JP6941283B2 - Manufacturing method of materials for turbine blades - Google Patents

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Description

本発明は、熱間鍛造を用いたタービンブレード用素材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a material for a turbine blade using hot forging.

近年、中・大型航空機用ジェットエンジン、発電所用蒸気タービン等を構成する大型の熱間鍛造製品の需要が大きく伸びている。例えば、蒸気タービンにおいては、高効率化の要請により、それに用いられるタービンブレードも長尺化してきている。約1500mmを超える長尺のタービンブレード用素材を製造する場合では、予備成形体(荒地)を上金型と下金型の間に挟み込み、大型のプレス機で鍛造しタービンブレード用素材に成形する方法が主流である。
また、上述の用途に用いられるニッケル基超耐熱合金、チタン合金等は難加工性材料である。そのため、それらの鍛造に際しては、加熱した予備成形体の温度低下を抑制し、形状不良を回避するために、加熱した金型を用いるホットダイ鍛造、金型の温度を所定の範囲内に制御して鍛造する恒温鍛造等が適用されている。
In recent years, demand for large-sized hot forged products that make up jet engines for medium- and large-sized aircraft, steam turbines for power plants, etc. has increased significantly. For example, in steam turbines, the length of turbine blades used for them has been increasing due to the demand for higher efficiency. When manufacturing a long material for turbine blades exceeding about 1500 mm, a preformed body (rough ground) is sandwiched between the upper and lower dies and forged with a large press to form a material for turbine blades. The method is mainstream.
Further, nickel-based super heat-resistant alloys, titanium alloys and the like used in the above-mentioned applications are difficult-to-process materials. Therefore, in those forgings, in order to suppress the temperature drop of the heated preformed body and avoid the shape defect, hot die forging using a heated die and the temperature of the die are controlled within a predetermined range. Constant temperature forging, etc. for forging is applied.

例えば、特開2002−96134号公報(特許文献1)には、鍛造用金型の加熱方法として、上ダイホルダおよび下ダイホルダと、かかる上ダイホルダおよび下ダイホルダ内にそれぞれ設置され上金型と下金型とを、各ダイホルダ内に設置されたヒータと、上金型と下金型に挟み込まれた加熱治具とにより加熱する構成が開示されている。かかる構成によって、金型の加熱温度を、従来よりも高い温度、例えば300℃程度に上げることもできる旨も記載されている。
また、形状不良等を解決することを目的とする特開平4−46651号公報(特許文献2)には、920℃に加熱された素材を約920℃に加熱保持された金型で鍛造を行う際、素材に形成された被係合部を金型に形成された係合部に嵌め入れて、素材を正規位置にセットする方法が開示されている。
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-96134 (Patent Document 1), as a method for heating a forging die, an upper die holder and a lower die holder, and an upper die holder and a lower die holder are installed in the upper die holder and the lower die holder, respectively. A configuration is disclosed in which a mold is heated by a heater installed in each die holder and a heating jig sandwiched between an upper mold and a lower mold. It is also described that the heating temperature of the mold can be raised to a temperature higher than the conventional one, for example, about 300 ° C. by such a configuration.
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-46651 (Patent Document 2), which aims to solve shape defects and the like, a material heated to 920 ° C. is forged with a die heated and held at about 920 ° C. At that time, a method of fitting the engaged portion formed in the material into the engaging portion formed in the mold and setting the material in a regular position is disclosed.

特開2002−96134号公報JP-A-2002-96134 特開平4−46651号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-46651

上述した特許文献1に開示された方法は、加熱治具を用いて金型を加熱するものであるが、同時に、上ダイホルダおよび下ダイホルダを加熱する必要があり、加熱効率が低いうえに、上ダイホルダ等を加熱するための構成が大型化・複雑化する問題があった。上述のタービンブレードの長尺化は、かかる問題をさらに顕著なものとし、欠肉等の形状不良への対策もより困難なものとしていた。
また、特許文献2では、金型は素材と同じ温度まで加熱されており、加熱に関する構成はさらに大型化・複雑化してしまう。さらに、金型材料として920℃程度の高温に耐える耐熱性合金を用いる必要があるため、金型コストも増加する。
かかる問題に鑑み、本発明は、長尺化の要求が強いタービンブレード用素材を熱間鍛造によって製造する場合において、低コスト化に有利な簡易性を有し、かつ欠肉等の形状不良の抑制が可能なタービンブレード用素材の製造方法を提供することを目的とする。
The method disclosed in Patent Document 1 described above heats the mold using a heating jig, but at the same time, it is necessary to heat the upper die holder and the lower die holder, and the heating efficiency is low and the upper die holder is heated. There is a problem that the configuration for heating the die holder or the like becomes large and complicated. The lengthening of the turbine blades described above makes such a problem even more remarkable, and makes it more difficult to take measures against shape defects such as lack of meat.
Further, in Patent Document 2, the mold is heated to the same temperature as the material, and the configuration related to heating becomes larger and more complicated. Further, since it is necessary to use a heat-resistant alloy that can withstand a high temperature of about 920 ° C. as the mold material, the mold cost also increases.
In view of this problem, the present invention has simplicity that is advantageous for cost reduction when manufacturing a material for turbine blades, which is strongly required to be long, by hot forging, and has a shape defect such as lack of meat. An object of the present invention is to provide a method for producing a material for a turbine blade that can be suppressed.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、翼部と根部とを有するタービンブレード用素材の製造方法であって、予備成形体をガラス潤滑剤で被覆した後に熱間鍛造温度に加熱する第1の工程と、金型装置を用いて前記予備成形体を熱間鍛造して前記翼部と根部とを有するタービンブレード用素材を得る第2の工程とを有し、前記金型装置は、熱間金型用の合金工具鋼製の上金型および下金型と、前記上金型および下金型を支持する上ダイセットおよび下ダイセットとを備え、前記第2の工程において、前記上金型および下金型は前記上ダイセットおよび下ダイセットに据え付けられる前に550℃以下の温度に予熱されるとともに、前記上金型および下金型の温度が350℃以上の状態で複数の前記予備成形体の熱間鍛造を行い、前記上金型および下金型の温度が350℃未満になった場合は、次の予備成形体の熱間鍛造を行わないことを特徴とする。
また、上記タービンブレード用素材の製造方法において、前記上金型および下金型と前記上ダイセットおよび下ダイセットとの間に断熱材が配置されていることが好ましい。
また、前記予備成形体は、前記翼部に対応する第1の部分と前記根部に対応する第2の部分とが一体となった本体部と、前記第1の部分の端部から前記本体部の長手方向の一方側に突出する第1の突起部と、前記第2の部分の端部から前記本体部の長手方向の他方側に突出する第2の突起部とを有し、前記下型は、前記第1および第2の突起部を収容して、前記予備成形体を位置決めするための突起収容部を備え、前記第1および第2の突起部が前記突起収容部に収容され、前記本体部の少なくとも一部が前記下金型に接し、且つ、前記第1および第2の突起部は前記突起収納部の底部から離間した状態で熱間鍛造を開始することが好ましい。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems.
That is, the present invention is a method for manufacturing a material for a turbine blade having a blade portion and a root portion, wherein the preformed body is coated with a glass lubricant and then heated to a hot forging temperature, and a die apparatus. The preformed body is hot-forged using a second step of obtaining a material for a turbine blade having a blade portion and a root portion, and the mold apparatus is an alloy tool for a hot mold. A steel upper mold and lower mold, and an upper die set and a lower die set that support the upper mold and the lower mold are provided, and in the second step, the upper mold and the lower mold are Before being installed on the upper die set and the lower die set, it is preheated to a temperature of 550 ° C. or lower, and the hotness of the plurality of preformed bodies is in a state where the temperature of the upper mold and the lower mold is 350 ° C. or higher. When forging is performed and the temperatures of the upper and lower dies are less than 350 ° C., the next preformed body is not hot forged.
Further, in the method for manufacturing a material for a turbine blade, it is preferable that a heat insulating material is arranged between the upper mold and the lower mold and the upper die set and the lower die set.
Further, the preformed body has a main body portion in which a first portion corresponding to the wing portion and a second portion corresponding to the root portion are integrated, and the main body portion from an end portion of the first portion. The lower mold has a first protrusion protruding to one side in the longitudinal direction of the main body and a second protrusion protruding from the end of the second portion to the other side in the longitudinal direction of the main body. Is provided with a protrusion accommodating portion for accommodating the first and second protrusions and positioning the preformed body, and the first and second protrusions are accommodated in the protrusion accommodating portion. It is preferable to start hot forging with at least a part of the main body in contact with the lower mold and the first and second protrusions separated from the bottom of the protrusion storage portion.

