JP6746457B2 - タービン翼の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、タービン翼の製造方法に関する。
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを有している。圧縮機は、空気を取り込んで圧縮し、高温高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させる。タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配置されている。タービンは、圧縮空気の燃焼により発生した高温高圧の燃焼ガスによって動翼が回転する。この回転により、熱エネルギーが回転エネルギーに変換される。
静翼や動翼といったタービン翼は、高温下に曝されるため、耐熱性の高い金属材料を用いて形成される。タービン翼を製造する場合、例えば特許文献１に記載のように、鋳造や鍛造等によって母材を形成し、加熱して溶体化処理を行う。その後、母材にろう材を配置して加熱することでろう付け処理を行い、冷却した後、安定化処理及び時効処理の加熱処理を行う。
特開２００２−１０３０３１号公報
特許文献１に記載の製造方法において、安定化処理では、ろう付け処理に用いられるろう材の液相線温度よりも高い温度で加熱処理が行われる。したがって、ろう付け処理後の母材を安定化処理する場合、加熱によってろう材が再度溶融し、ろう切れが発生する場合がある。このため、従来、安定化処理を行う際には、母材にろう材を足す作業を行う必要があり、手間が掛かっていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、製造工程における手間を軽減することが可能なタービン翼の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るタービン翼の製造方法は、ろう材が配置されたタービン翼の母材を加熱し前記ろう材を溶融させて前記母材に接合するろう付け処理を行うことと、ろう付け処理された前記母材を加熱して安定化処理を行うことと、前記安定化処理が行われた前記母材を加熱して時効処理を行うことと、を含み、前記ろう付け処理及び前記安定化処理は、一の加熱処理として行う。
本発明によれば、ろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理として行うため、ろう材を足し直す作業そのものが不要になる。これにより、製造工程における手間を軽減することができる。また、ろう付け処理及び安定化処理の２種類の処理を集中して行うため、短時間で効率的な処理が可能となる。
また、前記ろう材の液相線温度よりも高く、かつ前記母材に析出したγ´相が成長する第１温度として行ってもよい。
本発明によれば、一の加熱処理によりろう付け処理及び安定化処理が並行して行われるため、効率的に加熱処理を行うことができる。
また、前記ろう付け処理及び前記安定化処理と前記時効処理とを、連続して行ってもよい。
本発明によれば、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを、連続して行うため、加熱処理時間の短縮化を図ることができる。
また、前記ろう付け処理及び前記安定化処理を前記第１温度で行った後、前記時効処理の加熱温度である第２温度に調整する調整処理を行ってもよい。
本発明によれば、一の加熱処理の中で加熱温度を第１温度から第２温度に調整することで連続して加熱を行うため、効率的に加熱処理を行うことができる。
また、前記第２温度は、前記第１温度よりも低くてもよい。
本発明によれば、加熱温度を第１温度から第２温度に低下させることで、ろう付け処理及び安定化処理を行った後の熱を有効利用することができる。
また、前記ろう付け処理、前記安定化処理及び前記時効処理は、ヒータを有する所定の加熱炉で行い、前記調整処理は、前記ヒータを停止させること、又は前記ヒータを停止させて前記加熱炉内に冷却用の気体を供給することで、前記加熱炉の温度を低下させてもよい。
本発明によれば、ヒータを停止させることで調整処理を行う場合には、冷却作業や温度管理等の作業負担が軽減され、工程を簡素化することができる。また、ヒータを停止させて加熱炉内に冷却用の気体を供給することで調整処理を行う場合には、短時間で加熱炉の温度を低下させることができる。
また、前記調整処理は、前記炉内温度を前記第２温度よりも低い第３温度に低下させた後、前記ヒータを作動させて前記炉内温度を前記第２温度まで上昇させてもよい。
本発明によれば、第１温度から第２温度を経て第３温度に変化する連続した加熱処理を効率的に行うことができる。
また、前記母材の表面に、前記母材よりも耐酸化性の高い金属材料を用いてアンダーコートを形成することと、前記アンダーコートを形成した後、前記アンダーコートの表面にトップコートを形成することとを含み、前記トップコートの形成は、前記母材に対して前記ろう付け処理及び前記安定化処理を行った後に行い、前記時効処理は、前記トップコートを形成した後に行ってもよい。
