised by niobia stabilized zirconia. Therefore, the volume change amount due to the change of the crystal structure in the easily collapsible part can be surely increased, and the strength of a part of the precision casting mold can be particularly reduced.

(6)幾つかの実施形態では、上記構成(4)において、
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程と、
前記焼結体を粉砕して焼結体粉砕粒子を作製する粉砕工程と、
を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体粉砕粒子を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる。
(6) In some embodiments, in the configuration (4),
A sintered body production process for producing a sintered body by press-molding a powder composed of niobium-stabilized zirconia while heating,
A pulverizing step of pulverizing the sintered body to produce sintered body pulverized particles;
With
In the easy-disintegration part attaching step, the sintered body pulverized particles are attached to the slurry layer as the easy-disintegration part.

上記構成(6)によれば、易崩壊部が、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られた焼結体粉砕粒子によって構成され、焼結体は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。   According to the said structure (6), an easily disintegrating part is comprised by the sintered compact grinding | pulverization particle | grains obtained by grind | pulverizing the sintered compact of the powder comprised by niobia stabilization zirconia, and a sintered compact is niobium stable. Since the powder composed of zirconia powder is press-molded while heating, the volume change due to the change in the crystal structure in the easily collapsible part can be surely increased. In particular, the strength can be reduced.

(7)本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械翼の製造方法は、
請求項4乃至6の何れか1項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法によって製造された精密鋳造用鋳型を用意する鋳型用意工程と、
前記精密鋳造用鋳型に溶湯を注湯し、鋳物を製造する注湯工程と、
を備える。
(7) A method for manufacturing a rotary machine blade according to at least one embodiment of the present invention includes:
A mold preparation step of preparing a precision casting mold manufactured by the method of manufacturing a precision casting mold according to any one of claims 4 to 6,
Pouring a molten metal into the precision casting mold to produce a casting; and
Is provided.

上記構成(7)によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部が、耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。このため、回転機械翼の形状が複雑であっても、回転機械翼の形状に応じて精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができ、回転機械翼における不具合の発生を防止することができる。   According to the configuration (7), the strength of a part of the precision casting mold is partially reduced in the temperature lowering process of the molten metal after pouring by locally providing an easily collapsible portion containing niobium-stabilized zirconia. Can be made. In particular, since the easy-disintegration part has a size larger than the particle diameter of the refractory material particles, it is possible to increase the volume change amount due to the change in the crystal structure in the easy-disintegration part. In particular, the strength can be reduced. For this reason, even if the shape of the rotary machine blade is complex, the strength of a part of the precision casting mold can be particularly reduced according to the shape of the rotary machine blade, and the occurrence of problems in the rotary machine blade can be prevented. be able to.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、鋳型の一部の強度を低下させることが可能な精密鋳造用鋳型、精密鋳造用鋳型の鋳造方法、及び、回転機械翼の製造方法が提供される。   According to at least one embodiment of the present invention, there are provided a precision casting mold, a precision casting mold casting method, and a rotating machine blade manufacturing method capable of reducing the strength of a part of the mold.

本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法により製造された回転機械翼を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view showing roughly a rotary machine blade manufactured by a manufacturing method of a rotary machine blade concerning one embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る精密鋳造用鋳型を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a precision casting mold according to an embodiment of the present invention. 図2中のIII面での精密鋳造用鋳型及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross-section of a precision casting mold and a core on a plane III in FIG. 2, and a part of the inside of the circle is enlarged. 図2中のIV面での精密鋳造用鋳型及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。FIG. 4 is a diagram showing a schematic cross section of a precision casting mold and a core on an IV plane in FIG. 2, and a part of the inside of the circle is enlarged. 本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法の概略的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the schematic procedure of the manufacturing method of the rotary machine blade which concerns on one Embodiment of this invention. 図5の回転機械翼の製造方法の鋳型用意工程に適用可能な、本発明の一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法の概略的な手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a schematic procedure of a method for manufacturing a precision casting mold according to an embodiment of the present invention, which can be applied to a mold preparation step of the method for manufacturing a rotary machine blade of FIG. 5. 図6の精密鋳造用鋳型の製造方法に適用可能な、易崩壊部用意工程の手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows roughly the procedure of the easy-disintegration part preparation process applicable to the manufacturing method of the precision casting mold of FIG. 図6の精密鋳造用鋳型の製造方法に適用可能な、易崩壊部用意工程の手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows roughly the procedure of the easy-disintegration part preparation process applicable to the manufacturing method of the precision casting mold of FIG. 実施例1及び3の試験片E1,E3を説明するための概略的な図であり、図中円内は一部を拡大して示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram for demonstrating the test pieces E1 and E3 of Example 1 and 3, and the inside of a circle | round | yen is expanded and shown in the figure. 実施例2及び4の試験片E2,E4を説明するための概略的な図であり、図中円内は一部を拡大して示している。It is a schematic diagram for demonstrating the test pieces E2 and E4 of Example 2 and 4, and the inside of a circle is expanded and shown in the figure. 比較例1及び比較例2の試験片C1,C2を説明するための概略的な図であり、図中円内は一部を拡大して示している。It is a schematic diagram for demonstrating the test pieces C1 and C2 of the comparative example 1 and the comparative example 2, and the inside of a circle is expanded and shown in the figure. 実施例1〜4及び比較例1,2の試験片E1〜E4,C1,C2の3点曲げ試験結果を比較例1,2に対する曲げ強さの減少率とともに示す表である。It is a table | surface which shows the 3 point | piece bending test result of the test pieces E1-E4, C1, C2 of Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2 with the decreasing rate of the bending strength with respect to Comparative Examples 1 and 2. FIG.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.

図1は、本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法により製造された回転機械翼1を概略的に示す斜視図である。図2は、本発明の実施形態に係る精密鋳造用鋳型3(3a,3b)を概略的に示す斜視図であり、精密鋳造用鋳型3(3a,3b)は回転機械翼1の鋳造に使用可能である。図3は、図2中のIII面での精密鋳造用鋳型3a及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。図4は、図2中のIV面での精密鋳造用鋳型3b及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。
なお、以下の説明では、精密鋳造用鋳型3a,3bを一括して精密鋳造用鋳型3とも称する。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a rotary machine blade 1 manufactured by a method for manufacturing a rotary machine blade according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a precision casting mold 3 (3a, 3b) according to an embodiment of the present invention. The precision casting mold 3 (3a, 3b) is used for casting the rotary machine blade 1. FIG. Is possible. FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section of the precision casting mold 3a and the core on the III plane in FIG. 2, and a part of the inside of the circle is enlarged. FIG. 4 is a diagram showing a schematic cross section of the precision casting mold 3b and the core on the IV plane in FIG. 2, and a part of the inside of the circle is enlarged.
In the following description, the precision casting molds 3a and 3b are collectively referred to as the precision casting mold 3.