本発明によれば、長尺化の要求が強いタービンブレード用素材を熱間鍛造によって製造する場合において、低コスト化に有利な簡易性を有し、かつ欠肉等の形状不良の抑制が可能なタービンブレード用素材の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, when a material for turbine blades, which is strongly required to be lengthened, is manufactured by hot forging, it has simplicity that is advantageous for cost reduction and can suppress shape defects such as lack of meat. It is possible to provide a method for manufacturing a material for a turbine blade.

タービンブレード用の予備成形体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the preformed body for a turbine blade. 金型の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a mold. 金型装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the mold apparatus. 金型装置の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a mold apparatus. タービンブレード用の予備成形体を金型(下金型)に載置したときの一例を 示す図である。It is a figure which shows an example when the preformed body for a turbine blade is placed on a mold (lower mold). 図5のB−B線の位置での部分断面図である。It is a partial cross-sectional view at the position of line BB of FIG.

本発明に係るタービンブレード用素材の製造方法は、翼部と根部とを有するタービンブレード用素材の製造方法であって、予備成形体をガラス潤滑剤で被覆した後に熱間鍛造温度に加熱する第1の工程と、金型装置を用いて予備成形体を熱間鍛造して翼部と根部とを有するタービンブレード用素材を得る第2の工程とを有する。使用する金型装置は、熱間金型用の合金工具鋼製の上金型および下金型と、かかる上金型および下金型を支持する上ダイセットおよび下ダイセットとを備える。さらに、第2の工程において、上金型および下金型は上ダイセットおよび下ダイセットに据え付けられる前に550℃以下の温度に予熱されるとともに、上金型および下金型の温度が350℃以上の状態で予備成形体の熱間鍛造を行う。
熱間金型用の合金工具鋼製の上金型および下金型を用いることで金型コストは低く抑えられる。さらに、上金型および下金型は、上ダイセットおよび下ダイセットとは別個に加熱され、上ダイセットおよび下ダイセットに据え付けられるため、上金型および下金型を効率よく加熱することができるうえ、金型装置にヒータ等の加熱機構を設ける必要がないため、金型装置が簡略化される。さらに、予備成形体をガラス潤滑剤で被覆した上で350℃以上の金型温度で熱間鍛造を行うことで、欠肉等の形状不良抑制も同時に実現することができる。
The method for manufacturing a material for a turbine blade according to the present invention is a method for manufacturing a material for a turbine blade having a blade portion and a root portion, wherein the preformed body is coated with a glass lubricant and then heated to a hot forging temperature. It has one step and a second step of hot forging a preformed body using a mold device to obtain a material for a turbine blade having a blade portion and a root portion. The mold apparatus used includes an alloy tool steel upper and lower dies for hot dies and an upper and lower die sets that support the upper and lower dies. Further, in the second step, the upper mold and the lower mold are preheated to a temperature of 550 ° C. or lower before being installed on the upper die set and the lower die set, and the temperature of the upper mold and the lower mold is 350. Hot forging of the preformed body is performed at a temperature of ° C. or higher.
Alloy tool for hot dies By using steel upper and lower dies, the mold cost can be kept low. Further, since the upper mold and the lower mold are heated separately from the upper die set and the lower die set and installed on the upper die set and the lower die set, the upper mold and the lower mold can be heated efficiently. In addition, since it is not necessary to provide a heating mechanism such as a heater in the mold device, the mold device is simplified. Further, by coating the preformed body with a glass lubricant and performing hot forging at a mold temperature of 350 ° C. or higher, it is possible to simultaneously suppress shape defects such as lack of meat.

以下、本発明に係るタービンブレード用素材の製造方法の実施形態を、図を用いて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本実施形態において説明する各構成は、その機能を損なわない限りにおいて互いに組み合わせることが可能である。 Hereinafter, embodiments of the method for producing a material for turbine blades according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In addition, the configurations described in the present embodiment can be combined with each other as long as their functions are not impaired.

<予備成形体>
図1にタービンブレード用の予備成形体の一例を示す。予備成形体(荒地)は、熱間加工等を経て所定の形状に整えられた鍛造用素材である。予備成形体100は、翼部に対応する第1の部分1と根部に対応する第2の部分2とが一体となった棒形状の本体部3と、第1の部分1の端部から本体部3の長手方向の一方側に突出する第1の突起部4−1と、第2の部分2の端部から本体部3の長手方向の他方側に突出する第2の突起部4−2とを有する。第1の部分1と第2の部分2は、本体部3の異なる部分として、連続、一体的に形成されている。第1の部分1は熱間鍛造によってタービンブレード用素材の翼部になる部分であり、第1の部分1よりも径の大きい第2の部分2は、熱間鍛造によってタービンブレード用素材の根部になる部分である。図1に示す例では、予備成形体100は長手方向(図中の一点鎖線で示す中心軸の方向、すなわち第1の部分1と第2の部分2とが連なっている方向)に垂直な断面が円形状の棒形状であるが、予備成形体の形状はこれに限定されるものではなく、断面形状が楕円形状、多角形形状等の予備成形体を用いることもできる。また、かかる断面形状の大きさの長手方向での変化も図1に示す構成に限定されるものではない。例えば、翼部に対応する第1の部分1の途中で径を変えて、さらに段差を設けた形状なども適用できる。
<Pre-molded body>
FIG. 1 shows an example of a preformed body for a turbine blade. The preformed body (rough ground) is a forging material that has been prepared into a predetermined shape through hot working or the like. The preformed body 100 has a rod-shaped main body portion 3 in which a first portion 1 corresponding to a wing portion and a second portion 2 corresponding to a root portion are integrated, and a main body from an end portion of the first portion 1. A first protruding portion 4-1 projecting to one side in the longitudinal direction of the portion 3 and a second protruding portion 4-2 projecting from the end portion of the second portion 2 to the other side in the longitudinal direction of the main body portion 3. And have. The first portion 1 and the second portion 2 are formed continuously and integrally as different portions of the main body portion 3. The first part 1 is a part that becomes a blade part of the material for turbine blades by hot forging, and the second part 2 having a diameter larger than that of the first part 1 is a root part of the material for turbine blades by hot forging. Is the part that becomes. In the example shown in FIG. 1, the preformed body 100 has a cross section perpendicular to the longitudinal direction (the direction of the central axis indicated by the alternate long and short dash line in the figure, that is, the direction in which the first portion 1 and the second portion 2 are connected). Is a circular rod shape, but the shape of the preformed body is not limited to this, and a preformed body having an elliptical cross-sectional shape, a polygonal shape, or the like can also be used. Further, the change in the size of the cross-sectional shape in the longitudinal direction is not limited to the configuration shown in FIG. For example, a shape in which the diameter is changed in the middle of the first portion 1 corresponding to the wing portion and a step is further provided can be applied.

本体部3から互いに長手方向の逆方向に突出する第1の突起部4−1および第2の突起部4−2(以下、単に「突起部」ともいう)は、金型に対して予備成形体100を位置決めするためのものであるが、かかる突起部は必須ではなく、突起部がない予備成形体を用いることもできる。但し、熱間鍛造時の予備成形体の位置ずれをより確実に回避するためには、突起部を有する予備成形体を用いることが有利である。以下、突起部を有する予備成形を用いた例について説明する。 The first protrusion 4-1 and the second protrusion 4-2 (hereinafter, also simply referred to as “protrusions”) protruding from the main body 3 in opposite directions in the longitudinal direction are preformed with respect to the mold. Although it is for positioning the body 100, such a protrusion is not essential, and a preformed body having no protrusion can also be used. However, in order to more reliably avoid the misalignment of the preformed body during hot forging, it is advantageous to use the preformed body having protrusions. Hereinafter, an example using preforming having a protrusion will be described.