本発明によれば、アンダーコートを形成した後、ろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理としてトップコートの形成前に行うため、加熱処理を短時間で効率的に行うことができると共に、トップコートの割れを抑制できる。
また、前記アンダーコートの形成は、前記ろう付け処理及び安定化処理を行った後に行ってもよい。
本発明によれば、ろう付け処理及び安定化処理を行った後にアンダーコートを形成し、その後、トップコートを形成することになる。このように、アンダーコートを形成してからトップコートを形成するまでに、熱処理等の他のプロセスを行わないため、アンダーコートの表面に異物等が付着することを抑制できる。異物等が表面に付着するとアンダーコートのアンカー効果が低下する。これに対して、本変形例では、異物等の付着を抑制することでアンカー効果の低下を抑制できる。これにより、アンダーコートとトップコートの密着性が低下するのを防止できる。
また、前記母材の表面に、前記母材よりも耐酸化性の高い金属材料を用いてアンダーコートを形成することと、前記アンダーコートを形成した後、前記アンダーコートの表面にトップコートを形成することとを含み、前記トップコートの形成は、前記アンダーコートを形成した後、前記母材に対して前記ろう付け処理及び前記安定化処理と、前記時効処理とを行った後に行ってもよい。
本発明によれば、アンダーコートを形成した後、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続してトップコートの形成前に行うため、加熱処理を短時間で効率的に行うことができると共に、トップコートの斑点や割れを抑制できる。
本発明によれば、製造工程における手間を軽減することが可能なタービン翼の製造方法を提供することができる。
図１は、第１実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図２は、ろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理として行う場合の加熱温度の時間変化の一例を示すグラフである。 図３は、第２実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行う場合の加熱温度の時間変化の一例を示すグラフである。 図５は、第３実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、変形例に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図７は、第４実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行う場合の加熱温度の時間変化の他の例を示すグラフである。 図９は、比較例に係るタービン翼の母材についてγ´相の析出状態を示す顕微鏡写真である。 図１０は、実施例１に係るタービン翼の母材についてγ´相の析出状態を示す顕微鏡写真である。 図１１は、実施例２に係るタービン翼の母材についてγ´相の析出状態を示す顕微鏡写真である。
以下、本発明に係るタービン翼の製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。図１に示すように、第１実施形態に係るタービン翼の製造方法は、例えばガスタービンの静翼や動翼といったタービン翼の母材を形成する工程（ステップＳ１０）と、母材を溶体化処理する工程（ステップＳ２０）と、母材に対してろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理として行う工程（ステップＳ３０）と、母材を時効処理する工程（ステップＳ４０）とを含む。
ステップＳ１０では、静翼や動翼等のタービン翼を構成する母材が形成される。タービン翼は、ガスタービンにおいて高温下に曝される。このため、タービン翼を構成する母材は、耐熱性に優れた合金、例えばＮｉ基合金等の材料を用いて形成される。Ｎｉ基合金としては、例えばＣｒ：１２．０％以上１４．３％以下、Ｃｏ：８．５％以上１１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以上３．５％以下、Ｗ：３．５％以上６．２％以下、Ｔａ：３．０％以上５．５％以下、Ａｌ：３．５％以上４．５％以下、Ｔｉ：２．０％以上３．２％以下、Ｃ：０．０４％以上０．１２％以下、Ｂ：０．００５％以上０．０５％以下、を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなる組成のＮｉ基合金等が挙げられる。また、上記組成のＮｉ基合金に、Ｚｒ：０．００１ｐｐｍ以上５ｐｐｍ以下を含有してもよい。また、上記組成のＮｉ基合金に、Ｍｇおよび／またはＣａ：１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下を含有してもよく、さらにＰｔ：０．０２％以上０．５％以下、Ｒｈ：０．０２％以上０．５％以下、Ｒｅ：０．０２％以上０．５％以下のうちの１種または２種以上を含有してもよく、これら双方を含有してもよい。
