JPH0248514B2 - - Google Patents
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- JPH0248514B2 JPH0248514B2 JP60052851A JP5285185A JPH0248514B2 JP H0248514 B2 JPH0248514 B2 JP H0248514B2 JP 60052851 A JP60052851 A JP 60052851A JP 5285185 A JP5285185 A JP 5285185A JP H0248514 B2 JPH0248514 B2 JP H0248514B2
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- metal shaft
- turbine rotor
- heat
- ceramic
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- C21D9/28—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for plain shafts
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- F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
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Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、翼車部に耐熱性、軸承摺動部に高強
度耐摩耗性が要求されるターボチヤージヤーのロ
ーターとして好適に利用される。
度耐摩耗性が要求されるターボチヤージヤーのロ
ーターとして好適に利用される。
「従来の技術」
セラミツクスは金属と比べて軽量であり、耐熱
性に優れていることから、これで翼車部を構成
し、強靭性が必要とされる軸部には金属を適用し
て、該セラミツクス製翼車のハブ部背面と該金属
軸の一端とで両者をろう付け、焼嵌め等の方法で
高温接合してなるタービンローターの構造は多種
提案されている。
性に優れていることから、これで翼車部を構成
し、強靭性が必要とされる軸部には金属を適用し
て、該セラミツクス製翼車のハブ部背面と該金属
軸の一端とで両者をろう付け、焼嵌め等の方法で
高温接合してなるタービンローターの構造は多種
提案されている。
「発明が解決しようとする問題点」
ところが高温接合の場合、接合後に金属軸がな
まるため、そのままでは金属軸が耐摩耗性を具備
しておらず、使用時に軸承摺動部が摩耗するおそ
れがある。そこで通常、接合後に更に金属軸を熱
処理して硬化させることを要するが、その温度が
あまりに高いと熱処理後の熱歪による内部応力で
セラミツクスにクラツクが発生し油焼入れや水焼
入れのように急冷処理の場合はこの現象が顕著で
あるためにセラミツク破壊に至る問題点があり、
他方熱処理温度を低くすると軸承摺動部に対して
充分な硬度HRC40以上を期待することができない
という問題点があつた。また、金属とセラミツク
スでは熱膨張係数が大きく異なることから、接合
部において熱膨張差に基づく応力歪が残留し、接
合部の耐久性を低下させていることも問題であ
る。
まるため、そのままでは金属軸が耐摩耗性を具備
しておらず、使用時に軸承摺動部が摩耗するおそ
れがある。そこで通常、接合後に更に金属軸を熱
処理して硬化させることを要するが、その温度が
あまりに高いと熱処理後の熱歪による内部応力で
セラミツクスにクラツクが発生し油焼入れや水焼
入れのように急冷処理の場合はこの現象が顕著で
あるためにセラミツク破壊に至る問題点があり、
他方熱処理温度を低くすると軸承摺動部に対して
充分な硬度HRC40以上を期待することができない
という問題点があつた。また、金属とセラミツク
スでは熱膨張係数が大きく異なることから、接合
部において熱膨張差に基づく応力歪が残留し、接
合部の耐久性を低下させていることも問題であ
る。
本発明は、セラミツクス製翼車と金属軸との接
合温度が高温であることと、マルテンサイト系耐
熱鋼及びマルテンサイト系ステンレス鋼が焼入れ
の際の冷却過程においてマルテンサイト変態を生
じて0.5％程度膨張することと、各種のマルテン