本体部3よりもさらに径(断面積)が小さい棒形状の突起部は、本体部3と連続、一体的に形成することもできるが、本体部3とは別の部品として本体部に接合することがより好ましい。突起部は、所謂“つかみ代”とは異なり、“位置決め用部材”として機能するものであるため、突起部を設ける位置精度が重要となる。例えば、熱間鍛造等の熱間加工で本体部3と突起部とを一体物として成形しようとすると、高い位置精度で突起部を設けることは難しい。これに対し、突起部を別体の部品として本体部に接合すれば、より正確に所望の位置に突起部を接合することができる。突起部の位置は、突起部が突出する面の中心とすることが好ましい。より好ましくは、本体部の中心軸上である。これにより、位置ずれとそれによる欠肉等の欠陥をより確実に防止することができる。突起部の接合の方法としては、ネジによる嵌め合わせ、および/または溶接が簡便である。溶接のみで突起部を接合する場合は、生産性を高めることが可能な摩擦圧接を適用することがより好ましい。 A rod-shaped protrusion having a smaller diameter (cross-sectional area) than the main body 3 can be formed continuously and integrally with the main body 3, but is joined to the main body as a separate part from the main body 3. Is more preferable. Unlike the so-called "grasping allowance", the protrusion functions as a "positioning member", so the position accuracy of providing the protrusion is important. For example, if the main body 3 and the protrusion are to be formed as an integral body by hot working such as hot forging, it is difficult to provide the protrusion with high position accuracy. On the other hand, if the protrusion is joined to the main body as a separate part, the protrusion can be joined more accurately at a desired position. The position of the protrusion is preferably the center of the surface on which the protrusion protrudes. More preferably, it is on the central axis of the main body. As a result, it is possible to more reliably prevent misalignment and defects such as lack of meat due to the misalignment. As a method of joining the protrusions, fitting with screws and / or welding is convenient. When joining the protrusions only by welding, it is more preferable to apply friction welding that can increase productivity.

突起部の寸法は、タービンブレード用素材の大きさ(直径等)に応じて決定すればよく、例えばおおよそ30〜60mm程度の直径の円柱状のものを用いることができる。円柱状とするのは、後述する下金型に形成された突起収容部への収容が容易であるからである。別体の部品として突起部を接合する場合、突起部の材質が本体部の材質と同一であることが好ましい。これは、突起部は熱間鍛造後のタービンブレード用素材からバリとともに除去された後、バリと共にリサイクルの原料として再利用することができるからである。 The dimensions of the protrusions may be determined according to the size (diameter, etc.) of the material for turbine blades, and for example, a columnar one having a diameter of about 30 to 60 mm can be used. The columnar shape is used because it can be easily accommodated in the protrusion accommodating portion formed in the lower mold, which will be described later. When joining the protrusions as separate parts, it is preferable that the material of the protrusions is the same as the material of the main body. This is because the protrusions can be reused as a raw material for recycling together with burrs after being removed together with burrs from the material for turbine blades after hot forging.

本体部としてはNi基超耐熱合金、Ti合金(チタン合金)などの耐熱合金やFe基合金を用いることができるが、このうちTi合金が好ましい。今後ますます長翼化、大型化することが予想されることから、タービンブレード用予備成形体(タービンブレード用素材)には軽量化に有利なTi合金が好適である。Ti合金としては、例えば、Ti−6Al−4Vを用いることができる。 As the main body, heat-resistant alloys such as Ni-based super heat-resistant alloys and Ti alloys (titanium alloys) and Fe-based alloys can be used, of which Ti alloys are preferable. Since it is expected that the blades will become longer and larger in the future, Ti alloy, which is advantageous for weight reduction, is suitable for the preformed body for turbine blades (material for turbine blades). As the Ti alloy, for example, Ti-6Al-4V can be used.

<金型装置>
図2〜図4を参照しつつ、タービンブレード用素材の製造方法に用いる金型装置について以下説明する。図2(a)は金型(下金型)の平面図、図2(b)は金型(下金型)の側面図、図3は図2に示す金型(下金型)を用いた金型装置の断面図であり、下金型を示す図2(a)におけるA−A線の位置での断面図である。なお、下金型に対応する上金型およびそれを支持する上ダイセットの図示は省略した。また、上金型および上ダイセットのように金型装置を構成した状態で上ダイセットが上側、上ダイセットが下側になる場合であっても、上金型が上ダイセットに固定されている限り、上ダイセットは上金型を「支持」するものとして取り扱う。
<Mold device>
The mold apparatus used in the method for manufacturing a material for a turbine blade will be described below with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2A is a plan view of a mold (lower mold), FIG. 2B is a side view of the mold (lower mold), and FIG. 3 is a mold (lower mold) shown in FIG. It is a cross-sectional view of the mold apparatus which was used, and is the cross-sectional view at the position of line AA in FIG. 2A showing the lower mold. The upper mold corresponding to the lower mold and the upper die set supporting the upper mold are not shown. Further, even when the upper die set is on the upper side and the upper die set is on the lower side in the state where the mold device is configured like the upper mold and the upper die set, the upper mold is fixed to the upper die set. As long as the upper die set is treated as "supporting" the upper mold.

下金型200は、タービンブレード用素材の形状に応じて形成された型彫り面5と、タービンブレード用の予備成形体100の両端部の第1の突起部4−1および第2の突起部4−2を収容して、予備成形体100を位置決めするための突起収容部6−1および6−2とを備えている。突起収容部6−1および6−2は、溝状の凹部として形成されている。なお、上金型もタービンブレード用素材の形状に応じて形成された型彫り面を有するが、突起収容部は設けられていない。 The lower mold 200 has a die-engraved surface 5 formed according to the shape of the material for the turbine blade, and first protrusions 4-1 and second protrusions at both ends of the preformed body 100 for the turbine blade. It accommodates 4-2 and includes protrusion accommodating portions 6-1 and 6-2 for positioning the preformed body 100. The protrusion accommodating portions 6-1 and 6-2 are formed as groove-shaped recesses. The upper mold also has a die-engraved surface formed according to the shape of the material for the turbine blade, but is not provided with a protrusion accommodating portion.