母材は、上記材料を用いて鋳造や鍛造などによって形成される。鋳造によって母材を形成する場合、例えば普通鋳造材（Conventional Casting：ＣＣ）、一方向凝固材（Directional Solidification：ＤＳ）、単結晶材（Single Crystal：ＳＣ）等の母材を形成することができる。以下、母材として一方向凝固材が用いられる場合を例に挙げて説明するが、これに限定するものではなく、母材が普通鋳造材又は単結晶材であっても同様の説明が可能である。
ステップＳ２０における溶体化処理は、前工程で生成された析出物を加熱によって固溶させ、成分偏析を軽減させる加熱処理である。溶体化処理では、例えば１２００℃程度の温度で母材を加熱する。
ステップＳ３０におけるろう付け処理は、母材にろう材を配置した状態で加熱することにより、ろう材を母材に溶融させて接合する処理である。ろう材としては、例えばＢＮｉ−２相当材等が用いられる。この場合、ろう材の固相線温度は、例えば９７０℃程度である。ろう付け処理に用いられるろう材の量については、実験等を行うことで予め調整しておく。ろう付け処理では、ろう材を溶融させることが可能な第１温度Ｔ１で加熱処理を行う。第１温度Ｔ１としては、例えば１０６０℃以上、１１００℃以下の温度とすることができる。
ステップＳ３０における安定化処理は、母材を加熱することにより、母材において金属間化合物であるγ´相を成長させ、γ´相の大きさ、形態等をそろえる処理である。安定化処理では、例えばろう付け処理における加熱温度と同等の温度である第１温度Ｔ１で加熱処理を行うことができる。
本実施形態では、ステップＳ３０において、ろう付け処理と安定化処理とを一の加熱処理として行う。図２は、ステップＳ３０における加熱処理の一例を示すグラフである。図２の横軸は時間を示し、縦軸は温度を示している。
ステップＳ３０では、母材にろう材を配置した状態で所定の加熱炉に投入し、加熱炉のヒータを作動させて加熱を開始する（時刻ｔ１）。加熱開始後、まず、加熱炉の炉内温度（加熱温度）を所定の予熱温度Ｔ０にまで上昇させる。この予熱温度Ｔ０は、ろう材の固相線温度よりも低い温度に設定され、例えば９３０℃以上、９７０℃以下の温度とすることができる。炉内温度が予熱温度Ｔ０に到達した場合（時刻ｔ２）、炉内温度の上昇を停止し、所定時間、当該予熱温度Ｔ０での加熱処理（予熱処理）を行う。予熱処理を行うことにより、母材及びろう材の温度が全体的に均一に上昇し、各部位における温度差が低減する。
予熱処理を所定時間行った後（時刻ｔ３）、再び炉内温度を上昇させる。炉内温度が第１温度Ｔ１に到達した場合（時刻ｔ４）、炉内温度の上昇を停止し、当該第１温度Ｔ１で所定時間、加熱処理を行う。この第１温度Ｔ１での加熱処理により、ろう材が溶融して母材に接合される。また、母材においてγ´相が成長し、当該γ´相の大きさ、形態等がそろえられる。予熱処理を行った状態から第１温度Ｔ１で加熱するため、母材の各部がムラなく加熱されることになる。このため、均一にろう付けすることができると共に、母材の各部においてγ´相が均一に成長する。第１温度Ｔ１での加熱処理が所定時間行われた後（時刻ｔ５）、例えばヒータを停止させ、加熱炉内に冷却用の気体を供給することにより母材の温度を例えば３０℃／ｍｉｎ程度の温度低下速度で所定の冷却温度まで急激に低下させる（急冷）。この急冷処理により、γ´相の状態（粒径等）が保持される。その後、炉内温度が所定の冷却温度まで低下した場合（時刻ｔ６）、ステップＳ３０の処理が完了する。このように、本実施形態では、ろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理として行う。
ステップ４０における時効処理は、安定化処理を行った母材を加熱することにより、母材において、安定化処理で成長したγ´相をさらに成長させると共に、当該安定化処理で生じたγ´相よりも小径のγ´相を析出させる。この小径のγ´相は、母材の強度を増加させる。したがって、時効処理は、小径のγ´相を析出させ、母材の強度を高めることにより、最終的に母材の強度及び延性を調整する。つまり、ろう付け処理、安定化処理及び時効処理がそろうことにより、γ´相の析出を調整し、強度と延性を兼備させることができる。
時効処理では、例えば第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２で所定時間、加熱処理を行う。第２温度Ｔ２としては、例えば８３０℃以上、８７０℃以下の温度とすることができる。時効処理を所定時間行った後、加熱炉のヒータを停止させ、加熱炉内に冷却用の気体を供給することにより母材の温度を例えば３０℃／ｍｉｎ程度の温度低下速度で急激に低下させる（急冷）。