図1に示した回転機械翼1は、タービン動翼であり、翼部10、プラットホーム12、及び、翼根部14を有する。また、タービン動翼は、翼部10、プラットホーム12及び翼根部14の内部に内部流路16を有する。タービン動翼の翼部10及びプラットホーム12は、作動流体としての高温の燃焼ガスに曝されるので、内部流路16に供給される冷却ガスによって冷却される。なお、内部流路16の形状は、精密鋳造に用いられる中子の形状に対応している。   A rotating machine blade 1 illustrated in FIG. 1 is a turbine blade, and includes a blade portion 10, a platform 12, and a blade root portion 14. Further, the turbine rotor blade has an internal flow path 16 inside the blade portion 10, the platform 12, and the blade root portion 14. Since the blade portion 10 and the platform 12 of the turbine blade are exposed to high-temperature combustion gas as a working fluid, the blade portion 10 and the platform 12 are cooled by the cooling gas supplied to the internal flow path 16. The shape of the internal flow path 16 corresponds to the shape of the core used for precision casting.

図2〜図4に示した精密鋳造用鋳型3は、図1の回転機械翼1の鋳造に適用可能である。精密鋳造用鋳型3はシェル型の鋳型であり、回転機械翼1の外形形状よりも一回り大きな外形形状を有するとともに、回転機械翼1の外形形状に対応する形状の空洞部18を有する。空洞部18内には、内部流路16を形成するための中子17が配置されている。   The precision casting mold 3 shown in FIGS. 2 to 4 is applicable to the casting of the rotary machine blade 1 of FIG. The precision casting mold 3 is a shell mold, and has an outer shape that is slightly larger than the outer shape of the rotary machine blade 1, and has a cavity 18 having a shape corresponding to the outer shape of the rotary machine blade 1. A core 17 for forming the internal flow path 16 is disposed in the cavity 18.

図3及び図4に示したように、精密鋳造用鋳型3は、複数の耐火材粉末層20、複数のスタッコ層22及び易崩壊部24を有している。
複数の耐火材粉末層20は、鋳物、即ち回転機械翼1の外形形状に対応する空洞部18に沿ってそれぞれ延在し、相互に積層されている。各耐火材粉末層20は、蝋型に付着させた層状のスラリ(スラリ層)を乾燥及び焼成することによって形成される。スラリは、例えば、シリカゾルに、耐火材粉末(フラワ)が混合されたものであり、シリカゾル中のシリカの粒子径は、1nm以上500nm以下であり、シリカゾルの分散媒は、水等の極性溶媒である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the precision casting mold 3 includes a plurality of refractory material powder layers 20, a plurality of stucco layers 22, and an easy collapse portion 24.
The plurality of refractory material powder layers 20 extend along the cavity 18 corresponding to the outer shape of the casting, that is, the rotary machine blade 1, and are stacked on each other. Each refractory powder layer 20 is formed by drying and firing a layered slurry (slurry layer) adhered to a wax mold. The slurry is, for example, a mixture of silica sol and a refractory powder (flower), the silica particle size in the silica sol is 1 nm to 500 nm, and the dispersion medium of the silica sol is a polar solvent such as water. is there.

耐火材粉末層20は、スラリの成分に由来する耐火材粉末(フラワ)及びシリカを含む。フラワは、例えば、ジルコン又はアルミナ等の耐火材の粉末によって構成され、0.1μm以上500μm以下の粒子径を有する。
ただし、フラワの粒子は、スラリ層を焼成することにより焼結しているが、本明細書において、耐火材粉末の粒子径とは、焼成前の粒子径をいうものとする。つまり、フラワの粒子径とは、スラリ中の耐火材粉末の粒子径をいうものとする。
また、本明細書において、粒子径とは、レーザ回折式粒子径分布測定装置によって測定される粒子径分布において、体積積分値が50%となる平均粒子径(D50)をいうものとする。
The refractory material powder layer 20 includes a refractory material powder (flower) derived from a slurry component and silica. A flower is comprised with the powder of refractory materials, such as a zircon or an alumina, for example, and has a particle diameter of 0.1 micrometer or more and 500 micrometers or less.
However, although the flower particles are sintered by firing the slurry layer, in this specification, the particle size of the refractory powder means the particle size before firing. That is, the particle diameter of the flower refers to the particle diameter of the refractory powder in the slurry.
Further, in this specification, the particle diameter means an average particle diameter (D50) at which the volume integral value is 50% in the particle diameter distribution measured by a laser diffraction particle diameter distribution measuring apparatus.

複数のスタッコ層22は、複数の耐火材粉末層20の間に介在している。複数のスタッコ層22は、複数の耐火材粒子26によって構成され、耐火材粒子26は、耐火材粉末層20を構成するフラワよりも大きな粒子径を有する。耐火材粒子26は、例えば、アルミナ又はムライト等の耐火材の粒子によって構成され、例えば、0.5mm以上2mm以下の平均粒子径を有する。従って、スタッコ層22の耐火材粒子26の粒子径は、耐火材粉末層20のフラワの粒子径よりも大である。
なお、スタッコ層22を構成する耐火材粒子26も、焼成によって焼結しているが、耐火材粒子26の粒子径とは焼成前の粒子径をいうものとする。
The plurality of stucco layers 22 are interposed between the plurality of refractory material powder layers 20. The plurality of stucco layers 22 are constituted by a plurality of refractory material particles 26, and the refractory material particles 26 have a larger particle diameter than the flower constituting the refractory material powder layer 20. The refractory material particles 26 are composed of particles of refractory material such as alumina or mullite, for example, and have an average particle diameter of 0.5 mm or more and 2 mm or less, for example. Therefore, the particle diameter of the refractory material particles 26 of the stucco layer 22 is larger than the particle diameter of the flower of the refractory material powder layer 20.
In addition, although the refractory material particles 26 constituting the stucco layer 22 are also sintered by firing, the particle size of the refractory material particles 26 is the particle size before firing.

図3及び図4に示したように、易崩壊部24は、複数の耐火材粉末層20間、耐火材粉末層20内又は耐火材粉末層20に隣接して配置されている。易崩壊部24は、耐火材粉末層20の面内方向にて局所的に配置されている。易崩壊部24は、ニオビア安定化ジルコニアを含み、複数のスタッコ層22を構成する耐火材粒子26の粒子径よりも大の大きさを有する。   As shown in FIGS. 3 and 4, the easy-disintegration part 24 is disposed between the plurality of refractory material powder layers 20, in the refractory material powder layer 20, or adjacent to the refractory material powder layer 20. The easy-disintegration part 24 is locally disposed in the in-plane direction of the refractory material powder layer 20. The easy-disintegration part 24 includes niobia-stabilized zirconia and has a size larger than the particle diameter of the refractory material particles 26 constituting the plurality of stucco layers 22.