金型装置は上金型および下金型(以下、単に金型ともいう)と、上金型および下金型を支持する上ダイセットおよび下ダイセット(以下、単にダイセットともいう)とを備える。なお、図3は金型装置のうち下金型に係る部分を示し、上金型に係る部分の図示は省略している。図3に示す例では、下ダイセット7に形成された凹部に下金型200が収容、固定される。下金型200はボルト、クランプ等の固定治具(図示せず)によって下ダイセット7に固定される。
図4は金型装置の別の例を示しており、かかる例は図3の金型装置に対して、さらに、上金型および下金型と上ダイセットおよび下ダイセットとの間に断熱材を備える。下金型200と下ダイセット7の間には、これらよりも熱伝導率の低い断熱材8が配置されており、かかる構成により、加熱後下ダイセット7に収容される下金型200の温度低下を抑制することができる。図4に示す例では、下ダイセット7の凹部の底面にさらに彫りこみによって凹部を設け、かかる凹部に板状の断熱材8が収容されている。下金型200を下ダイセット7に載置した際に下金型200の底部(裏面)の一部が断熱材8に接し、一部が下ダイセット7に接するようにすれば、鍛造荷重の一部を直接下ダイセット7で受けられるので、下金型200の底面全体が断熱材に接する構成よりも高い鍛造荷重に対応することも可能である。また、凹部の開口縁が金型底面の外縁よりも内側にあり、断熱材はかかる凹部に嵌め込むように収容されているので、仮に熱間鍛造中に断熱材が割れても、金型交換時に移動、飛散する危険が小さく、金型交換時の作業が煩雑になることを防ぐことができる。断熱材を収容する凹部は、上述のようにダイセットに直接彫り込むようにして形成することもできるし、ダイセットとは別に準備した板材に形成することもできる。後者の場合、凹部に断熱材が嵌め込まれた板材がダイセットの凹部に収容される。断熱材8は一つの板材で構成することもできるし、複数の個片で構成することもできる。金型と断熱材とは接して配置してもよいし、カバー部材等を介して配置してもよい。但し、金型と断熱材が直接接している方が断熱効果が高いため、例えば下ダイセットではカバー部材を配置せず、下金型側に断熱材が露出するように配置することもできる。
The mold device includes an upper mold and a lower mold (hereinafter, also simply referred to as a mold), and an upper die set and a lower die set (hereinafter, simply referred to as a die set) that support the upper mold and the lower mold. Be prepared. Note that FIG. 3 shows a portion of the mold apparatus related to the lower mold, and the portion related to the upper mold is not shown. In the example shown in FIG. 3, the lower mold 200 is housed and fixed in the recess formed in the lower die set 7. The lower mold 200 is fixed to the lower die set 7 by a fixing jig (not shown) such as a bolt or a clamp.
FIG. 4 shows another example of a mold device, which is for the mold device of FIG. 3 and further insulates between the upper and lower molds and the upper and lower die sets. Equipped with materials. A heat insulating material 8 having a lower thermal conductivity than these is arranged between the lower mold 200 and the lower die set 7, and due to this configuration, the lower mold 200 accommodated in the lower die set 7 after heating. The temperature drop can be suppressed. In the example shown in FIG. 4, a recess is further provided on the bottom surface of the recess of the lower die set 7 by engraving, and the plate-shaped heat insulating material 8 is housed in the recess. When the lower die 200 is placed on the lower die set 7, a part of the bottom (back surface) of the lower die 200 is in contact with the heat insulating material 8 and a part is in contact with the lower die set 7. Since a part of the lower die set 7 can be directly received by the lower die set 7, it is possible to cope with a higher forging load than the configuration in which the entire bottom surface of the lower die 200 is in contact with the heat insulating material. Further, since the opening edge of the recess is inside the outer edge of the bottom surface of the die and the heat insulating material is accommodated so as to be fitted into the recess, even if the heat insulating material is cracked during hot forging, the die is replaced. The risk of movement and scattering is small at times, and it is possible to prevent the work at the time of mold replacement from becoming complicated. The recess for accommodating the heat insulating material can be formed by engraving directly into the die set as described above, or can be formed in a plate material prepared separately from the die set. In the latter case, a plate material in which a heat insulating material is fitted in the recess is housed in the recess of the die set. The heat insulating material 8 may be composed of one plate material or may be composed of a plurality of individual pieces. The mold and the heat insulating material may be arranged in contact with each other, or may be arranged via a cover member or the like. However, since the heat insulating effect is higher when the mold and the heat insulating material are in direct contact with each other, for example, the cover member may not be arranged in the lower die set, but may be arranged so that the heat insulating material is exposed on the lower mold side.

上金型および下金型の材質としては熱間金型用の合金工具鋼を用いる。熱間金型用の合金工具鋼の種類はこれを特に限定するものではなく、強度とコストを勘案して、JIS G4404で規定されるSKD61、SKT4等の熱間金型用の合金工具鋼やその改良鋼を用いることができる。SKD61は、質量%でC:0.35〜0.42、Si:0.08〜0.12、Mn:0.25〜0.50、P:0.030以下、S:0.020以下、Cr:4.80〜5.50、Mo:1.0〜1.5、V:0.80〜1.15、残部Feおよび不純物の組成で規定され、SKT4は質量%でC:0.50〜0.60、Si:0.10〜0.40、Mn:0.60〜0.90、P:0.030以下、S:0.020以下、Ni:1.50〜1.80、Cr:0.80〜1.20、Mo:0.35〜0.55、W:、V:0.05〜0.15、残部Feおよび不純物の組成で規定されている。これらの合金工具鋼は、汎用性が高く、材料コストが低いため、金型装置全体のコストを抑制することができる。
上ダイセットおよび下ダイセットの材質はこれを特に限定するものではない。例えば上金型および下金型と同様の上記熱間金型用の合金工具鋼を用いることができる。
Alloy tool steel for hot dies is used as the material for the upper and lower dies. The type of alloy tool steel for hot dies is not particularly limited, and in consideration of strength and cost, alloy tool steel for hot dies such as SKD61 and SKT4 specified by JIS G4404 and The improved steel can be used. SKD61 has C: 0.35 to 0.42, Si: 0.08 to 0.12, Mn: 0.25 to 0.50, P: 0.030 or less, S: 0.020 or less in mass%. It is defined by the composition of Cr: 4.80 to 5.50, Mo: 1.0 to 1.5, V: 0.80 to 1.15, balance Fe and impurities, and SKT4 is C: 0.50 by mass%. ~ 0.60, Si: 0.10 to 0.40, Mn: 0.60 to 0.90, P: 0.030 or less, S: 0.020 or less, Ni: 1.50 to 1.80, Cr : 0.80 to 1.20, Mo: 0.35 to 0.55, W :, V: 0.05 to 0.15, the composition of the balance Fe and impurities. Since these alloy tool steels have high versatility and low material cost, the cost of the entire mold apparatus can be suppressed.
The materials of the upper die set and the lower die set are not particularly limited. For example, alloy tool steel for the hot mold similar to the upper mold and the lower mold can be used.

断熱材8は熱間金型用の合金工具鋼よりも熱伝導率の低い材料であればこれを特に限定するものではない。例えば、SKD61等の熱間金型用鋼の熱伝導率はおおよそ30W/(m・K)程度あるため、それよりも小さい熱伝導率を有する材料を用いればよい。より好ましくは10W/(m・K)以下、さらに好ましくは1W/(m・K)以下の熱伝導率を有する断熱材を用いる。断熱材としては、例えばセラミックスなどの無機質断熱材、ガラス繊維と樹脂との複合断熱材、等を用いることができる。 The heat insulating material 8 is not particularly limited as long as it is a material having a lower thermal conductivity than the alloy tool steel for hot molds. For example, since the thermal conductivity of hot mold steel such as SKD61 is about 30 W / (m · K), a material having a thermal conductivity smaller than that may be used. A heat insulating material having a thermal conductivity of 10 W / (m · K) or less, more preferably 1 W / (m · K) or less is used. As the heat insulating material, for example, an inorganic heat insulating material such as ceramics, a composite heat insulating material of glass fiber and resin, or the like can be used.

<第1の工程>
熱間鍛造に供する予備成形体はガラス潤滑剤で被覆した後に熱間鍛造温度に加熱する(第1の工程)。予備成形体の少なくとも一部をガラス潤滑剤で被覆することで鍛造荷重を低減すること、より健全な形状の予備成形体を得ることに寄与する。ガラス潤滑剤は潤滑切れを生じやすい部分等を部分的に被覆することも可能であるが、予備成形体の全体をガラス潤滑剤で被覆すれば、潤滑性はより確実になる。また、ガラス潤滑剤は断熱効果もあるため、予備成形体を加熱炉から取出して金型上に載置して鍛造が開始されるまでの間での温度低下を抑制することができる。かかる観点からは予備成形体の全体をガラス潤滑剤で被覆することが望ましい。
<First step>
The preformed body to be subjected to hot forging is coated with a glass lubricant and then heated to the hot forging temperature (first step). By coating at least a part of the preformed body with a glass lubricant, it contributes to reducing the forging load and obtaining a preformed body having a sounder shape. The glass lubricant can partially cover a portion where lubrication is likely to run out, but if the entire preformed body is covered with the glass lubricant, the lubricity becomes more reliable. Further, since the glass lubricant also has a heat insulating effect, it is possible to suppress a temperature drop until the preformed body is taken out from the heating furnace, placed on the mold, and forging is started. From this point of view, it is desirable to coat the entire preformed body with a glass lubricant.