サイト系耐熱鋼及びマルテンサイト系ステンレス
鋼のなかで、冷却雰囲気が気体又は真空であつて
も焼きが入り得る金属が存在することとに着目し
てなされたもので、上記従来技術の問題点を解決
し、高硬度金属軸とセラミツク製翼車とが強固に
接合したタービンローターを提供することを目的
とする。
合温度が高温であることと、マルテンサイト系耐
熱鋼及びマルテンサイト系ステンレス鋼が焼入れ
の際の冷却過程においてマルテンサイト変態を生
じて0.5％程度膨張することと、各種のマルテン
サイト系耐熱鋼及びマルテンサイト系ステンレス
鋼のなかで、冷却雰囲気が気体又は真空であつて
も焼きが入り得る金属が存在することとに着目し
てなされたもので、上記従来技術の問題点を解決
し、高硬度金属軸とセラミツク製翼車とが強固に
接合したタービンローターを提供することを目的
とする。
なお、本発明は、本出願人が昭和60年２月18日
付で特許出願した発明「金属とセラミツクとの接
合体」を応用したものである。
付で特許出願した発明「金属とセラミツクとの接
合体」を応用したものである。
「問題点を解決するための手段」
セラミツク製翼車と、他端がネジ加工が施され
ている金属軸とでなるセラミツク製タービンロー
ターにおいて、金属軸が加熱接合と同時に空冷で
焼きが入り得るマルテンサイト系耐熱鋼又はマル
テンサイト系ステンレス鋼よりなり、かかる金属
軸を加熱接合と同時に焼入れし、その後ネジ加工
部を焼戻し処理し他部は焼きの入つた状態のター
ビンローター並びにセラミツク製翼車と、他端が
ネジ加工が施されている金属軸とでなるセラミツ
ク製タービンローターにおいて、金属軸が加熱接
合と同時に空冷で焼きが入り得るマルテンサイト
系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼より
なり、ネジ加工部が焼きの入れず、他部を焼きの
入る様に加熱接合したタービンローターである。
ここで加熱接合とはろう付け、焼嵌め等金属の少
なくとも接合端部を800℃以上の高温に加熱した
状態で接合するすべての方法をいう。
ている金属軸とでなるセラミツク製タービンロー
ターにおいて、金属軸が加熱接合と同時に空冷で
焼きが入り得るマルテンサイト系耐熱鋼又はマル
テンサイト系ステンレス鋼よりなり、かかる金属
軸を加熱接合と同時に焼入れし、その後ネジ加工
部を焼戻し処理し他部は焼きの入つた状態のター
ビンローター並びにセラミツク製翼車と、他端が
ネジ加工が施されている金属軸とでなるセラミツ
ク製タービンローターにおいて、金属軸が加熱接
合と同時に空冷で焼きが入り得るマルテンサイト
系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼より
なり、ネジ加工部が焼きの入れず、他部を焼きの
入る様に加熱接合したタービンローターである。
ここで加熱接合とはろう付け、焼嵌め等金属の少
なくとも接合端部を800℃以上の高温に加熱した
状態で接合するすべての方法をいう。
「作用」
接合温度が焼入れ温度（700〜1100℃）と同等
か又はそれ以上であり、接合される金属として焼
入れの際の冷却雰囲気が気体又は真空であつても
焼きが入り得るものを適用していることから、接
合時の加熱冷却過程により同時に金属軸が焼入れ
温度以上に加熱され、次いで冷却されて硬化され
る。而してその金属がマルテンサイト系耐熱鋼又
はマルテンサイト系ステンレス鋼であることか
ら、冷却過程においてマルテンサイト変態を生じ
て0.5％程度膨張するためセラミツクスとの熱膨
張差に起因する接合部の応力歪を緩和する。而し
て接合された金属軸の非接合端部のみ局部加熱を
して焼戻すか又は焼入れしないことにより、コン
プレツサホイールを固定するためのネジ部の加工
が容易となる。タービンローターの軸はヒートソ
ークバツク時にかなりの高温になるので、使用中
に軸承摺動部が焼戻されて軟化するのを防止する
ため、そのような高温使用が予想される場合は上
記金属の中でも焼戻し温度が500℃以上である材
質を選択するのが望ましい。
か又はそれ以上であり、接合される金属として焼
入れの際の冷却雰囲気が気体又は真空であつても
焼きが入り得るものを適用していることから、接
合時の加熱冷却過程により同時に金属軸が焼入れ
温度以上に加熱され、次いで冷却されて硬化され
る。而してその金属がマルテンサイト系耐熱鋼又
はマルテンサイト系ステンレス鋼であることか