上記構成によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部24を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部24の大きさが、耐火材粒子26の粒子径よりも大であるので、易崩壊部24における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を特に低下させることができる。そしてこの結果として、鋳物が複雑な形状を有していても、鋳物を安定に鋳造可能であるとともに、鋳物から精密鋳造用鋳型3を容易に取り外すことができる。   According to the above configuration, the strength of a part of the precision casting mold 3 is partially reduced in the temperature lowering process of the molten metal after pouring by locally providing the easy-disintegrating part 24 containing niobium-stabilized zirconia. be able to. In particular, since the size of the easy-disintegration part 24 is larger than the particle diameter of the refractory material particles 26, the volume change amount due to the change of the crystal structure in the easy-disintegration part 24 can be increased. In particular, the strength of a part of can be reduced. As a result, even if the casting has a complicated shape, the casting can be stably cast, and the precision casting mold 3 can be easily removed from the casting.

幾つかの実施形態では、図3に示したように、易崩壊部24は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体28によって構成され、焼結体28は0%以上20%以下の空隙率を有する。
上記構成によれば、易崩壊部24がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体28によって構成され、焼結体28は20%以下の空隙率を有するので、易崩壊部24における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型3aの一部の強度を特に低下させることができる。
焼結体28は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を、加熱しながらプレス成形することにより作製可能である。プレス成形される粉末の粒子径は、例えば、0.01μm以上10μm以下である。
幾つかの実施形態では、焼結体28の空隙率は0%以上10%以下である。
In some embodiments, as shown in FIG. 3, the easy-disintegration part 24 is configured by a powder sintered body 28 composed of niobium-stabilized zirconia, and the sintered body 28 is 0% or more and 20% or less. The porosity is
According to the above configuration, the easy-disintegration part 24 is configured by the powder sintered body 28 made of niobium-stabilized zirconia, and the sintered body 28 has a porosity of 20% or less. The amount of volume change due to the structure change can be reliably increased, and the strength of a part of the precision casting mold 3a can be particularly reduced.
The sintered body 28 can be produced by press-molding a powder composed of niobium-stabilized zirconia while heating. The particle diameter of the press-molded powder is, for example, 0.01 μm or more and 10 μm or less.
In some embodiments, the porosity of the sintered body 28 is 0% or more and 10% or less.

幾つかの実施形態では、図4に示したように、易崩壊部24は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体28を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子30によって構成され、焼結体は0%以上20%以下の空隙率を有する。   In some embodiments, as shown in FIG. 4, the easy-disintegration part 24 is composed of sintered pulverized particles 30 obtained by pulverizing a powder sintered body 28 composed of niobium-stabilized zirconia. The sintered body has a porosity of 0% or more and 20% or less.

上記構成によれば、易崩壊部24は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体28を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子30によって構成され、焼結体は20%以下の空隙率を有するので、易崩壊部24における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型3bの一部の強度を特に低下させることができる。   According to the above configuration, the easy-disintegration part 24 is configured by the sintered compact pulverized particles 30 obtained by pulverizing the powder sintered compact 28 composed of niobium-stabilized zirconia, and the sintered compact is 20% or less. Since it has a porosity, the amount of volume change due to the change of the crystal structure in the easy-disintegration part 24 can be reliably increased, and the strength of a part of the precision casting mold 3b can be particularly reduced.

幾つかの実施形態では、図3及び図4に示したように、易崩壊部24は、精密鋳造用鋳型3の内面側(空洞部18側)よりも外面側の近くに配置される。
鋳型が自己崩壊する際の破壊の起点は、通常、鋳型の外面側に位置している。そこで、上記構成によれば、精密鋳造用鋳型3の破壊の起点となる易崩壊部24が外面側の近くに配置されていることで、溶湯の降温過程で、精密鋳造用鋳型3を効率的に自己崩壊させることができる。
In some embodiments, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the easy-disintegration part 24 is disposed closer to the outer surface side than the inner surface side (cavity 18 side) of the precision casting mold 3.
The starting point of destruction when the mold self-collapses is usually located on the outer surface side of the mold. So, according to the said structure, the easy-disintegration part 24 used as the starting point of destruction of the precision casting mold 3 is arrange | positioned near the outer surface side, Therefore The precision casting mold 3 is efficiently used in the temperature-fall process of a molten metal. Can self-destruct.

幾つかの実施形態では、図2に示したように、易崩壊部24は、回転機械翼1のチップ側に隣接する精密鋳造用鋳型3の部分(易崩壊部配置部分)32に配置される。回転機械翼1の翼部10において、プラットホーム12よりもチップ側(先端側)に近い部分は肉厚が薄いため、溶湯の降温過程で鋳物に張力が作用し、鋳物に割れが生じる虞がある。
この点、上記構成によれば、易崩壊部24は、回転機械翼1のチップ側に対応する精密鋳造用鋳型3の部分32に配置されおり、精密鋳造用鋳型3が易崩壊部24を起点として自己崩壊することによって、回転機械翼1のチップ側で割れが生じることが抑制される。
In some embodiments, as shown in FIG. 2, the easy-disintegration part 24 is arranged in a portion (easi-disintegration part arrangement part) 32 of the precision casting mold 3 adjacent to the tip side of the rotary machine blade 1. . In the blade portion 10 of the rotating machine blade 1, the portion closer to the tip side (tip side) than the platform 12 is thin, so that tension is applied to the casting in the process of cooling the molten metal, and the casting may be cracked. .
In this regard, according to the above configuration, the easily collapsible portion 24 is disposed in the portion 32 of the precision casting mold 3 corresponding to the tip side of the rotary machine blade 1, and the precision casting mold 3 starts from the easily collapsible portion 24. As a result, the occurrence of cracks on the tip side of the rotary machine blade 1 is suppressed.