ガラス潤滑剤の被覆方法は、これを特に限定するものではない。例えば、ガラス組成物と媒体を含むスラリー状の混合物を、塗布、噴霧、浸漬等の方法によって皮膜として予備成形体の表面に配置することができる。作業・設備の簡略化の観点からは塗布が、皮膜の厚さの均一性の観点からは噴霧が、好ましい。塗布等の後、乾燥によって不要な媒体が除去され、予備成形体の表面がガラス潤滑剤で被覆される。
予備成形体の表面に配置されるガラス潤滑剤の被覆の厚さは、潤滑能が発揮される限りにおいてこれを特に限定するものではないが、鍛造荷重の増大をより確実に抑制するためには200μm以上であることが好ましい。一方、ガラス潤滑剤を過度に厚くすると、予備成形体を加熱する際に、ガラス潤滑剤が剥離するリスクが高まる。かかる観点から厚さは500μm以下であることが好ましい。なお、ガラス潤滑剤の厚さは、渦電流膜厚計により測定すればよい。熱間鍛造時に潤滑能を保持するものであればガラス潤滑剤の種類はこれを特に限定するものではない。例えば、ガラス主成分がホウケイ酸ガラスであるガラス潤滑剤を使用することができる。
The method of coating the glass lubricant is not particularly limited. For example, a slurry-like mixture containing a glass composition and a medium can be placed on the surface of a preformed body as a film by a method such as coating, spraying, or dipping. Coating is preferable from the viewpoint of simplification of work / equipment, and spraying is preferable from the viewpoint of uniformity of film thickness. After coating or the like, unnecessary media is removed by drying, and the surface of the preformed body is coated with a glass lubricant.
The thickness of the coating of the glass lubricant placed on the surface of the preformed body is not particularly limited as long as the lubricating ability is exhibited, but in order to more reliably suppress the increase in the forging load. It is preferably 200 μm or more. On the other hand, if the glass lubricant is made excessively thick, the risk of the glass lubricant peeling off increases when the preformed body is heated. From this point of view, the thickness is preferably 500 μm or less. The thickness of the glass lubricant may be measured by an eddy current film thickness meter. The type of glass lubricant is not particularly limited as long as it retains the lubricating ability during hot forging. For example, a glass lubricant whose main component of glass is borosilicate glass can be used.

予備成形体は加熱炉等を用いて所定の熱間鍛造温度に加熱される。予備成形体の熱間鍛造温度は予備成形体の材質に応じて設定すればよい。例えば、Ni基超耐熱合金の場合は850〜1150℃、Ti合金の場合は800〜1100℃が実用的な範囲である。 The preformed body is heated to a predetermined hot forging temperature using a heating furnace or the like. The hot forging temperature of the preformed body may be set according to the material of the preformed body. For example, in the case of a Ni-based superheat-resistant alloy, 850 to 1150 ° C., and in the case of a Ti alloy, 800 to 1100 ° C. is a practical range.

<第2の工程(熱間鍛造工程)>
上述の金型装置および第1の工程を経たタービンブレード用の予備成形体を用いて第2の工程である熱間鍛造工程を行う。第2の工程において、上金型および下金型は上ダイセットおよび下ダイセットに据え付けられる前に550℃以下の温度に予熱される。予熱温度を550℃以下に規定するのは熱間金型用の合金工具鋼の焼戻し温度未満にするためである。550℃以下の範囲であれば、金型温度は高ければ高いほど好ましい。後述するように350℃以上の状態で予備成形体の熱間鍛造を行うため、金型は少なくとも350℃以上で予熱される。より好ましい予熱温度は、450℃以上である。金型の予熱は加熱炉等を用いて行い、加熱された金型をダイセットに据え付けて金型装置を構成する。
<Second process (hot forging process)>
The hot forging step, which is the second step, is performed using the above-mentioned mold device and the preformed body for the turbine blade that has undergone the first step. In the second step, the upper and lower molds are preheated to a temperature of 550 ° C. or lower before being installed on the upper and lower die sets. The preheating temperature is specified to be 550 ° C. or lower in order to make it lower than the tempering temperature of the alloy tool steel for hot dies. In the range of 550 ° C. or lower, the higher the mold temperature, the more preferable. Since the preformed body is hot forged at 350 ° C. or higher as described later, the die is preheated at at least 350 ° C. or higher. A more preferable preheating temperature is 450 ° C. or higher. The mold is preheated using a heating furnace or the like, and the heated mold is installed on a die set to form a mold device.

図5に示すように、加熱された予備成形体100は加熱された下金型200に載置され、熱間鍛造が行われる。一つの予備成形体の鍛造が終わると、同じ金型装置で引き続き次の予備成形体の鍛造を行う。これを繰り返し、複数の予備成形体の熱間鍛造を行うが、上述の金型装置はヒータ等の加熱機構を備えていないため、金型の温度は徐々に低下する。これに対して、金型の温度が350℃以上の状態で予備成形体の熱間鍛造を行うことが重要である。金型の温度が350℃未満の状態で熱間鍛造を継続すると欠肉等の形状不良が発生するようになるからである。上述した、金型とダイセットとの間に断熱材を配置する構成は、この350℃以上の金型温度をより長く維持することに寄与する。この350℃以上の金型温度をより長く維持し、その間に熱間鍛造を行う予備成形体の数を増やすことで生産性が向上する。1回の金型装置の組立に対して10回以上、好ましくは15回以上の予備成形体の熱間鍛造を行うことが好ましい。
金型温度が350℃未満になった場合は、次の予備成形体の熱間鍛造を行わない。この場合、金型をダイセットから外して、再度予熱をしてからダイセットに据え付けるか、別途予熱した別の金型を据え付けて、次の熱間鍛造を行う。なお、金型温度は、型彫り面のある金型表面で熱間鍛造を実施する毎に測定すればよい。
As shown in FIG. 5, the heated preformed body 100 is placed on the heated lower die 200, and hot forging is performed. After the forging of one preformed body is completed, the next preformed body is continuously forged with the same mold device. This is repeated to perform hot forging of a plurality of preformed bodies, but since the above-mentioned mold device does not have a heating mechanism such as a heater, the temperature of the mold gradually decreases. On the other hand, it is important to perform hot forging of the preformed body in a state where the temperature of the die is 350 ° C. or higher. This is because if hot forging is continued when the temperature of the die is less than 350 ° C., shape defects such as lack of meat will occur. The above-mentioned configuration in which the heat insulating material is arranged between the mold and the die set contributes to maintaining the mold temperature of 350 ° C. or higher for a longer period of time. Productivity is improved by maintaining the mold temperature of 350 ° C. or higher for a longer period of time and increasing the number of preformed bodies to be hot forged during that time. It is preferable to perform hot forging of the preformed body 10 times or more, preferably 15 times or more for one assembly of the die apparatus.
If the mold temperature is less than 350 ° C, the next hot forging of the preformed body is not performed. In this case, the die is removed from the die set and preheated again and then installed in the die set, or another preheated die is installed and the next hot forging is performed. The mold temperature may be measured each time hot forging is performed on the surface of the mold having a die carved surface.