ら、冷却過程においてマルテンサイト変態を生じ
て0.5％程度膨張するためセラミツクスとの熱膨
張差に起因する接合部の応力歪を緩和する。而し
て接合された金属軸の非接合端部のみ局部加熱を
して焼戻すか又は焼入れしないことにより、コン
プレツサホイールを固定するためのネジ部の加工
が容易となる。タービンローターの軸はヒートソ
ークバツク時にかなりの高温になるので、使用中
に軸承摺動部が焼戻されて軟化するのを防止する
ため、そのような高温使用が予想される場合は上
記金属の中でも焼戻し温度が500℃以上である材
質を選択するのが望ましい。
かかる作用を生じる金属としてはMo、Ｗ及び
Ｖのうちから選ばれる少なくとも一種を0.02〜３
重量％含有するSUH616鋼、SUS600鋼等のマル
テンサイト系耐熱鋼及び比較的炭素量の多い
SUS440、AISI618等のマルテンサイト系ステン
レス鋼が挙げられ、これらは特に接合後の硬度が
HRCで40以上となるうえ、焼戻し温度が500℃以
上であるから好適であるが、本発明はこれに限定
されることなく、接合時の雰囲気の制御可能な温
度特性範囲を予備的に測定しておき、その温度特
性範囲内で焼きが入り得るすべてのマルテンサイ
ト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼を
適用できる。
Ｖのうちから選ばれる少なくとも一種を0.02〜３
重量％含有するSUH616鋼、SUS600鋼等のマル
テンサイト系耐熱鋼及び比較的炭素量の多い
SUS440、AISI618等のマルテンサイト系ステン
レス鋼が挙げられ、これらは特に接合後の硬度が
HRCで40以上となるうえ、焼戻し温度が500℃以
上であるから好適であるが、本発明はこれに限定
されることなく、接合時の雰囲気の制御可能な温
度特性範囲を予備的に測定しておき、その温度特
性範囲内で焼きが入り得るすべてのマルテンサイ
ト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼を
適用できる。
「実施例」
実施例 １
第１図は、本発明タービンローターの一実施例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１１は熱膨張係数3.0×10-6／℃の窒化ケイ素
焼結体よりなるセラミツク製翼車を示し、コンプ
レツサホイール（図示省略）と連なる金属軸を接
合するための翼車軸１１ａがハブ部背面に翼車部
と一体的に突設されている。１２はセラミツク製
翼車１１と該コンプレツサホイールとを連動させ
るSUH616よりなる金属軸を示し、翼車側端部が
シールリング溝１２ａより更に翼車側に位置する
ところまで延びており、他端にはコンプレツサホ
イールをネジ止めするネジ部１２ｂが形成されて
いる。１３はセラミツク製翼車１１と金属軸１２
を接合するNi−Tiろうである。かかるタービン
ローターはセラミツク製翼車１１の翼車軸１１ａ
端面にNi−Tiろう１３を用いて10-6Torr真空中
温度1020℃で金属軸１２を接合した後、毎分60℃
で常温まで降温し、次いで金属軸１２の非接合端
部のみをバーナーで600℃に加熱して焼戻しを行
い、焼戻し部分を旋盤でネジ切りし、他の部分を
仕上げ加工し、バランス修正することによつて製
造された。金属軸１２の硬度を測定した処、焼戻
しを行つていない部分がHRC52、焼戻しを行つた
部分がHRCで32であつた。このタービンローター
をターボチヤージヤーに組み込み、10万r.p.mで
500時間の耐久テストを行つた処、軸承摺動部の
摩耗は1μｍ以下であつた。また、セラミツクス
製翼車１１と金属軸１２の接合部の引張強度は20
Kg／mm2であつつた。
焼結体よりなるセラミツク製翼車を示し、コンプ
レツサホイール（図示省略）と連なる金属軸を接
合するための翼車軸１１ａがハブ部背面に翼車部
と一体的に突設されている。１２はセラミツク製
翼車１１と該コンプレツサホイールとを連動させ
るSUH616よりなる金属軸を示し、翼車側端部が
シールリング溝１２ａより更に翼車側に位置する
ところまで延びており、他端にはコンプレツサホ
イールをネジ止めするネジ部１２ｂが形成されて
いる。１３はセラミツク製翼車１１と金属軸１２
を接合するNi−Tiろうである。かかるタービン
ローターはセラミツク製翼車１１の翼車軸１１ａ
端面にNi−Tiろう１３を用いて10-6Torr真空中