幾つかの実施形態では、図2に示したように、易崩壊部24は、回転機械翼1の翼部10とプラットホーム12の境界に隣接する精密鋳造用鋳型3の部分(易崩壊部配置部分)34に配置される。回転機械翼1の翼部10とプラットホーム12の境界部分では、溶湯の降温過程で残留応力が生じ、不具合が生じる可能性がある。
この点、上記構成によれば、易崩壊部24は、回転機械翼1の翼部10とプラットホーム12の境界に対応する精密鋳造用鋳型3の部分34に配置されおり、精密鋳造用鋳型3が易崩壊部24を起点として自己崩壊することによって、回転機械翼1の翼部10とプラットホーム12の境界で残留応力が生じることが抑制される。
In some embodiments, as shown in FIG. 2, the easy-disintegration part 24 is a portion of the precision casting mold 3 adjacent to the boundary between the wing part 10 and the platform 12 of the rotary machine blade 1 (an easy-disintegration part arrangement part). ) 34. In the boundary part between the blade part 10 and the platform 12 of the rotary machine blade 1, residual stress may be generated in the process of lowering the temperature of the molten metal, which may cause a problem.
In this regard, according to the above configuration, the easy-disintegration portion 24 is disposed in the portion 34 of the precision casting mold 3 corresponding to the boundary between the blade portion 10 and the platform 12 of the rotary machine blade 1. By self-destructing from the easy-disintegration part 24 as a starting point, the occurrence of residual stress at the boundary between the blade part 10 and the platform 12 of the rotating machine blade 1 is suppressed.

図5は、本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法5の概略的な手順を示すフローチャートである。図6は、回転機械翼の製造方法5の鋳型用意工程に適用可能な、本発明の一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法7の概略的な手順を示すフローチャートである。図7は、精密鋳造用鋳型の製造方法7に適用可能な、易崩壊部用意工程S16(S16a)の手順を概略的に示すフローチャートである。図8は、精密鋳造用鋳型の製造方法7に適用可能な、易崩壊部用意工程S16(S16b)の手順を概略的に示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing a schematic procedure of a method 5 for manufacturing a rotary machine blade according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart showing a schematic procedure of a precision casting mold manufacturing method 7 according to an embodiment of the present invention, which can be applied to the mold preparation step of the rotating machine blade manufacturing method 5. FIG. 7 is a flowchart schematically showing a procedure of the easy-disintegration part preparation step S16 (S16a) applicable to the precision casting mold manufacturing method 7. FIG. 8 is a flowchart schematically showing the procedure of the easily disintegrating part preparation step S16 (S16b) applicable to the precision casting mold manufacturing method 7.

図5に示したように、本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械翼の製造方法5は、鋳型用意工程S1、注湯工程S2、鋳型除去工程S3及び中子除去工程S4を有している。
鋳型用意工程S1では、後述する精密鋳造用鋳型の製造方法7によって製造された精密鋳造用鋳型3を用意する。
注湯工程S2では、精密鋳造用鋳型3に溶湯を注湯する。
鋳型除去工程S3では、注湯した溶湯が凝固して得られる鋳物、即ち回転機械翼1から、精密鋳造用鋳型3を取り外す。
中子除去工程S4では、鋳物から中子17を取り外し、鋳物、即ち回転機械翼1を得る。
As shown in FIG. 5, the rotary machine blade manufacturing method 5 according to at least one embodiment of the present invention includes a mold preparation step S1, a pouring step S2, a mold removal step S3, and a core removal step S4. Yes.
In the mold preparation step S1, the precision casting mold 3 manufactured by the precision casting mold manufacturing method 7 described later is prepared.
In the pouring step S2, the molten metal is poured into the precision casting mold 3.
In the mold removal step S3, the precision casting mold 3 is removed from the casting obtained by solidification of the poured molten metal, that is, the rotary machine blade 1.
In the core removing step S4, the core 17 is removed from the casting, and the casting, that is, the rotary machine blade 1 is obtained.

上記構成によれば、後述するように、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部24を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部24が、耐火材粒子26の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部24における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を特に低下させることができる。このため、回転機械翼1の形状が複雑であっても、回転機械翼1の形状に応じて精密鋳造用鋳型3の一部の強度を特に低下させることができ、回転機械翼1における不具合の発生を防止することができる。   According to the above configuration, as described later, by providing the easy-disintegration part 24 containing niobium-stabilized zirconia locally, the strength of a part of the precision casting mold 3 can be increased in the temperature drop process of the molten metal after pouring. Can be partially reduced. In particular, since the easy-disintegration part 24 has a size larger than the particle diameter of the refractory material particles 26, the volume change amount due to the change of the crystal structure in the easy-disintegration part 24 can be increased, and the precision casting mold 3 In particular, the strength of a part of can be reduced. For this reason, even if the shape of the rotary machine blade 1 is complex, the strength of a part of the precision casting mold 3 can be particularly reduced according to the shape of the rotary machine blade 1, and the problem in the rotary machine blade 1 can be reduced. Occurrence can be prevented.

図7に示したように、本発明の少なくとも一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法7は、蝋型用意工程S10、スラリ用意工程S12、スタッコ用意工程S14、易崩壊部用意工程S16(S16a,S16b)、スラリ層形成工程S18、スタッコ付着工程S20、易崩壊部付着工程S22、乾燥工程S24、脱蝋工程S26、及び、焼成工程S28を有している。   As shown in FIG. 7, the method 7 for producing a precision casting mold according to at least one embodiment of the present invention includes a wax mold preparation step S10, a slurry preparation step S12, a stucco preparation step S14, and an easily collapsible part preparation step S16 ( S16a, S16b), slurry layer forming step S18, stucco attaching step S20, easily disintegrating part attaching step S22, drying step S24, dewaxing step S26, and firing step S28.

蝋型用意工程S10では、回転機械翼1と同じ外形形状を有する蝋型を用意する。蝋型は、例えば射出成形により製造可能である。蝋型の内部には、回転機械翼1の内部流路16と同じ形状の中子17が配置されている。
スラリ用意工程S12では、スラリを用意する。スラリは、シリカゾルに、耐火材粉末(フラワ)が混合されたものである。例えば、シリカゾル中のシリカの粒子径は、5nm以上30nm以下であり、シリカゾルの分散媒は、水等の極性溶媒である。また例えば、フラワは、ジルコン又はアルミナ等の耐火材の粉末によって構成され、5μm以上80μm以下の粒子径を有する。
In the wax mold preparation step S10, a wax mold having the same outer shape as the rotary machine blade 1 is prepared. The wax mold can be manufactured, for example, by injection molding. Inside the wax mold, a core 17 having the same shape as the internal flow path 16 of the rotary machine blade 1 is disposed.
In the slurry preparation step S12, a slurry is prepared. The slurry is a mixture of silica sol and a refractory powder (flower). For example, the particle diameter of silica in the silica sol is 5 nm or more and 30 nm or less, and the dispersion medium of the silica sol is a polar solvent such as water. For example, a flower is comprised with powder of refractory materials, such as a zircon or an alumina, and has a particle diameter of 5 micrometers or more and 80 micrometers or less.

スタッコ用意工程S14では、スタッコを用意する。スタッコは、複数の耐火材粒子26によって構成されている。耐火材粒子26は、例えば、アルミナ又はムライト等の耐火材の粒子によって構成され、例えば、0.5mm以上2mm以下の粒子径を有する。
易崩壊部用意工程S16では、易崩壊部24を用意する。易崩壊部24は、ニオビア安定化ジルコニアを含み、スタッコを構成する耐火材粒子26の粒子径よりも大の大きさを有する。
In the stucco preparation step S14, stucco is prepared. The stucco is composed of a plurality of refractory material particles 26. The refractory material particles 26 are composed of particles of a refractory material such as alumina or mullite, and have a particle diameter of 0.5 mm or more and 2 mm or less, for example.
In the easily collapsible part preparation step S <b> 16, the easy collapse part 24 is prepared. The easy-disintegration part 24 contains niobia-stabilized zirconia and has a size larger than the particle diameter of the refractory material particles 26 constituting the stucco.

スラリ層形成工程S18では、フラワを含むスラリを蝋型の表面に付着させ、スラリ層を形成する。例えば、タンクに貯留されたスラリに蝋型を浸漬することにより、蝋型の表面にスラリ層を形成することができる。
スタッコ付着工程S20では、スラリ層に、耐火材粒子26をスタッコとして付着させる。スタッコ付着工程S20では、例えばレインサンダー装置によって、スラリ層の表面の全域に渡って、耐火材粒子26が付着させられる。
易崩壊部付着工程S22では、スラリ層に、ニオビア安定化ジルコニアを含み且つ耐火材粒子26の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部24を付着させる。
なお、易崩壊部24は、スラリ層の面内方向にて一部に付着させればよいので、スラリ層上又はスラリ層内の必要な部分にのみ配置される。
乾燥工程S24では、蝋型の表面上に形成したスラリ層を乾燥させる。
In the slurry layer forming step S18, the slurry containing the flower is attached to the wax-shaped surface to form a slurry layer. For example, the slurry layer can be formed on the surface of the wax mold by immersing the wax mold in the slurry stored in the tank.
In the stucco attachment step S20, the refractory material particles 26 are attached to the slurry layer as stucco. In the stucco attachment step S20, the refractory material particles 26 are attached over the entire surface of the slurry layer by, for example, a rain sander device.
In the easy-disintegration part attaching step S22, the easy-disintegration part 24 containing niobia-stabilized zirconia and having a size larger than the particle diameter of the refractory material particles 26 is attached to the slurry layer.
Note that the easy-disintegration portion 24 may be attached to a part in the in-plane direction of the slurry layer, and is therefore disposed only on a necessary portion on the slurry layer or in the slurry layer.
In the drying step S24, the slurry layer formed on the wax-shaped surface is dried.

上述したスラリ層形成工程S18、スタッコ付着工程S20、必要に応じて易崩壊部付着工程S22、及び、乾燥工程S24を1回行うことにより、スラリ層、スタッコ及び必要に応じて易崩壊部24を含む、1mm以上3mm以下の厚さの膜が蝋型の表面上に形成される。そして、スラリ層形成工程S18、スタッコ付着工程S20、必要に応じて易崩壊部付着工程S22、及び、乾燥工程S24を所定回数繰り返すことにより、蝋型の表面上に適当な厚さの膜を形成する。得られた膜は鋳型の中間体である。繰り返し回数nは、例えば、2回以上15回以下である。   By performing the slurry layer forming step S18, the stucco attaching step S20, and the easily disintegrating portion attaching step S22 and the drying step S24 as necessary, the slurry layer, stucco and the easily disintegrating portion 24 as necessary are formed. A film having a thickness of 1 mm or more and 3 mm or less is formed on the wax-shaped surface. Then, a film having an appropriate thickness is formed on the surface of the wax mold by repeating the slurry layer forming step S18, the stucco attaching step S20, and if necessary, the easily collapsing portion attaching step S22 and the drying step S24 a predetermined number of times. To do. The resulting membrane is a template intermediate. The number of repetitions n is, for example, 2 to 15 times.

脱蝋工程S26では、スラリ層形成工程S18、スタッコ付着工程S20、易崩壊部付着工程S22、及び、乾燥工程S24を繰り返すことによって得られた膜、即ち鋳型の中間体から、蝋型を除去する。蝋型は、例えば、鋳型の中間体をオートクレーブを用いて、130℃以上180°以下の温度にて加熱することによって溶解させることで、除去可能である。   In the dewaxing step S26, the wax mold is removed from the film obtained by repeating the slurry layer forming step S18, the stucco attaching step S20, the easily collapsing part attaching step S22, and the drying step S24, that is, the intermediate of the mold. . The wax mold can be removed, for example, by dissolving an intermediate of the mold by heating at a temperature of 130 ° C. or higher and 180 ° or lower using an autoclave.

焼成工程S28では、鋳型の中間体を、例えば950℃以上1050℃以下の温度で熱処理して焼結させ、精密鋳造用鋳型3を得る。
注湯工程S2では、焼成工程S28で得られた精密鋳造用鋳型3内に溶湯を注入する。精密鋳造用鋳型3内で溶湯の温度が低下して溶湯が凝固することにより、回転機械翼1が形成される。溶湯は、例えば、耐熱合金の溶湯であり、Ni基合金の溶湯である。Ni基合金は、例えばMGA1400、MGA2400、又は、CMSX−4であり、この場合、注湯時の溶湯の温度は、1350℃以上1550℃以下である。
In the firing step S28, the mold intermediate is heat-treated and sintered at a temperature of, for example, 950 ° C. or more and 1050 ° C. or less to obtain the precision casting mold 3.
In the pouring step S2, the molten metal is poured into the precision casting mold 3 obtained in the firing step S28. The rotary machine blade 1 is formed when the temperature of the molten metal is lowered in the precision casting mold 3 to solidify the molten metal. The molten metal is, for example, a molten metal of a heat-resistant alloy and a molten metal of a Ni-based alloy. The Ni-based alloy is, for example, MGA1400, MGA2400, or CMSX-4. In this case, the temperature of the molten metal during pouring is 1350 ° C. or higher and 1550 ° C. or lower.

鋳型除去工程S3では、回転機械翼1から、精密鋳造用鋳型3を除去する。精密鋳造用鋳型3には、例えば、機械的な衝撃を加えることによって破壊して除去される。
中子除去工程S4では、回転機械翼1から、中子を除去する。中子は、例えば、回転機械翼1とともに中子をアルカリ溶液に浸漬することによって溶解され、除去される。
In the mold removing step S3, the precision casting mold 3 is removed from the rotary machine blade 1. The precision casting mold 3 is broken and removed by applying a mechanical impact, for example.
In the core removal step S4, the core is removed from the rotary machine blade 1. The core is dissolved and removed, for example, by immersing the core in the alkaline solution together with the rotary machine blade 1.