上述の熱間鍛造では特開2002−96134号公報(特許文献1)や特開平4−46651号公報(特許文献2)のように金型装置内に加熱機構を設けていないため、金型装置が簡略化される。さらに、金型を加熱し、350℃以上の金型温度を維持する際に、熱容量の大きいダイセットを加熱する必要がないため、金型加熱に関する加熱効率が高い。また、ダイセットを介して金型を加熱する場合には、ダイセットの方が温度を高くなる。したがって、金型温度を高くするためにはダイセットに耐熱性がより高い材料を用いる必要があり、一方ダイセットに金型と同程度の耐熱性の材料を用いようとすると金型温度は低くならざるを得ない。前者は金型装置のコスト上昇を招き、後者は金型温度を350℃以上のような高温に維持することを困難にする。断熱材を用いることで350℃以上の金型温度をより長く維持、管理する方法は、かかる問題も解決することができる。 In the above-mentioned hot forging, unlike Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-96134 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-46651 (Patent Document 2), a heating mechanism is not provided in the die device, so that the die device is not provided. Is simplified. Further, when the mold is heated and the mold temperature is maintained at 350 ° C. or higher, it is not necessary to heat the die set having a large heat capacity, so that the heating efficiency for heating the mold is high. Further, when the mold is heated via the die set, the temperature of the die set is higher. Therefore, in order to raise the mold temperature, it is necessary to use a material with higher heat resistance for the die set, while when trying to use a material with heat resistance similar to that of the mold for the die set, the mold temperature is low. I have no choice but to become. The former causes an increase in the cost of the mold device, and the latter makes it difficult to maintain the mold temperature at a high temperature such as 350 ° C. or higher. A method of maintaining and managing a mold temperature of 350 ° C. or higher for a longer period of time by using a heat insulating material can solve such a problem.

以下、上述の実施形態に対してさらに好ましい形態について説明する。
<ダイセット加熱・ダイセット温度>
上金型および下金型をそれぞれ上ダイセットおよび下ダイセットに据え付ける前に、加熱されたダミー材を用いて上ダイセットおよび下ダイセットを予熱することで、金型温度の低下をさらに抑制することができる。ここで、「ダミー材」とは、第2の工程における熱間鍛造において用いる金型とは別個の部材をいい、例えば、かかる熱間鍛造において用いる金型と仕様(材質・形状・寸法)が同じ金型、仕様が異なる金型、作業面のない鋼材等である。金型とダイセットとの間に断熱材を配置することで金型温度の低下を抑制することができるが、ゼロにすることはできない。したがって、金型温度の低下をさらに抑制するためには、上述のように加熱されたダミー材を用いてダイセット側の温度を上げ、熱勾配を下げることが有効である。ダミー材には荷重をかけないため、金型の加熱温度よりも高い温度に加熱して用いることもできる。
より具体的には、上ダイセットおよび下ダイセットの温度が50℃以上の状態で予備成形体の熱間鍛造を行うことが好ましい。50℃以上としたのは、25℃程度の室温に対して加熱の有意差を確保する趣旨である。特に加熱された金型を据え付けた後、最初の熱間鍛造時からダイセットの温度が50℃以上であることが好ましい。ダイセットの温度は、ダイセットの側面で測定すればよい。
Hereinafter, a more preferable embodiment with respect to the above-described embodiment will be described.
<Die set heating / die set temperature>
Preheating the upper and lower die sets with heated dummy material before installing the upper and lower molds on the upper and lower die sets, respectively, further suppresses the drop in mold temperature. can do. Here, the "dummy material" refers to a member separate from the die used in the hot forging in the second step, and for example, the die and specifications (material, shape, dimensions) used in the hot forging are defined. The same mold, molds with different specifications, steel materials without a work surface, etc. By arranging a heat insulating material between the mold and the die set, it is possible to suppress a decrease in the mold temperature, but it cannot be reduced to zero. Therefore, in order to further suppress the decrease in the mold temperature, it is effective to raise the temperature on the die set side and lower the heat gradient by using the dummy material heated as described above. Since no load is applied to the dummy material, it can be used by heating it to a temperature higher than the heating temperature of the mold.
More specifically, it is preferable to perform hot forging of the preformed body in a state where the temperature of the upper die set and the lower die set is 50 ° C. or higher. The purpose of setting the temperature to 50 ° C. or higher is to secure a significant difference in heating with respect to a room temperature of about 25 ° C. In particular, it is preferable that the temperature of the die set is 50 ° C. or higher from the time of the first hot forging after installing the heated die. The temperature of the die set may be measured on the side surface of the die set.

<予備成形体の載置形態>
予備成形体の載置形態に関する好ましい形態を図5を用いて説明する。図5に示す例では、予備成形体100を金型(下金型)200に載置した際、第1および第2の突起部4−1、4−2が突起収容部6−1、6−2に収容されるとともに予備成形体100の本体部が下金型200に接している。かかる状態で熱間鍛造が開始される。突起部を有する予備成形体を下金型に載置する形態としては、突起部だけで予備成形体を支持し、本体部が下金型に接しない構成も適用可能である。しかし、後述するように、図5に示す例のように予備成形体の本体部が下金型に接している構成の方が、タービンブレード用素材の形状不良を位置決めの観点から抑制するうえでは有利である。
一方、本体部が下金型に接するため、鍛造開始までの間に予備成形体から下金型に熱が逃げやすくなるという不利な点もある。これに対して、予備成形体から金型への熱伝導を断熱材等を用いて抑制した上で、上述した所定温度以上で熱間鍛造を行えば、かかる不利な点を補うことが可能である。すなわち、図4等に示す金型装置を有する構成と、本体部が下金型に接する構成とを組み合わせることが特に好適である。図5に示す例では、予備成形体100の本体部のうち翼部に対応する第1の部分と根部に対応する第2の部分のそれぞれ一部が下金型200に接しているが、本体部の少なくとも一部が下金型200に接していればよい。
<Placement form of preformed body>
A preferable form regarding the mounting form of the preformed body will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 5, when the preformed body 100 is placed on the mold (lower mold) 200, the first and second protrusions 4-1 and 4-2 are the protrusion housing portions 6-1 and 6. The main body of the preformed body 100 is in contact with the lower mold 200 while being housed in -2. Hot forging is started in this state. As a form in which the preformed body having the protrusions is placed on the lower mold, a configuration in which the premolded body is supported only by the protrusions and the main body portion does not come into contact with the lower mold is also applicable. However, as will be described later, a configuration in which the main body of the preformed body is in contact with the lower mold as in the example shown in FIG. 5 is more effective in suppressing the shape defect of the turbine blade material from the viewpoint of positioning. It is advantageous.
On the other hand, since the main body is in contact with the lower die, there is also a disadvantage that heat easily escapes from the preformed body to the lower die before the start of forging. On the other hand, if heat conduction from the preformed body to the die is suppressed by using a heat insulating material or the like and then hot forging is performed at the predetermined temperature or higher described above, such a disadvantage can be compensated. be. That is, it is particularly preferable to combine the configuration having the mold device shown in FIG. 4 and the like with the configuration in which the main body portion is in contact with the lower mold. In the example shown in FIG. 5, a part of the first part corresponding to the wing part and the second part corresponding to the root part of the main body part of the preformed body 100 are in contact with the lower mold 200, but the main body It suffices that at least a part of the portion is in contact with the lower mold 200.

予備成形体の載置形態のうち、突起部に関する構成および効果を更に説明する。図2等に示すように下型200は、第1および第2の突起部4−1、4−2を収容して、予備成形体100を位置決めするための突起収容部6−1、6−2を備える。突起部を用いて予備成形体の位置決めを行うための突起収容部は、予め、熱間鍛造中のプレスの荷重がかからない、型彫り面を挟んだ両側の箇所に設けられている。突起収容部は型彫り面に配置される予備成形体の長手方向(x方向)に延設された溝形状の凹部である。図6は図5のx方向から見たB−B線に沿った部分断面図であり、突起部と突起収容部との位置関係を示している。突起部4−1は、溝形状の突起収容部6−1によって、適当なクリアランスを介してy方向(上下方向(鍛造の加圧方向)および予備成形体の長手方向に垂直な方向)において拘束され、位置決めされる。なお、予備成形体をその長手方向からも突起部で拘束する必要がある場合には、ダイセットの凹部の内側面、突起収容部に設けられた段差面等によって突起部の先端を拘束するようにすればよい。また、本体部の片側だけに突起部および突起収容部を配置することも可能であるが、鍛造中の予備成形体を高精度で位置決めするためには、本体部の上記長手方向両側に突起部および突起収容部を設けることが好ましい。
一方、予備成形体は、下金型に載置された時点から本体部で下金型に接しているため、突起部4−1は突起収容部6−1の底部から離間しており、上下方向(z方向:鍛造の加圧方向)には拘束されていない自由な状態にある。下金型に載置された時点で、本体部が下金型に接しないで、突起部だけが下金型に支持される場合には、鍛造開始とともに先に突起部が変形してしまうため位置決め機能が弱くなってしまう。したがって、下金型に載置された時点で、本体部が下金型に接している構成を採用することが好ましい。鍛造中の突起部の上下方向の移動量が小さい場合には、本体部で下型に接するとともに、突起部も突起収容部の底部と接する構成も適用可能である。但し、突起収容部の底面が突起部と接触していると、熱間鍛造を行う際に接触面同士が擦れたり、突起部が突起収納部の底面に引っかかることで予備成形体の本体部が所定の位置からずれてしまうおそれがある。したがって、図6に示すように突起収納部の底部と突起部とは非接触の状態であることが好ましい。
Among the mounting forms of the preformed body, the configuration and effect of the protrusions will be further described. As shown in FIG. 2 and the like, the lower mold 200 accommodates the first and second protrusions 4-1 and 4-2, and the protrusion housing portions 6-1 and 6- for positioning the preformed body 100. 2 is provided. The protrusion accommodating portions for positioning the preformed body using the protrusions are provided in advance on both sides of the die-carved surface on which the load of the press during hot forging is not applied. The protrusion accommodating portion is a groove-shaped recess extending in the longitudinal direction (x direction) of the preformed body arranged on the engraved surface. FIG. 6 is a partial cross-sectional view taken along the line BB seen from the x direction of FIG. 5, showing the positional relationship between the protrusion and the protrusion accommodating portion. The protrusion 4-1 is constrained by the groove-shaped protrusion accommodating portion 6-1 in the y direction (vertical direction (pressurization direction for forging) and direction perpendicular to the longitudinal direction of the preformed body) through an appropriate clearance. And positioned. If it is necessary to restrain the preformed body with the protrusion from the longitudinal direction, the tip of the protrusion should be restrained by the inner surface of the recess of the die set, the stepped surface provided in the protrusion accommodating portion, or the like. It should be. It is also possible to arrange the protrusions and the protrusion accommodating portions on only one side of the main body, but in order to position the preformed body under forging with high accuracy, the protrusions are provided on both sides of the main body in the longitudinal direction. And it is preferable to provide a protrusion accommodating portion.
On the other hand, since the preformed body is in contact with the lower mold at the main body from the time when it is placed on the lower mold, the protrusion 4-1 is separated from the bottom of the protrusion accommodating portion 6-1 and is moved up and down. It is in a free state that is not constrained in the direction (z direction: forging pressurization direction). If the main body does not come into contact with the lower die and only the protrusion is supported by the lower die when it is placed on the lower die, the protrusion will be deformed first when forging starts. The positioning function is weakened. Therefore, it is preferable to adopt a configuration in which the main body is in contact with the lower mold when it is placed on the lower mold. When the amount of vertical movement of the protrusion during forging is small, it is possible to apply a configuration in which the main body is in contact with the lower mold and the protrusion is also in contact with the bottom of the protrusion accommodating portion. However, if the bottom surface of the protrusion accommodating portion is in contact with the protrusion, the contact surfaces may rub against each other during hot forging, or the protrusion may be caught on the bottom surface of the protrusion accommodating portion, resulting in the main body of the preformed body. There is a risk that it will deviate from the specified position. Therefore, as shown in FIG. 6, it is preferable that the bottom portion of the protrusion accommodating portion and the protrusion portion are in a non-contact state.

図2〜図6に示す突起収容部は下型と連続一体的に構成されているが、下型とは別体の部品を下型に固定することで構成することもできる。突起収容部を下型と連続一体的に構成する方法としては、加工によって溝を彫る方法がある。但し、大型のタービンブレード用素材を製造するための金型に直接加工を施す場合、金型の重量は例えば数トンにもなり、運搬や加工に多大の労力やコストが必要になる。一方、突起収容部を脱着可能な別部品を用いて構成すれば、突起部の形状、大きさに応じて突起収容部のみを交換することで、種々の突起部の形状に対応が可能となる。
突起収容部を下型と連続一体的に構成する場合、突起収容部を別部品を用いて構成する場合のいずれの場合も、突起収容部の底部は下金型の作業面(型彫り面5の周囲の面)と同じ高さ、すなわち面一であることがより好ましい。突起部の上下方向の移動自由度を最大限確保するためである。
また、溝形状の突起収容部の上側の角部分には、突起部の収容円滑に行えるようにするために、平面状または曲面状の面取りを設けておくことが好ましい。
The protrusion accommodating portion shown in FIGS. 2 to 6 is continuously integrally formed with the lower mold, but it can also be configured by fixing a component separate from the lower mold to the lower mold. As a method of constructing the protrusion accommodating portion continuously and integrally with the lower mold, there is a method of carving a groove by processing. However, when the mold for manufacturing a material for a large turbine blade is directly processed, the weight of the mold is, for example, several tons, and a great deal of labor and cost are required for transportation and processing. On the other hand, if the protrusion accommodating portion is configured by using another detachable part, it is possible to correspond to various protrusion shapes by exchanging only the protrusion accommodating portion according to the shape and size of the protrusion. ..
In both cases where the protrusion accommodating portion is continuously integrated with the lower mold and the protrusion accommodating portion is configured by using different parts, the bottom portion of the protrusion accommodating portion is the working surface of the lower mold (mold engraving surface 5). It is more preferable that the height is the same as that of the peripheral surface of the surface, that is, flush with each other. This is to ensure the maximum degree of freedom of movement of the protrusion in the vertical direction.
Further, it is preferable to provide a flat or curved chamfer on the upper corner portion of the groove-shaped protrusion accommodating portion so that the projection accommodating portion can be smoothly accommodated.

上述の突起部と突起収容部から成る構成によって、熱間鍛造時にタービンブレード用の予備成形体100が金型内で位置ずれをおこすこと、特にy方向の位置ずれを起こすことをより確実に防止することができる。特に、数万トン規模の大きな荷重で、しかも1ブローで熱間鍛造する場合、金型内で狙い通りの場所から順次押圧が開始されなければ、欠肉等の欠陥となり易い。金型の所望の位置に予備成形体を載置し、熱間鍛造時には所望の押圧場所から順序良く熱間鍛造を行うために、突起部と突起収容部による位置決めの構成は特に有効である。 The configuration including the protrusions and the protrusion housing described above more reliably prevents the preformed body 100 for turbine blades from being misaligned in the mold during hot forging, especially from misalignment in the y direction. can do. In particular, in the case of hot forging with a large load of tens of thousands of tons and one blow, if the pressing is not started sequentially from the target place in the die, defects such as lack of meat are likely to occur. In order to place the preformed body at a desired position of the mold and perform hot forging in order from a desired pressing location during hot forging, the positioning configuration by the protrusion and the protrusion accommodating portion is particularly effective.

Ti合金(Ti−6Al−4V)に熱間加工を施し、外形が図1に示す本体部と同様のタービンブレード用の予備成形体を準備した。予備成形体の中心軸の延長線上の翼部側端面と根部側端面を研削して、かかる面に円柱状の突起部用のTi合金を摩擦圧接にて接合し、突起部を有するタービンブレード用の予備成形体を作製した。なお、突起部4−1,4−2のTi合金と本体部2のTi合金は同一組成を有する。 A Ti alloy (Ti-6Al-4V) was hot-worked to prepare a preformed body for turbine blades having the same outer shape as the main body shown in FIG. For turbine blades that have protrusions by grinding the wing side end face and root side end face on the extension line of the central axis of the preformed body and joining the Ti alloy for columnar protrusions to such surfaces by friction welding. A preformed body of the above was prepared. The Ti alloy of the protrusions 4-1 and 4-2 and the Ti alloy of the main body 2 have the same composition.