温度1020℃で金属軸１２を接合した後、毎分60℃
で常温まで降温し、次いで金属軸１２の非接合端
部のみをバーナーで600℃に加熱して焼戻しを行
い、焼戻し部分を旋盤でネジ切りし、他の部分を
仕上げ加工し、バランス修正することによつて製
造された。金属軸１２の硬度を測定した処、焼戻
しを行つていない部分がHRC52、焼戻しを行つた
部分がHRCで32であつた。このタービンローター
をターボチヤージヤーに組み込み、10万r.p.mで
500時間の耐久テストを行つた処、軸承摺動部の
摩耗は1μｍ以下であつた。また、セラミツクス
製翼車１１と金属軸１２の接合部の引張強度は20
Kg／mm2であつつた。
実施例 ２
第２図は、本発明タービンローターの他の実施
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
２１は熱膨張係数3.0×10-6／℃の窒素ケイ素
焼結体よりなるセラミツクス製翼車を示し、コン
プレツサホイール（図示省略）と連なる金属軸を
接合するための翼車軸２１ａがハブ部背面に翼車
部と一体的に突設されている。２２はSUH600よ
りなる金属軸を示し、翼車側端部２２ａが凹設さ
れて、この凹部に翼車軸２１ａを焼嵌めて接合さ
れ、他端にコンプレツサホイールをネジ止めする
ネジ部２２ｂが形成されている。かかるタービン
ローターはセラミツク製翼車２１と金属軸２２を
1100℃まで加熱し、嵌め代90μｍで焼嵌めた後、
毎分65℃で常温まで降温し、次いで金属軸２２の
非接合端部のみをバーナーで600℃に加熱して焼
戻しを行い、焼戻し部分を旋盤でネジ切りし、他
の部分を仕上げ加工し、バランス修正することに
よつて製造された。金属軸２２の硬度を測定した
処、焼戻しを行つていない部分がHRCで47、焼戻
しを行つた部分がHRCで29であつた。このタービ
ンローターをターボチヤージヤーに組み込み800
秒Go−300秒Stopのサイクルを1000回繰り返した
が、軸承摺動部の摩耗はなく、嵌合部近傍のセラ
ミツクスの破損もなかつた。
焼結体よりなるセラミツクス製翼車を示し、コン
プレツサホイール（図示省略）と連なる金属軸を
接合するための翼車軸２１ａがハブ部背面に翼車
部と一体的に突設されている。２２はSUH600よ
りなる金属軸を示し、翼車側端部２２ａが凹設さ
れて、この凹部に翼車軸２１ａを焼嵌めて接合さ
れ、他端にコンプレツサホイールをネジ止めする
ネジ部２２ｂが形成されている。かかるタービン
ローターはセラミツク製翼車２１と金属軸２２を
1100℃まで加熱し、嵌め代90μｍで焼嵌めた後、
毎分65℃で常温まで降温し、次いで金属軸２２の
非接合端部のみをバーナーで600℃に加熱して焼
戻しを行い、焼戻し部分を旋盤でネジ切りし、他
の部分を仕上げ加工し、バランス修正することに
よつて製造された。金属軸２２の硬度を測定した
処、焼戻しを行つていない部分がHRCで47、焼戻
しを行つた部分がHRCで29であつた。このタービ
ンローターをターボチヤージヤーに組み込み800
秒Go−300秒Stopのサイクルを1000回繰り返した
が、軸承摺動部の摩耗はなく、嵌合部近傍のセラ
ミツクスの破損もなかつた。
実施例 ３
第１図のタービンローターを製造する方法にお
いて、接合雰囲気がAr中であることと、接合後
降温時に金属軸１２の非接合端部にのみ熱風を当
てながら焼入れされないように常温まで降温した
ことと、焼戻しをせずに該非接合端部をネジ切り
したことを除く他は実施例１と同一条件でタービ
ンローターを製造した処、ネジ加工部の硬度は
HRCで39であつた。
いて、接合雰囲気がAr中であることと、接合後
降温時に金属軸１２の非接合端部にのみ熱風を当
てながら焼入れされないように常温まで降温した
ことと、焼戻しをせずに該非接合端部をネジ切り
したことを除く他は実施例１と同一条件でタービ
ンローターを製造した処、ネジ加工部の硬度は
HRCで39であつた。
実施例 ４
第３図は、本発明タービンローターの更に他の
実施例を示す断面図である。
実施例を示す断面図である。
３１はセラミツク製翼車を示し、翼車軸が軸承
摺動部まで延長されて翼車部と一体的に突設され
ている。３２は金属軸を示し、一端がNi−Tiろ
う３３にてセラミツクス製翼車と接合し、他端に
ネジ部３２ｂが形成されている。
摺動部まで延長されて翼車部と一体的に突設され
ている。３２は金属軸を示し、一端がNi−Tiろ