上記構成によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部24を精密鋳造用鋳型3に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を部分的に低下させることができる。これは以下の理由による。
ニオビア安定化ジルコニアの結晶構造は、注湯前においては、室温でも高温相の結晶構造である正方晶に保たれている。しかしながら、ニオビア安定化ジルコニアの結晶構造は、注湯後には、溶湯によって1300℃以上1600℃以下の温度まで加熱されることによって脱安定化される。このため、溶湯の降温過程において、ニオビア安定化ジルコニア中のジルコニアの結晶構造が、950℃以上1100℃以下の相転移温度で高温相の正方晶から低温相の単斜晶へと相転移する。この相転移により、ジルコニアの体積が膨張し、易崩壊部24及びその周辺でクラックが発生する。これにより、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を部分的に低下させることができる。
According to the above configuration, the easy-disintegration part 24 containing niobium-stabilized zirconia is provided in the precision casting mold 3, so that the strength of a part of the precision casting mold 3 is partially increased in the temperature drop process of the molten metal after pouring. Can be lowered. This is due to the following reason.
The crystal structure of niobium-stabilized zirconia is kept in a tetragonal crystal which is a crystal structure in a high-temperature phase even at room temperature before pouring. However, the crystal structure of niobia-stabilized zirconia is destabilized by being heated to a temperature of 1300 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower by the molten metal after pouring. For this reason, in the temperature decreasing process of the molten metal, the crystal structure of zirconia in the niobium-stabilized zirconia changes from a tetragonal crystal in a high temperature phase to a monoclinic crystal in a low temperature phase at a phase transition temperature of 950 ° C. to 1100 ° C. Due to this phase transition, the volume of zirconia expands, and cracks are generated at the easily disintegrating portion 24 and its periphery. Thereby, the intensity | strength of a part of precision casting mold 3 can be partially reduced.

特に、易崩壊部24が、耐火材粒子26の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部24における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を特に低下させることができる。
この結果として、鋳物としての回転機械翼1が複雑な形状を有していても、精密鋳造用鋳型3を回転機械翼1から容易に除去することができるので、回転機械翼1を安定して製造することができ、回転機械翼1に不具合が生じることが防止される。
In particular, since the easy-disintegration part 24 has a size larger than the particle diameter of the refractory material particles 26, the volume change amount due to the change of the crystal structure in the easy-disintegration part 24 can be increased, and the precision casting mold 3 In particular, the strength of a part of can be reduced.
As a result, even if the rotary machine blade 1 as a casting has a complicated shape, the precision casting mold 3 can be easily removed from the rotary machine blade 1, so that the rotary machine blade 1 can be stably provided. It can be manufactured, and it is possible to prevent the rotating machine blade 1 from being defective.

幾つかの実施形態では、易崩壊部用意工程S16aは、図7に示したように、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を用意する粉末用意工程S160、及び、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体28を作製する焼結体作製工程S162を有している。
そして、易崩壊部付着工程S22にて、焼結体作製工程S162で得られた焼結体28を易崩壊部24としてスラリ層に付着させる。
In some embodiments, as shown in FIG. 7, the easily disintegrating part preparation step S16a is configured by a powder preparation step S160 for preparing powder composed of niobium-stabilized zirconia, and niobium-stabilized zirconia. There is a sintered body production step S162 in which the sintered body 28 is produced by press forming the powder while heating.
Then, in the easily collapsible part attaching step S22, the sintered body 28 obtained in the sintered body producing step S162 is attached to the slurry layer as the easily disintegrating part 24.

粉末用意工程S160で用意されるニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末は、例えば、0.01μm以上10μm以下の粒子径を有する。プレス成形の圧力は、0.2MPa以上300MPa以下であり、プレス成形時の粉末の温度が900℃以上1200℃以下になるように、プレス成形時に粉末が加熱される。
焼結体28は、例えば円柱形状を有し、1mm以上15mm以下の直径と、0.5mm以上10mm以下の厚さを有する。またはより大きな焼結体を加工して前記サイズとしてもよい。焼結体28の空隙率は0%以上20%以下である。なお、焼結体28の空隙率は、焼結体28の体積及び質量から求めることができる。
The powder composed of niobia-stabilized zirconia prepared in the powder preparation step S160 has a particle diameter of 0.01 μm or more and 10 μm or less, for example. The pressure of press molding is 0.2 MPa or more and 300 MPa or less, and the powder is heated during press molding so that the temperature of the powder during press molding is 900 ° C. or more and 1200 ° C. or less.
The sintered body 28 has a cylindrical shape, for example, and has a diameter of 1 mm to 15 mm and a thickness of 0.5 mm to 10 mm. Alternatively, a larger sintered body may be processed to have the size. The porosity of the sintered body 28 is 0% or more and 20% or less. The porosity of the sintered body 28 can be obtained from the volume and mass of the sintered body 28.

上記構成によれば、易崩壊部24がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体28によって構成され、焼結体28は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部24における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を特に低下させることができる。   According to the above configuration, the easy-disintegration part 24 is configured by the powder sintered body 28 composed of niobium-stabilized zirconia, and the sintered body 28 is press-molded while heating the powder composed of niobium-stabilized zirconia. Thus, the volume change amount due to the change of the crystal structure in the easily collapsible portion 24 can be surely increased, and the strength of a part of the precision casting mold 3 can be particularly reduced.

幾つかの実施形態では、易崩壊部用意工程S16bは、図8に示したように、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を用意する粉末用意工程S160、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程S162、及び、焼結体28を粉砕して焼結体粉砕粒子30を作製する粉砕工程S164を有している。
そして、易崩壊部付着工程S22にて、焼結体粉砕粒子30を易崩壊部24としてスラリ層に付着させる。
In some embodiments, the easy-disintegration part preparation step S16b includes, as shown in FIG. 8, a powder preparation step S160 for preparing powder composed of niobium-stabilized zirconia, and a powder composed of niobia-stabilized zirconia. A sintered body production step S162 for producing a sintered body by press forming while heating, and a pulverization step S164 for producing the sintered body pulverized particles 30 by pulverizing the sintered body 28 are provided.
Then, in the easy-disintegration part attaching step S22, the sintered compact pulverized particles 30 are attached to the slurry layer as the easy-disintegration part 24.