以上のように、本実施形態では、一の加熱処理によってろう付け処理と溶体化処理とが行われるため、ろう材を足し直す作業そのものが不要になる。これにより、製造工程における手間を軽減することができる。また、ろう付け処理及び安定化処理の２種類の処理を集中して行うため、短時間で効率的な処理が可能となる。
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、第２実施形態に係るタービン翼の製造方法は、例えばタービン翼の母材を形成する工程（ステップＳ１１０）と、母材を溶体化処理する工程（ステップＳ１２０）と、母材に対してろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを行う工程（ステップＳ１３０）とを含む。ステップＳ１１０及びステップＳ１２０については、それぞれ第１実施形態のステップＳ１０及びステップＳ２０と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態では、ステップＳ１３０において、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行う。図４は、ステップＳ１３０における加熱処理の一例を示すグラフである。図４の横軸は時間を示し、縦軸は温度を示している。
ステップＳ１３０では、第１実施形態と同様に、予熱温度Ｔ０で予熱処理（時刻ｔ１からｔ４）を行い、予熱処理の後、ろう付け処理及び安定化処理としての加熱処理を第１温度Ｔ１で行う（時刻ｔ４からｔ５）。
第１温度Ｔ１での加熱処理が所定時間行われた後（時刻ｔ５）、例えばヒータの動作を停止し、炉内温度を第２温度Ｔ２まで低下させる調整処理を行う。このとき、例えば３℃／ｍｉｎ以上、２０℃／ｍｉｎ以下程度の温度低下速度で母材温度を低下させる。したがって、第１実施形態に比べて、安定化処理後（時刻ｔ５以降）の温度低下が緩やかに行われる。
炉内温度が第２温度Ｔ２に到達した場合（時刻ｔ７）、ヒータを作動させ、炉内温度を第２温度Ｔ２とした状態で時効処理としての加熱処理を行う。よって、安定化処理の後は、加熱炉内を所定の冷却温度まで冷却することなく、時効処理を行うための第２温度Ｔ２に炉内温度をシフトさせて連続して時効処理を行う。このように、本実施形態では、ろう付け処理及び安定化処理と、時効処理とを連続して行う。
時効処理では、第１実施形態と同様に、例えば第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２で所定時間、加熱処理を行う。第２温度Ｔ２としては、例えば８３０℃以上、８７０℃以下の温度とすることができる。本実施形態では、安定化処理後の温度低下を緩やかに行った場合でも、第１実施形態のように急冷した場合と同様に、時効処理においてγ´相の成長及び小径のγ´相の析出が行われる。このため、強度及び延性のバランスに優れた母材が形成される。
時効処理を所定時間行った後（時刻ｔ８）、加熱炉のヒータを停止させ、加熱炉内に冷却用の気体を供給することにより母材温度を例えば３０℃／ｍｉｎ程度の温度低下速度で急激に低下させる（急冷）。炉内温度が所定の温度になった後（時刻ｔ９）、加熱炉内から母材を取り出すことで、加熱処理が終了する。
以上のように、本実施形態では、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行うため、加熱処理時間の更なる短縮化を図ることができる。また、ろう付け処理及び安定化処理を第１温度Ｔ１で行った後、時効処理の加熱温度である第２温度に調整する調整処理を行うことにより、加熱炉内の熱を有効利用することができる。
＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。図５に示すように、第３実施形態に係るタービン翼の製造方法は、第１実施形態に係るタービン翼の製造方法において、母材にアンダーコート及びトップコートを形成する工程を含んでいる。アンダーコート及びトップコートは、ガスタービンのタービン翼を高温から保護するための遮熱コーティング（Thermal Barrier Coating：ＴＢＣ）として形成される。
本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、例えばタービン翼の母材を形成する工程（ステップＳ２１０）と、母材を溶体化処理する工程（ステップＳ２２０）と、母材にアンダーコートを形成する工程（ステップＳ２３０）と、母材に対してろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理として行う工程（ステップＳ２４０）と、母材にトップコートを形成する工程（ステップＳ２５０）と、母材を時効処理する工程（ステップＳ２６０）とを含む。