次に、図5に示す構成と同様の構成の金型装置を準備した。下金型に形成した溝形状の突起収納部は、予備成形体を載置したときに溝底部と接触しないように、位置・寸法を設定した。突起収容部側面と突起部とのクリアランスは両側の合計で2mm程度とした。下金型の作業面には、1ブローの熱間鍛造にて、ニアネット形状のタービンブレード用素材を得るための、翼部と根部を形成する型彫り面を形成した。金型およびダイセットには熱間金型用の合金工具鋼(SKD61)を使用した。また、金型とダイセットの間には断熱材として熱伝導率が0.2W/(m・K)の断熱板を用いた。
金型は加熱炉で500℃に加熱し、ダイセットは500℃に加熱したダミー材(別金型)で予熱した。別金型を取り外したのち、加熱した金型を据えつけて金型装置を準備した。
予備成形体はホウケイ酸ガラス系のガラス潤滑剤で350μmの厚さで被覆し、鍛造温度1000℃に加熱した(第1の工程)。かかる鍛造温度での加熱によって軟化したガラス潤滑剤に覆われた予備成形体を、上述のように準備した金型装置の下金型に載置した。突起部が突起収容部に収容され、本体部の一部が下金型に接した状態で熱間鍛造を開始し、翼部と根部とを有するタービンブレード用素材を得た(第2の工程)。この際、熱間鍛造前の金型表面温度は450℃であった。なお、熱間鍛造開始時のダイセットの温度を側面(図4の矢印で示した、金型の側方位置)で測定したところ50℃であった。金型の温度を測定しながら、かかる熱間鍛造を繰り返して複数のタービンブレード用素材を得た。
Next, a mold device having the same configuration as that shown in FIG. 5 was prepared. The position and dimensions of the groove-shaped protrusion storage portion formed in the lower mold are set so as not to come into contact with the groove bottom when the preformed body is placed. The total clearance between the side surface of the protrusion accommodating portion and the protrusion was about 2 mm on both sides. On the working surface of the lower die, a die carved surface forming a wing portion and a root portion was formed by hot forging with one blow to obtain a material for a turbine blade having a near net shape. Alloy tool steel (SKD61) for hot dies was used for the dies and dies. Further, a heat insulating plate having a thermal conductivity of 0.2 W / (m · K) was used as a heat insulating material between the mold and the die set.
The mold was heated to 500 ° C. in a heating furnace, and the die set was preheated with a dummy material (separate mold) heated to 500 ° C. After removing the separate mold, the heated mold was installed to prepare the mold device.
The preformed body was coated with a borosilicate glass-based glass lubricant to a thickness of 350 μm and heated to a forging temperature of 1000 ° C. (first step). The preformed body covered with the glass lubricant softened by heating at such a forging temperature was placed on the lower mold of the mold device prepared as described above. Hot forging was started with the protrusions housed in the protrusion housing and a part of the main body was in contact with the lower die to obtain a material for turbine blades having wings and roots (second step). ). At this time, the surface temperature of the die before hot forging was 450 ° C. The temperature of the die set at the start of hot forging was measured on the side surface (the lateral position of the die indicated by the arrow in FIG. 4) and found to be 50 ° C. While measuring the temperature of the mold, such hot forging was repeated to obtain materials for a plurality of turbine blades.

上述のように熱間鍛造を繰り返した結果、金型温度が350℃以上で熱間鍛造を行った場合は欠肉等の欠陥の問題がないタービンブレード用素材を得ることができた。一方、金型温度が350℃を下回った状態で熱間鍛造を行った場合は、欠肉が発生していることが確認された。
上述の実施例では、正常なタービンブレード用素材を得るために必要な、金型温度350℃以上の条件での熱間鍛造を、1回の金型装置の組立に対して18回以上実施することができた。
As a result of repeating the hot forging as described above, when the hot forging was performed at a mold temperature of 350 ° C. or higher, a material for turbine blades having no problem of defects such as lack of meat could be obtained. On the other hand, when hot forging was performed in a state where the mold temperature was lower than 350 ° C., it was confirmed that meat shortage occurred.
In the above-described embodiment, hot forging under the condition that the mold temperature is 350 ° C. or higher, which is necessary for obtaining a normal material for turbine blades, is carried out 18 times or more for one assembly of the mold device. I was able to.

1 第1の部分
2 第2の部分
3 本体部
4−1 第1の突起部
4−2 第2の突起部
5 型彫り面
6−1 第1の突起収容部
6−2 第2の突起収容部
7 ダイセット
8 断熱材
100 予備成形体
200 下金型

1 1st part 2 2nd part 3 Main body part 4-1 1st protrusion 4-2 2nd protrusion 5 type carved surface 6-1 1st protrusion accommodating portion 6-2 2nd protrusion accommodating Part 7 Die set 8 Insulation material 100 Preformed body 200 Lower mold

Claims (2)

翼部と根部とを有するタービンブレード用素材の製造方法であって、
予備成形体をガラス潤滑剤で被覆した後に熱間鍛造温度に加熱する第1の工程と、
金型装置を用いて前記予備成形体を熱間鍛造して前記翼部と根部とを有するタービンブレード用素材を得る第2の工程とを有し、
前記金型装置は、熱間金型用の合金工具鋼製の上金型および下金型と、前記上金型および下金型を支持する上ダイセットおよび下ダイセットとを備え、前記上金型と前記上ダイセットの間と、前記下金型と前記下ダイセットとの間には断熱材が配置されており、
前記第2の工程において、
前記上金型および下金型は前記上ダイセットおよび下ダイセットに据え付けられる前に550℃以下の温度に予熱されるとともに、前記上金型および下金型の温度が350℃以上の状態で複数の前記予備成形体の熱間鍛造を行い、前記上金型および下金型の温度が350℃未満になった場合は、次の予備成形体の熱間鍛造を行わないタービンブレード用素材の製造方法。
A method for manufacturing a material for turbine blades having wings and roots.
The first step of coating the preformed body with glass lubricant and then heating it to the hot forging temperature, and
It has a second step of hot forging the preformed body using a mold device to obtain a material for a turbine blade having the blade portion and the root portion.
The mold apparatus includes an alloy tool steel of the upper and lower molds for hot die, and a die set and the lower die set upper supporting said upper die and lower die, the upper A heat insulating material is arranged between the mold and the upper die set and between the lower mold and the lower die set.
In the second step,
The upper mold and the lower mold are preheated to a temperature of 550 ° C. or lower before being installed on the upper die set and the lower die set, and the temperature of the upper mold and the lower mold is 350 ° C. or higher. When the temperature of the upper die and the lower die is less than 350 ° C. after hot forging of a plurality of the preformed bodies, the material for the turbine blade which is not hot forged of the next preformed body is used. Production method.
前記予備成形体は、前記翼部に対応する第1の部分と前記根部に対応する第2の部分とが一体となった本体部と、前記第1の部分の端部から前記本体部の長手方向の一方側に突出する第1の突起部と、前記第2の部分の端部から前記本体部の長手方向の他方側に突出する第2の突起部とを有し、
前記下型は、前記第1および第2の突起部を収容して、前記予備成形体を位置決めするための突起収容部を備え、
前記第1および第2の突起部が前記突起収容部に収容され、前記本体部の少なくとも一部が前記下金型に接し、且つ、前記第1および第2の突起部は前記突起収納部の底部から離間した状態で熱間鍛造を開始することを特徴とする請求項1に記載のタービンブレード用素材の製造方法。
The preformed body has a main body portion in which a first portion corresponding to the wing portion and a second portion corresponding to the root portion are integrated, and a length of the main body portion from an end portion of the first portion. It has a first protrusion protruding to one side in the direction and a second protrusion protruding from the end of the second portion to the other side in the longitudinal direction of the main body.
The lower mold accommodates the first and second protrusions and includes a protrusion accommodating portion for positioning the preformed body.
The first and second protrusions are housed in the protrusion accommodating portion, at least a part of the main body portion is in contact with the lower mold, and the first and second protrusions are of the protrusion accommodating portion. method for producing a material for the turbine blade according to claim 1, wherein the starting hot forging in a state of being separated from the bottom.
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