粉末用意工程S160で用意されるニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末は、例えば、0.01μm以上10μm以下の粒子径を有する。プレス成形の圧力は、0.2MPa以上300MPa以下であり、プレス成形時の粉末の温度が900℃以上1200℃以下になるように、プレス成形時に粉末が加熱される。
焼結体28は、例えば円柱形状を有し、1mm以上15mm以下の直径と、0.5mm以上10mm以下の厚さを有する。より大きな焼結体を加工して前記サイズとしてもよい。焼結体28の空隙率は0%以上20%以下である。なお、焼結体28の空隙率は、焼結体28の体積及び質量から求めることができる。
粉砕工程S164では、焼結体28が機械的に粉砕され、焼結体粉砕粒子30が得られる。焼結体粉砕粒子30の粒子径は、例えば、0.5mm以上5mm以下である。
The powder composed of niobia-stabilized zirconia prepared in the powder preparation step S160 has a particle diameter of 0.01 μm or more and 10 μm or less, for example. The pressure of press molding is 0.2 MPa or more and 300 MPa or less, and the powder is heated during press molding so that the temperature of the powder during press molding is 900 ° C. or more and 1200 ° C. or less.
The sintered body 28 has a cylindrical shape, for example, and has a diameter of 1 mm to 15 mm and a thickness of 0.5 mm to 10 mm. A larger sintered body may be processed to obtain the size. The porosity of the sintered body 28 is 0% or more and 20% or less. The porosity of the sintered body 28 can be obtained from the volume and mass of the sintered body 28.
In the pulverization step S164, the sintered body 28 is mechanically pulverized to obtain sintered body pulverized particles 30. The particle diameter of the sintered pulverized particles 30 is, for example, not less than 0.5 mm and not more than 5 mm.

上記構成によれば、易崩壊部24が、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体28を粉砕して得られた焼結体粉砕粒子30によって構成され、焼結体28は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部24における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型3の一部の強度を特に低下させることができる。   According to the above configuration, the easy-disintegration part 24 is configured by the sintered body pulverized particles 30 obtained by pulverizing the powder sintered body 28 composed of niobium-stabilized zirconia. Since the powder composed of the stabilized zirconia is manufactured by press molding while heating, the volume change amount due to the change of the crystal structure in the easily collapsible portion 24 can be surely increased, and the precision casting mold 3 Some strengths can be particularly reduced.

[実施例]
図9は、実施例1及び3の試験片E1,E3を説明するための概略的な図である。図10は、実施例2及び4の試験片E2,E4を説明するための概略的な図である。図11は、比較例1及び比較例2の試験片C1,C2を説明するための概略的な図である。図12は、実施例1〜4及び比較例1,2の試験片E1〜E4,C1,C2の3点曲げ試験結果を比較例1,2に対する曲げ強さの減少率とともに示す表である。
[Example]
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the test pieces E1 and E3 of Examples 1 and 3. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the test pieces E2 and E4 of Examples 2 and 4. FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the test pieces C1 and C2 of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG. 12 is a table showing the three-point bending test results of the test pieces E1 to E4, C1, and C2 of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 together with the bending strength reduction rate with respect to Comparative Examples 1 and 2.

(1)試験片
試験片E1〜E4は、精密鋳造用鋳型の製造方法7によって製造され、試験片C1,C2は、易崩壊部付着工程S22を実施しない以外は精密鋳造用鋳型の製造方法7と同じ方法によって製造された。試験片E1〜E4,C1,C2は、何れも偏平な直方体形状を有している。
試験片E1,E3は、図9に示したように、複数の耐火材粉末層20、複数のスタッコ層22及び易崩壊部24としての円柱形状の焼結体28を含んでいる。試験片E2,E4は、図10に示したように、複数の耐火材粉末層20、複数のスタッコ層22及び易崩壊部24としての焼結体粉砕粒子30を含んでいる。試験片C1,C2は、複数の耐火材粉末層20及び複数のスタッコ層22のみを含み、易崩壊部24を含んでいない。
(2)試験条件
試験片E1,E3,C1については、焼成工程S28後の製造したままの状態で、室温(23℃)で3点曲げ試験を行った。
試験片E2,E4,C2については、焼成工程S28後、1500℃まで加熱して2時間保持した後、900℃まで温度を下げ、900℃にて3点曲げ試験を行った。
(3)試験結果
(i)表1に示したように、試験片E1,E3,C1間では、曲げ強さに顕著な差はなく、易崩壊部24を設けた試験片E1,E3が、易崩壊部24を設けていない試験片C1に比べて、十分な曲げ強さを有していることがわかる。
(ii)表1に示したように、試験片E1と試験片E2、試験片E3と試験片E4、試験片C1と試験片C2をそれぞれ比較した場合、1500℃まで加熱したことにより試験片E2,E4,C2で焼結が進み、試験片E2,E4,C2の曲げ強度が、試験片E1,E3,C1の曲げ強度よりも上昇している。
(iii)表1に示したように、試験片E2,E4と試験片C2間では、曲げ強さに40%程度の顕著な差がある。これは、試験片E2,E4では、1500℃から900℃までの降温過程で易崩壊部24中のジルコニアの相転移が起こり、易崩壊部24及びその周辺でクラックが発生し、クラックが破壊の起点となったためと考えられる。
(1) Test piece The test pieces E1 to E4 are manufactured by the precision casting mold manufacturing method 7, and the test pieces C1 and C2 are the precision casting mold manufacturing method 7 except that the easy-disintegration part attaching step S22 is not performed. Manufactured by the same method. Each of the test pieces E1 to E4, C1, and C2 has a flat rectangular parallelepiped shape.
As shown in FIG. 9, the test pieces E <b> 1 and E <b> 3 include a plurality of refractory material powder layers 20, a plurality of stucco layers 22, and a cylindrical sintered body 28 as the easy-disintegration part 24. As shown in FIG. 10, the test pieces E <b> 2 and E <b> 4 include a plurality of refractory material powder layers 20, a plurality of stucco layers 22, and sintered body pulverized particles 30 as the easy-disintegration part 24. The test pieces C1 and C2 include only the plurality of refractory material powder layers 20 and the plurality of stucco layers 22, and do not include the easily collapsible portion 24.
(2) Test conditions About the test pieces E1, E3, and C1, the three-point bending test was done at room temperature (23 degreeC) in the state as manufactured after baking process S28.
About test piece E2, E4, C2, after baking process S28, after heating to 1500 degreeC and hold | maintaining for 2 hours, temperature was lowered | hung to 900 degreeC and the 3 point | piece bending test was done at 900 degreeC.
(3) Test results (i) As shown in Table 1, there is no significant difference in bending strength between the test pieces E1, E3, and C1, and the test pieces E1 and E3 provided with the easy-disintegration part 24 are It turns out that it has sufficient bending strength compared with the test piece C1 which does not provide the easily disintegrating part 24. FIG.
(Ii) As shown in Table 1, when the test piece E1 and the test piece E2, the test piece E3 and the test piece E4, and the test piece C1 and the test piece C2 were respectively compared, the test piece E2 was heated to 1500 ° C. , E4, and C2, and the bending strength of the test pieces E2, E4, and C2 is higher than the bending strength of the test pieces E1, E3, and C1.
(Iii) As shown in Table 1, there is a remarkable difference of about 40% in bending strength between the test pieces E2, E4 and the test piece C2. This is because, in the test pieces E2 and E4, a phase transition of zirconia in the easy-disintegration part 24 occurs in the temperature lowering process from 1500 ° C. to 900 ° C., cracks are generated in the easy-disintegration part 24 and its surroundings, This is thought to be the starting point.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、回転機械翼1及び精密鋳造用鋳型3について説明した構成を、回転機械翼の製造方法5及び精密鋳造用鋳型の製造方法7に適用可能であり、その逆も可能である。
例えば、上述した実施形態に係る精密鋳造用鋳型3、回転機械翼の製造方法5及び精密鋳造用鋳型の製造方法7は、回転機械翼1の製造に適しているが、回転機械翼1以外の製造にも適用可能である。
例えば、焼結体28の形状は円柱形状に限定されることはなく、直方体形状等であってもよい。また、焼結体粉砕粒子30の形状は円形状に限定されることはなく、異形形状であってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by changing the above-described embodiments and forms obtained by combining these forms.
For example, the configurations described for the rotary machine blade 1 and the precision casting mold 3 can be applied to the rotary machine blade manufacturing method 5 and the precision casting mold manufacturing method 7, and vice versa.
For example, the precision casting mold 3, the rotary machine blade manufacturing method 5 and the precision casting mold manufacturing method 7 according to the above-described embodiment are suitable for manufacturing the rotary machine blade 1. It can also be applied to manufacturing.
For example, the shape of the sintered body 28 is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular parallelepiped shape or the like. Further, the shape of the sintered pulverized particles 30 is not limited to a circular shape, and may be an irregular shape.