う３３にてセラミツクス製翼車と接合し、他端に
ネジ部３２ｂが形成されている。
「発明の効果」
金属軸の軸承摺動部の耐摩耗性に優れ且つ金属
軸とセラミツクス製翼車とが強固に接合した複合
タービンローターを提供することができる。接合
と硬化を同時に行うことができるので工数が向上
する。
軸とセラミツクス製翼車とが強固に接合した複合
タービンローターを提供することができる。接合
と硬化を同時に行うことができるので工数が向上
する。
第１図、第２図及び第３図は本発明タービンロ
ーターの実施例を示す断面図である。 １１，２１，３１…セラミツクス製翼車、１
２，２２，３２…金属軸、１２ｂ，２２ｂ，３２
ｂ…ネジ部。
ーターの実施例を示す断面図である。 １１，２１，３１…セラミツクス製翼車、１
２，２２，３２…金属軸、１２ｂ，２２ｂ，３２
ｂ…ネジ部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツク製翼車と、他端がネジ加工が施さ
れている金属軸とでなるセラミツク製タービンロ
ーターにおいて、金属軸が加熱接合と同時に空冷
で焼きが入り得るマルテンサイト系耐熱鋼又はマ
ルテンサイト系ステンレス鋼よりなり、かかる金
属軸を加熱接合と同時に焼入れし、その後ネジ加
工部を焼戻し処理し他部は焼きの入つた状態のタ
ービンローター。 ２ 加熱接合がろう付け又は焼嵌めである特許請
求の範囲第１項記載のタービンローター。 ３ セラミツク製翼車と、他端がネジ加工が施さ
れている金属軸とでなるセラミツク製タービンロ
ーターにおいて、金属軸が加熱接合と同時に空冷
で焼きが入り得るマルテンサイト系耐熱鋼又はマ
ルテンサイト系ステンレス鋼よりなり、ネジ加工
部が焼きの入れず、他部を焼きの入る様に加熱接
合したタービンローター。 ４ 加熱接合がろう付け又は焼嵌めである特許請
求の範囲第３項記載のタービンローター。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60052851A JPS61215270A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | タ−ビンロ−ター |
| US06/839,664 US4778345A (en) | 1985-03-15 | 1986-03-14 | Turbine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60052851A JPS61215270A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | タ−ビンロ−ター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61215270A JPS61215270A (ja) | 1986-09-25 |
| JPH0248514B2 true JPH0248514B2 (ja) | 1990-10-25 |
Family
ID=12926350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60052851A Granted JPS61215270A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | タ−ビンロ−ター |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4778345A (ja) |
| JP (1) | JPS61215270A (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1985
- 1985-03-15 JP JP60052851A patent/JPS61215270A/ja active Granted
-
1986
- 1986-03-14 US US06/839,664 patent/US4778345A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61215270A (ja) | 1986-09-25 |
| US4778345A (en) | 1988-10-18 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |