JPH01165741A - 結晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスク - Google Patents
結晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスクInfo
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- JPH01165741A JPH01165741A JP32508487A JP32508487A JPH01165741A JP H01165741 A JPH01165741 A JP H01165741A JP 32508487 A JP32508487 A JP 32508487A JP 32508487 A JP32508487 A JP 32508487A JP H01165741 A JPH01165741 A JP H01165741A
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はＮｉ基超合金の粉末り成形された航空機。
発電機用ガスタービンのディスク、ホイール（本明細書
中では単にタービンディスクと略記する）などの耐熱強
度部材に関するものである。
中では単にタービンディスクと略記する）などの耐熱強
度部材に関するものである。
（従来の技術）
ガスタービンの熱効率の向上、出力の向上化によって燃
焼温度が高くなると共に回転数の増大の要求が高まって
いる。そしてこの要求に応するため材料の耐熱強度と疲
労特性の向上が強く求められている。
焼温度が高くなると共に回転数の増大の要求が高まって
いる。そしてこの要求に応するため材料の耐熱強度と疲
労特性の向上が強く求められている。
ところで、ガスタービンディスクやホイールの場合には
それらの中心部と外縁部で夫々要求される特性が異なっ
てくる。即ち中心部程、高速回転による遠心力が高（な
り、それに耐え得る引張強度と疲労強度が必要とされる
。
それらの中心部と外縁部で夫々要求される特性が異なっ
てくる。即ち中心部程、高速回転による遠心力が高（な
り、それに耐え得る引張強度と疲労強度が必要とされる
。
しかし、温度は逆に中心から遠ざかるに従って高くなり
、外縁部では引張強度や疲労強度よりもクリープ強度が
要求される。これを材料のミクロ組織の点からみると、
中心に近い程、微細組織が、逆に中心から遠ざかるに従
って粗大結晶粒組繊が必要となる。
、外縁部では引張強度や疲労強度よりもクリープ強度が
要求される。これを材料のミクロ組織の点からみると、
中心に近い程、微細組織が、逆に中心から遠ざかるに従
って粗大結晶粒組繊が必要となる。
そこで、かかる各要求に対応し、これに適した特性を付
与すべく、各位置によって特性の異なるディスク（以下
、デュアル・プロパティ・ディスクと呼称する。）を製
造することが試みられた。
与すべく、各位置によって特性の異なるディスク（以下
、デュアル・プロパティ・ディスクと呼称する。）を製
造することが試みられた。
（特願昭６１−１５５１１２号、１８７７０９号）この
方法は中心部と外周部に超塑性鍛造可能で、かつγ′相
の完全溶体化温度を異にする異種合金粉末を使用し、溶
体化温度の高い合金粉末を中心に配して中心部あるいは
外周部の何れか一方を予め熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）あ
るいは押し出しににより固化せしめた後、残りの部分に
他の合金粉末を充填密封して再びＨＩＰ処理あるいは押
し出しにより接合固化せしめ、しかる後、超塑性鍛造し
、更に百合金粉末の溶体化温度間の温度範囲で溶体化熱
処理を行い、結晶粒度を調整することからなる方法であ
る。
方法は中心部と外周部に超塑性鍛造可能で、かつγ′相
の完全溶体化温度を異にする異種合金粉末を使用し、溶
体化温度の高い合金粉末を中心に配して中心部あるいは
外周部の何れか一方を予め熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）あ
るいは押し出しににより固化せしめた後、残りの部分に
他の合金粉末を充填密封して再びＨＩＰ処理あるいは押
し出しにより接合固化せしめ、しかる後、超塑性鍛造し
、更に百合金粉末の溶体化温度間の温度範囲で溶体化熱
処理を行い、結晶粒度を調整することからなる方法であ
る。
（発明が解決しようとする問題点）
ところが、上記の如きデュアル・プロパティ・ディスク
においては製造するにあたり、接合性のよい合金を選定
することと、更に超塑性特性が類似していることも使用
合金の選定にあたって充分考慮しなければならないこと
が判明した。そして、このことが又、デュアル・プロパ
ティ・ディスクの性能面に影響をもつことが分かった。
においては製造するにあたり、接合性のよい合金を選定
することと、更に超塑性特性が類似していることも使用
合金の選定にあたって充分考慮しなければならないこと
が判明した。そして、このことが又、デュアル・プロパ
ティ・ディスクの性能面に影響をもつことが分かった。
かくて、本発明は接合性が良く、かつ超塑性特性が類似
していることに着目して同種の合金粉末の使用を見出し
、その好適な条件を探究することにより強度特性に優れ
たデュアル・プロパティ・ディスクを提供することを目
的とするものである。
していることに着目して同種の合金粉末の使用を見出し
、その好適な条件を探究することにより強度特性に優れ
たデュアル・プロパティ・ディスクを提供することを目
的とするものである。
（問題点を解決するための手段）
即ち、上記目的に適合する本発明の特徴とするところは
上記デュアル・プロパティ・ディスク用粉末として同一
組成のＮｉ基超合金の粉末、それぞれの粒度が異なる粉
末を用いること、特にディスクの中心部に上記合金の微
粉末を、一方、外周部に中心部より粗い粉末を用いて結
晶粒粗大化を容易にし、中心部のＮｉ基合金の結晶粒度
番号が１１以上、外周部のＮｉ基合金の結晶粒度番号が
１０以下からなる点にある。
上記デュアル・プロパティ・ディスク用粉末として同一
組成のＮｉ基超合金の粉末、それぞれの粒度が異なる粉
末を用いること、特にディスクの中心部に上記合金の微
粉末を、一方、外周部に中心部より粗い粉末を用いて結
晶粒粗大化を容易にし、中心部のＮｉ基合金の結晶粒度
番号が１１以上、外周部のＮｉ基合金の結晶粒度番号が
１０以下からなる点にある。
ここで、本発明ディスクに用いるＮｉ基超合金の組成は
例えば下記の如き組成からなる。
例えば下記の如き組成からなる。
元素 ％
ＣＯ９１〜０．０２
Ｃｒ ７．Ｑ〜２０．０Ｃｏ
６ 〜１７．０門ｏ
＜ ３．ＱＷ ＜ ７．５
Ｔａ ＜ ６．０ １ １．０〜５．５ Ｔｉ 、 ｌ、Ｑ〜５．Ｏ
Ｎｂ ＜５．０ｖ＜
１．□ Ｈｆ＜１．Ｏ Ｂ＜０．０５ Ｚｒ ＜０．１ＯＮｉ
Ｂａｌそして、タ
ービンディスク製作に際し、上記合金粉末を中心部、外
周部に応じ粒度を選定し、中心部、外周部の何れか一方
を予めＨＩＰあるいは押し出しにより固化し、残りの部
分に他・の合金粉末を充填して再びＨＩＰあるいは押し
出しにより接合固化させて、その後、超塑性鍛造、次い
で溶体化熱処理を行い結晶粒度を調整し、タービンディ
スクに製作するが、外周部をＨＩＰで成形するときにＨ
ＩＰ温度を調整することにより所定のクリープ特性が得
られるよう結晶粒を粗大化するか、もしくは外周部をＨ
ＩＰ後、中心部をＨＩＰ成形する前に溶体化熱処理する
ことによって結晶粒を大きくしておくことが肝要である
。
６ 〜１７．０門ｏ
＜ ３．ＱＷ ＜ ７．５
Ｔａ ＜ ６．０ １ １．０〜５．５ Ｔｉ 、 ｌ、Ｑ〜５．Ｏ
Ｎｂ ＜５．０ｖ＜
１．□ Ｈｆ＜１．Ｏ Ｂ＜０．０５ Ｚｒ ＜０．１ＯＮｉ
Ｂａｌそして、タ
ービンディスク製作に際し、上記合金粉末を中心部、外
周部に応じ粒度を選定し、中心部、外周部の何れか一方
を予めＨＩＰあるいは押し出しにより固化し、残りの部
分に他・の合金粉末を充填して再びＨＩＰあるいは押し
出しにより接合固化させて、その後、超塑性鍛造、次い
で溶体化熱処理を行い結晶粒度を調整し、タービンディ
スクに製作するが、外周部をＨＩＰで成形するときにＨ
ＩＰ温度を調整することにより所定のクリープ特性が得
られるよう結晶粒を粗大化するか、もしくは外周部をＨ
ＩＰ後、中心部をＨＩＰ成形する前に溶体化熱処理する
ことによって結晶粒を大きくしておくことが肝要である
。
なお、結晶粒度は多結晶材の単位面積又は単位体積当た
りの粒の数で表わした結晶粒大きさの単位であり、一般
にこれを面積測定から求めた粒度番号で表わすようにな
っており、試験方法はＪＩＳのＧ ０５５１ 、 Ｇ
０５５２などに規定されている。
りの粒の数で表わした結晶粒大きさの単位であり、一般
にこれを面積測定から求めた粒度番号で表わすようにな
っており、試験方法はＪＩＳのＧ ０５５１ 、 Ｇ
０５５２などに規定されている。
（作用）
以上のような構成からなる本発明タービンディスクは、
中心部が結晶粒度番号１１以上、外周部が結晶粒度番号
１０以下であるから、中心部、外周部に夫々要求される
特性、即ち外周部は中心部に比較してクリープ特性が重
要であり、中心部は大きな遠心力に耐え得る引張強度と
低サイクル疲労特性が重要であるのに対応して、これら
を満足する好適なデュアル・プロパティ・ディスク、具
体的にはディスク外周部のラブチャー寿命が７６０°Ｃ
Ｘ７０ｋｇ／ＩＩＩＩＩＩ′で６０時間以上、ディスク
中心部の引張強さが室温〜６５０°Ｃで１４０ ｋｇ／
ｙｍ”以上で低サイクル疲労特性にすぐれたタービンデ
ィスクが得られる。
中心部が結晶粒度番号１１以上、外周部が結晶粒度番号
１０以下であるから、中心部、外周部に夫々要求される
特性、即ち外周部は中心部に比較してクリープ特性が重
要であり、中心部は大きな遠心力に耐え得る引張強度と
低サイクル疲労特性が重要であるのに対応して、これら
を満足する好適なデュアル・プロパティ・ディスク、具
体的にはディスク外周部のラブチャー寿命が７６０°Ｃ
Ｘ７０ｋｇ／ＩＩＩＩＩＩ′で６０時間以上、ディスク
中心部の引張強さが室温〜６５０°Ｃで１４０ ｋｇ／
ｙｍ”以上で低サイクル疲労特性にすぐれたタービンデ
ィスクが得られる。
（実施例）
以下に本発明ディスクの効果を確認するため試験を行っ
た状況を説明する。
た状況を説明する。
（ａ） 試験方法
先ず、試験に使用したＮｉ基超合金の組成を下記第１表
に示す。
に示す。
第 １ 表
又、第１図（（） （ｏ） ０１）に各試験の試験片形
状を示す。
状を示す。
（イ）は高温引張試験用、（０）は低サイクル疲労試験
用、（ハ）はストレスラブチャー試験用の試験片であり
、これら各試験片によって、それぞれの部分に要求され
る特性を調査した。
用、（ハ）はストレスラブチャー試験用の試験片であり
、これら各試験片によって、それぞれの部分に要求され
る特性を調査した。
更に第２表は検討を行ったディスクの中心部と外周部に
使用する粉末粒度の組み合わせと、これら組み合わせで
適切なミクロ組織を得るための固化温度と、溶体化温度
を示す。
使用する粉末粒度の組み合わせと、これら組み合わせで
適切なミクロ組織を得るための固化温度と、溶体化温度
を示す。
第 ２ 表
上記の記述を前提とし、以下の工程によって本発明ディ
スクを製作した。
スクを製作した。
第２図（イ）〜（ニ）はその製造工程の概要を示し、先
ず、原料粉末を目的の粒度に分級したのちディスクの外
周部と１０５〜２５０μｍの粉末（３）をカプセル（１
）に充填しく（イ）図参照）１次ＨＩＰを１９０°ＣＸ
１０００ｋｇ ／ ｃ＋ｆｌ Ｘ ２ ｈｒで行った
。このとき中心部にブロック（２）を配し、この固化材
（３）′を機械加工により（Ｅｌ）図の如（リング状に
加工した。そして、このリング部品（３）′をＨＩＰ用
カプセル（４）の中にセットした形のＦ（ＩＰカプセル
を製作した。このカプセルにディスク中心部となる一１
０５μの粉末（５）を再度真空充填したのち密封し、（
（ハ）図参照）２次ｆ（ＩＰを１１７５℃Ｘ １０００
ｋｇ Ｘ ２ ｈｒで行った。
ず、原料粉末を目的の粒度に分級したのちディスクの外
周部と１０５〜２５０μｍの粉末（３）をカプセル（１
）に充填しく（イ）図参照）１次ＨＩＰを１９０°ＣＸ
１０００ｋｇ ／ ｃ＋ｆｌ Ｘ ２ ｈｒで行った
。このとき中心部にブロック（２）を配し、この固化材
（３）′を機械加工により（Ｅｌ）図の如（リング状に
加工した。そして、このリング部品（３）′をＨＩＰ用
カプセル（４）の中にセットした形のＦ（ＩＰカプセル
を製作した。このカプセルにディスク中心部となる一１
０５μの粉末（５）を再度真空充填したのち密封し、（
（ハ）図参照）２次ｆ（ＩＰを１１７５℃Ｘ １０００
ｋｇ Ｘ ２ ｈｒで行った。
その後、溶体化温度１１７５℃Ｘ２ｈｒ保持後、強制ガ
ス空冷によって冷却し、７６０″ＣＸ１６ｈｒの時効処
理を行った。（（ニ）図参照） この後、各位置から前記第１図に示す試験片を採取し、
各種試験を行った。
ス空冷によって冷却し、７６０″ＣＸ１６ｈｒの時効処
理を行った。（（ニ）図参照） この後、各位置から前記第１図に示す試験片を採取し、
各種試験を行った。
引張試験は常温と、６５０″Ｃで、ストレスラブチャー
試験は７６０°ＣＸ７０ｋｇ／ｓ”で、又低サイクル疲
労試験は応力１１００〜１３００ＭＰａ、 温度６５
０°Ｃの条件である。
試験は７６０°ＣＸ７０ｋｇ／ｓ”で、又低サイクル疲
労試験は応力１１００〜１３００ＭＰａ、 温度６５
０°Ｃの条件である。
β）試験結果
以上の試、験にもとづいて得た試験結果を下記に順次示
す、第３表は引張試験結果である。・上記第３表より引
張試験結果、中心部の引張強度として十分な強度が得ら
れているとこが分かる。
す、第３表は引張試験結果である。・上記第３表より引
張試験結果、中心部の引張強度として十分な強度が得ら
れているとこが分かる。
又、第４表にストレスラブチャー試験結果を示す。同表
より外周部の方が中心部より高寿命になっている。
より外周部の方が中心部より高寿命になっている。
この差は各々の部分による結晶粒度の差にもとづくもの
で、結晶粒の大きい外周部が高寿命である。
で、結晶粒の大きい外周部が高寿命である。
第 ４ 表 ストレスラブチャー寿命次に低サイクル
疲労試験結果を第５表に示す。
疲労試験結果を第５表に示す。
この表より疲労寿命は外周部に比べ中心部の方が良くな
っている。これは結晶粒度が中心部が細かく、外周部が
粗（なっているためである。
っている。これは結晶粒度が中心部が細かく、外周部が
粗（なっているためである。
（以下、余白）
第 ５ 表 低サイクル疲労試験結果以上の各試験
結果を総合し、本発明において結晶粒度の異なる同種材
を組み合わせることによりタービンディスクに要求され
る特性を十分満足することが可能であることが首肯され
る。
結果を総合し、本発明において結晶粒度の異なる同種材
を組み合わせることによりタービンディスクに要求され
る特性を十分満足することが可能であることが首肯され
る。
（発明の効果）
以上のように本発明タービンディスクは、中心部と外周
部に粉末粒度の異なる同一組成の粉末を使用したもので
あり、前記試験結果からも明らかなようにデュアル・プ
ロパティ・ディスクの製作に際し極めて有効で、中心部
と外周部の接合性の向上はもとより、タービンディスク
の中心部、外周部の各特性に適した強度を保持させるこ
とができ、ガスタービンの熱効率の向上、出力の増大に
今後の実用化が太き（期待されるところである。
部に粉末粒度の異なる同一組成の粉末を使用したもので
あり、前記試験結果からも明らかなようにデュアル・プ
ロパティ・ディスクの製作に際し極めて有効で、中心部
と外周部の接合性の向上はもとより、タービンディスク
の中心部、外周部の各特性に適した強度を保持させるこ
とができ、ガスタービンの熱効率の向上、出力の増大に
今後の実用化が太き（期待されるところである。
第１図（（） （０） （ハ）は実施例における各試験
に用いた試験片を示し、（イ）は常、高引張試験片＋
（ｏ）は低サイクル疲労試験片、（ハ）はストレスラブ
チャー試験片であり、第２図（イ）〜（ニ）は本発明デ
ィスクの製作工程を示す概要図である。 （１）・・・カプセル、（２）・・・ブロック。 （３）・・・外周部粉末、（４）・・・カプセル。 （５）・・・中心部粉末。 第を図 （イ） （ハ）
に用いた試験片を示し、（イ）は常、高引張試験片＋
（ｏ）は低サイクル疲労試験片、（ハ）はストレスラブ
チャー試験片であり、第２図（イ）〜（ニ）は本発明デ