ステップＳ２１０及びステップＳ２２０については、それぞれ第１実施形態のステップＳ１０及びステップＳ２０と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ２２０の後、アンダーコートを形成する前に、例えば母材の表面にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を吹き付けることにより、母材表面を粗面化するブラスト処理を行ってもよい。また、ブラスト処理の後、母材の表面を洗浄するクリーニング処理を行ってもよい。
ステップＳ２３０では、母材の表面にアンダーコートを形成する。アンダーコートは、母材の酸化を防止すると共にトップコートの密着性を向上させる。アンダーコートの材料としては、例えば母材よりも耐酸化性の高いＭＣｒＡｌＹ等の合金材料が用いられる。ステップＳ２３０では、例えば母材の表面を加熱した後、上記合金材料等を母材の表面に溶射することでアンダーコートを形成する。
アンダーコートを形成した後、ステップＳ２４０では、ろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理として行う。この加熱処理は、第１実施形態のステップＳ３０と同様の手順で行う。したがって、アンダーコートが形成された母材に対して予熱温度Ｔ０（例えば、９３０℃以上、９７０℃以下の温度）で予熱処理が行われた後、第１温度Ｔ１（例えば、１０６０℃以上、１１００℃以下の温度）で加熱が行われる。ステップＳ２４０では、このような温度で加熱処理が行われることにより、アンダーコートが粗面化された母材の表面に拡散され、母材の表面とアンダーコートとの間の密着性が向上する。
ろう付け処理及び安定化処理の後、ステップＳ２５０では、アンダーコートの表面にトップコートを形成する。トップコートは、母材の表面を高温から保護する。トップコートの材料としては、セラミック等の熱伝導率の小さい材料が用いられる。セラミックとしては、例えばジルコニアを主成分とする材料等が用いられる。ステップＳ２５０では、例えば上記材料をアンダーコートの表面に大気プラズマ溶射することにより形成される。
トップコートを形成した後、ステップＳ２６０では、時効処理を行う。時効処理では、第１実施形態と同様に、例えば第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２で所定時間、加熱処理を行う。第２温度Ｔ２としては、例えば８３０℃以上、８７０℃以下の温度とすることができる。なお、時効処理は、トップコートを形成する前に行ってもよい。つまり、ろう付け処理及び安定化処理の後、続けて時効処理を行い、その後にトップコートを形成するものであってもよい。
トップコートを形成した母材に対して、例えば８７０℃を超えるような温度で加熱処理を行った場合、トップコートに斑点やクラック等が生じる可能性がある。本実施形態では、アンダーコートを形成した後、ろう付け処理及び安定化処理を一の加熱処理としてトップコートの形成前に行うため、加熱処理を短時間で効率的に行うことができると共に、トップコートの割れを抑制できる。
なお、第３実施形態では、アンダーコートを形成した後にろう付け処理及び安定化処理を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。図６は、変形例に係るタービン翼の製造方法を示すフローチャートである。図６に示すように、変形例に係るタービン翼の製造方法は、ステップＳ２１０及びステップＳ２２０については第３実施形態と同様であるが、ステップＳ２２０の後にろう付け処理及び安定化処理を行い（ステップＳ２４０Ａ）、ろう付け処理及び安定化処理の後にアンダーコートを形成する（ステップＳ２３０Ａ）という点で、第３実施形態とは異なっている。アンダーコートを形成した後は、熱処理を行うことなく、トップコートを形成する（ステップＳ２５０）。また、トップコートを形成した後には、第３実施形態と同様、時効処理を行う（ステップＳ２６０）。
アンダーコートを形成した後、トップコートを形成する前に、熱処理等の他のプロセスを行わないようにすることで、アンダーコートの表面に異物等が付着することを抑制できる。異物等が表面に付着するとアンダーコートのアンカー効果が低下する。これに対して、本変形例では、異物等の付着を抑制することでアンカー効果の低下を抑制できる。これにより、アンダーコートとトップコートの密着性が低下するのを防止できる。
＜第４実施形態＞
図７は、第４実施形態に係るタービン翼の製造方法の一例を示すフローチャートである。図７に示すように、第４実施形態に係るタービン翼の製造方法は、第２実施形態に係るタービンの製造方法において、母材にアンダーコート及びトップコートを形成する工程を含んでいる。
本実施形態に係るタービン翼の製造方法は、例えばタービン翼の母材を形成する工程（ステップＳ３１０）と、母材を溶体化処理する工程（ステップＳ３２０）と、母材にアンダーコートを形成する工程（ステップＳ３３０）と、母材に対してろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを行う工程（ステップＳ３４０）と、母材にトップコートを形成する工程（ステップＳ３５０）とを含む。