1 回転機械翼
3,3a,3b 精密鋳造用鋳型
5 回転機械翼の製造方法
7 精密鋳造用鋳型の製造方法
10 翼部
12 プラットホーム
14 翼根部
16 内部流路
17 中子
18 空洞部
20 耐火材粉末層
22 スタッコ層
24 易崩壊部
26 耐火材粒子
28 焼結体
30 焼結体粉砕粒子
32,34 易崩壊部配置部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotary machine blade 3, 3a, 3b Precision casting mold 5 Rotary machine blade manufacturing method 7 Precision casting mold manufacturing method 10 Wing 12 Platform 14 Blade root 16 Internal flow path 17 Core 18 Cavity 20 Refractory powder Layer 22 Stucco layer 24 Easily disintegrating part 26 Refractory material particles 28 Sintered body 30 Sintered body pulverized particles 32 and 34 Easy disintegrating part arrangement part

Claims (7)

鋳物の外形形状に対応する空洞部に沿ってそれぞれ延在し、相互に積層された複数の耐火材粉末層と、
前記複数の耐火材粉末層間に介在する複数のスタッコ層と、
ニオビア安定化ジルコニアを含み、前記複数のスタッコ層を構成する耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部と
を備えることを特徴とする精密鋳造用鋳型。
A plurality of refractory powder layers each extending along a cavity corresponding to the outer shape of the casting and laminated together;
A plurality of stucco layers interposed between the plurality of refractory powder layers;
A mold for precision casting, comprising: a niobium-stabilized zirconia, and an easily collapsible portion having a size larger than the particle diameter of the refractory material particles constituting the plurality of stucco layers.
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、
前記焼結体は20%以下の空隙率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の精密鋳造用鋳型。
The easy-disintegration part is constituted by a powder sintered body constituted by niobium-stabilized zirconia,
The precision casting mold according to claim 1, wherein the sintered body has a porosity of 20% or less.
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子によって構成され、
前記焼結体は20%以下の空隙率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の精密鋳造用鋳型。
The easily disintegrating part is constituted by sintered pulverized particles obtained by pulverizing a powder sintered body constituted by niobium-stabilized zirconia,
The precision casting mold according to claim 1, wherein the sintered body has a porosity of 20% or less.
耐火材粉末を含むスラリを蝋型の表面に付着させ、スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、
前記スラリ層に、耐火材粒子をスタッコとして付着させるスタッコ付着工程と、
前記スラリ層に、ニオビア安定化ジルコニアを含み且つ前記耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部を付着させる易崩壊部付着工程と、
前記スラリ層を乾燥させる乾燥工程と、
を備えることを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。
A slurry layer forming step of forming a slurry layer by attaching a slurry containing a refractory powder to a wax-shaped surface;
A stucco attachment step of attaching refractory material particles as stucco to the slurry layer;
An easy-disintegrating part attaching step for attaching an easily disintegrating part containing niobia-stabilized zirconia and having a size larger than the particle diameter of the refractory material particles to the slurry layer;
A drying step of drying the slurry layer;
A method for producing a precision casting mold, comprising:
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる
ことを特徴とする請求項4に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
It comprises a sintered body production process for producing a sintered body by press forming while heating powder composed of niobium stabilized zirconia,
5. The method for producing a precision casting mold according to claim 4, wherein, in the easy-disintegration part attaching step, the sintered body is attached to the slurry layer as the easy-disintegration part.
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程と、
前記焼結体を粉砕して焼結体粉砕粒子を作製する粉砕工程と、
を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体粉砕粒子を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる
ことを特徴とする請求項4に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
A sintered body production process for producing a sintered body by press-molding a powder composed of niobium-stabilized zirconia while heating,
A pulverizing step of pulverizing the sintered body to produce sintered body pulverized particles;
With
5. The method for producing a precision casting mold according to claim 4, wherein, in the easy-disintegration part attaching step, the pulverized sintered body particles are attached to the slurry layer as the easy-disintegration part.
請求項4乃至6の何れか1項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法によって製造された精密鋳造用鋳型を用意する鋳型用意工程と、
前記精密鋳造用鋳型に溶湯を注湯し、鋳物を製造する注湯工程と、
を備えることを特徴とする回転機械翼の製造方法。
A mold preparation step of preparing a precision casting mold manufactured by the method of manufacturing a precision casting mold according to any one of claims 4 to 6,
Pouring a molten metal into the precision casting mold to produce a casting; and
A method for manufacturing a rotary machine blade, comprising:
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