ィスクの製作工程を示す概要図である。 （１）・・・カプセル、（２）・・・ブロック。 （３）・・・外周部粉末、（４）・・・カプセル。 （５）・・・中心部粉末。 第を図 （イ） （ハ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、Ｎｉ基超合金同種粉末より成形され、中心部のＮｉ
基合金の結晶粒度番号が１１以上、外周部のＮｉ基合金
の結晶粒度番号が１０以下からなることを特徴とする結
晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスク。 ２、Ｎｉ基超合金の組成が下記組成である特許請求の範
囲第１項記載の結晶粒度の異なる同種合金からなるター
ビンディスク。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32508487A JPH01165741A (ja) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | 結晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32508487A JPH01165741A (ja) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | 結晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01165741A true JPH01165741A (ja) | 1989-06-29 |
Family
ID=18172964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32508487A Pending JPH01165741A (ja) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | 結晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01165741A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0841567A (ja) * | 1994-05-03 | 1996-02-13 | Cannon Muskegon Corp | 高温腐食抵抗性の単結晶ニッケル系スーパーアロイ |
| WO2005073515A1 (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | ディスク材 |
| JP2006328535A (ja) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Snecma Service | 超合金粉末 |
| US20070227630A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Snecma | Nickel-based alloy |
| JP2011174123A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Hitachi Ltd | ニッケル基合金及びそれを用いたランド用ガスタービン部品 |
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| JP2013531739A (ja) * | 2010-07-09 | 2013-08-08 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ニッケル基合金、その加工、及びそれから形成した構成部品 |
| CN104404308A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-11 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种具有高拉伸强度的镍基粉末高温合金 |
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