ステップＳ３１０及びステップＳ３２０については、それぞれ第１実施形態のステップＳ１０及びステップＳ２０と同様である。また、ステップＳ３２０の後、アンダーコートを形成する前にブラスト処理及びクリーニング処理を行い、その後ステップＳ３３０においてアンダーコートを形成する構成については、第３実施形態と同様である。
アンダーコートを形成した後、ステップＳ３４０では、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行う。この加熱処理は、第２実施形態のステップＳ１３０と同様の手順で行う。したがって、アンダーコートが形成された母材に対して予熱温度Ｔ０（例えば、９３０℃以上、９７０℃以下の温度）で予熱処理が行われた後、第１温度Ｔ１（例えば、１０６０℃以上、１１００℃以下の温度）でろう付け処理及び安定化処理の加熱処理が行われる。その後、調整処理が行われ、第２温度Ｔ２（例えば、８３０℃以上、８７０℃以下の温度）で時効処理の加熱処理が連続して行われる。ステップＳ３４０では、このような温度で加熱処理が行われることにより、アンダーコートが粗面化された母材の表面に拡散され、母材の表面とアンダーコートとの間の密着性が向上する。
ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行った後、ステップＳ３５０では、アンダーコートの表面にトップコートを形成する。ステップＳ３５０では、第３実施形態のステップＳ２５０と同様の手順によりトップコートを形成する。
本実施形態では、アンダーコートを形成した後、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続してトップコートの形成前に行うため、加熱処理を短時間で効率的に行うことができると共に、トップコートの斑点や割れを抑制できる。
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。上記第２実施形態では、安定化処理の後、炉内温度を第２温度Ｔ２まで低下させる調整処理を行う際に、母材を３℃／ｍｉｎ以上、２０℃／ｍｉｎ以下程度の温度低下速度で冷却する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。
図８は、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行う場合の炉内温度の時間変化の他の例を示すグラフである。図８に示すように、安定化処理の後、母材を例えば３０℃／ｍｉｎ程度の温度低下速度で冷却し、母材温度が第２温度Ｔ２よりも低い第３温度Ｔ３になった場合に（時刻ｔ１０）、ヒータを作動させてもよい。第３温度Ｔ３としては、例えば５３０℃以上、５７０℃以下の温度程度に設定することができる。
ヒータを作動させた後、炉内温度が第２温度Ｔ２まで上昇した場合（時刻ｔ１１）、炉内温度の上昇を停止させ、加熱炉内を第２温度Ｔ２とした状態で時効処理を行う。その後は第２実施形態と同様に、時効処理を所定時間行った後（時刻ｔ１２）、加熱炉のヒータを停止させ、加熱炉内に冷却用の気体を供給することにより母材温度を例えば３０℃／ｍｉｎ程度の温度低下速度で急激に低下させる（急冷）。炉内温度が所定の温度になった後（時刻ｔ１３）、加熱炉内から母材を取り出すことで、加熱処理が終了する。このように温度変化を行う場合であっても、加熱処理時間の短縮化を図ることができる。また、ろう付け処理及び安定化処理を第１温度Ｔ１で行った後、時効処理の加熱温度である第２温度Ｔ２に調整する調整処理を行うことにより、加熱炉内の熱を有効利用することができる。なお、安定化処理の後、母材を例えば３０℃／ｍｉｎ程度の温度低下速度で冷却し、炉内温度が第２温度Ｔ２になった場合に加熱炉内を第２温度Ｔ２とした状態で時効処理を行ってもよい。
また、上記各実施形態では、調整処理において母材温度を第１温度Ｔ１から低下させる際に、ヒータを停止させて母材温度を低下させる場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えばヒータを停止させて加熱炉内に冷却用の気体を供給することで母材温度を低下させてもよい。これにより、母材温度の低下速度を高めることができ、短時間で母材温度を低下させることができる。
次に、本発明の実施例を説明する。本実施例では、上記実施形態で説明した組成のＮｉ基合金を用いてタービン翼の母材を複数鋳造した。複数の母材は、一方向凝固材として形成した。この複数の母材のうち、第２実施形態において図４に示す温度変化でろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行ったものを実施例１とした。実施例１は、第１温度Ｔ１を１０９０℃とし、第２温度Ｔ２を８６０℃とした。また、調整処理では、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２まで、母材の温度低下速度を５℃／ｍｉｎとした。
また、複数の母材のうち、図８に示す温度変化でろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行ったものを実施例２とした。実施例２は、第１温度Ｔ１を１０７０℃とし、第２温度Ｔ２を８４０℃とした。また、調整処理では、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２まで、母材の温度低下速度を１５℃／ｍｉｎとした。
また、複数の母材のうち、ろう付け処理、安定化処理及び時効処理をそれぞれ独立した行ったものを比較例とした。比較例では、ろう付け処理及び安定化処理をそれぞれ１０８０℃で行った。ろう付け処理の後、及び安定化処理の後には、それぞれ母材の温度低下速度を３０℃／ｍｉｎとして冷却した。また、比較例では、８５０℃で時効処理を行った。
図９は、比較例に係るタービン翼の母材についてγ´相の析出状態を示す顕微鏡写真である。図１０は、実施例１に係るタービン翼の母材についてγ´相の析出状態を示す顕微鏡写真である。図１１は、実施例２に係るタービン翼の母材についてγ´相の析出状態を示す顕微鏡写真である。
図９に示すように、比較例に係る母材においては、安定化処理によって析出して成長したγ´相と、時効処理において析出した小径のγ´相とがバランスよく存在している。これに対して、図１０及び図１１に示すように、実施例１及び実施例２に係る母材においても、比較例に係る母材と同様に、安定化処理によって析出して成長したγ´相と、時効処理において析出した小径のγ´相とがバランスよく存在している。
したがって、本実施例によれば、ろう付け処理及び安定化処理と時効処理とを連続して行うことにより、加熱処理時間の短縮化を図ることができる。また、ろう付け処理、安定化処理及び時効処理をそれぞれ独立して行った比較例と同程度のγ´相の析出状態が得られる。
Ｔ０ 予熱温度
Ｔ１ 第１温度
Ｔ２ 第２温度

Claims (9)

  1. ろう材が配置されたタービン翼の母材を加熱し前記ろう材を溶融させて前記母材に接合するろう付け処理を行うことと、
    ろう付け処理された前記母材を加熱して安定化処理を行うことと、
    前記安定化処理が行われた前記母材を加熱して時効処理を行うことと、を含み、
    前記ろう付け処理及び前記安定化処理は、一の加熱処理として行い、
    前記ろう付け処理及び前記安定化処理における加熱温度を前記時効処理における加熱温度にシフトさせることで前記ろう付け処理及び前記安定化処理と前記時効処理とを、連続して行う
    タービン翼の製造方法。
  2. 前記ろう付け処理及び前記安定化処理は、前記ろう材の液相線温度よりも高く、かつ前記母材に析出したγ´相が成長する第１温度として行う請求項１に記載のタービン翼の製造方法。
  3. 前記ろう付け処理及び前記安定化処理を前記第１温度で行った後、前記時効処理の加熱温度である第２温度に調整する調整処理を行う請求項２に記載のタービン翼の製造方法。
  4. 前記第２温度は、前記第１温度よりも低い請求項３に記載のタービン翼の製造方法。
  5. 前記ろう付け処理、前記安定化処理及び前記時効処理は、ヒータを有する所定の加熱炉で行い、
    前記調整処理は、前記ヒータを停止させること、又は前記ヒータを停止させて前記加熱炉内に冷却用の気体を供給することで、前記加熱炉の温度を低下させる請求項３又は請求項４に記載のタービン翼の製造方法。
  6. 前記調整処理は、前記加熱炉の炉内温度を前記第２温度よりも低い第３温度に低下させた後、前記ヒータを作動させて前記炉内温度を前記第２温度まで上昇させる請求項５に記載のタービン翼の製造方法。
  7. 前記母材の表面に、前記母材よりも耐酸化性の高い金属材料を用いてアンダーコートを形成することと、
    前記アンダーコートを形成した後、前記アンダーコートの表面にトップコートを形成することとを含み、
    前記トップコートの形成は、前記母材に対して前記ろう付け処理及び前記安定化処理を行った後に行い、
    前記時効処理は、前記トップコートを形成した後に行う請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のタービン翼の製造方法。
  8. 前記アンダーコートの形成は、前記ろう付け処理及び安定化処理を行った後に行う請求項７に記載のタービン翼の製造方法。
  9. 前記母材の表面に、前記母材よりも耐酸化性の高い金属材料を用いてアンダーコートを形成することと、
    前記アンダーコートを形成した後、前記アンダーコートの表面にトップコートを形成することとを含み、
    前記トップコートの形成は、前記アンダーコートを形成した後、前記母材に対して前記ろう付け処理及び前記安定化処理と、前記時効処理とを行った後に行う請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のタービン翼の製造方法。
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