JPH03174986A - デュアル合金タービンディスクの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多電合金部材の製造方法、より具体的にはガス
タービンエンジン用のデュアル合金ディスクの製造方法
に関する。

発明の背景 ガスタービンエンジンのタービンブレードを支えるディ
スクは高置環境中を高速で回転する。最新型のガスター
ビンエンジンでは、僧大したエンジン効率とエンジン性
能のため、常により高い温度での作動か要求される。こ
れらのエンジンのディスクの外周部すなわちリム部の温
度は１５００’Ｆ以上に達し得るが、内部すなわちハブ
部の温度は通常それより低く、たとえば１０００°Ｆ程
度である。ディスクの別個の部分がさらされるさまざま
な作動条件および温度のため、これらの部分ては機械的
性質のいろいろ異なる組合せが要求される。高温のリム
部は０５間依存性の、すなわち保持心間疲れ亀裂成長耐
性およびクリープ耐性をもっていなければならないし、
一方、高い応力のかかるハブ部は比較的中程度の温度に
おける高い破裂強さおよび疲れ亀裂成長耐性をもってい
なければならない。またハブ部は、長い部品寿命を保証
するために低サイクル疲れに対する高い抵抗性ももって
いなければならない。

ディスクの別個の部分の機械的性質に関するこのように
異なる要件およびタービンディスクの半径方向に沿って
みられる急激な温度勾配のため、最新式設計のエンジン
に使用されるタイプのタービンディスクのハブ部とリム
部の双方の要求を単一の合金で満足させることは不可能
ではないにしても困難である。たとえば、鍛造ニッケル
基合金の多くは秀れた開帳特性と低サイクル疲れ特性を
もっているがクリープ破断強さまたは保持時間疲れ亀裂
成長耐性は大幅に制約され、他のニッケル越合金は優れ
たクリープ破断強さをもっているか引張特性と疲れ特性
は劣っている。

効率とパワーがより大きくなったこれらの最新型エンジ
ンで要求される高い作動温度要件を満足するひとつの解
決策は、使用する合金が冶金学的に安定であって所望の
高い温度で損傷を受は難い場介、応力レベルを下げるた
めにディスクの型温を増やすことである。この方法は、
系のｊＴ！量が望ましくない糧に用人して、上昇したパ
ワーと効率の自゛利な効果を打泪してしまうので、航空
機にとっては不満である。

別の解決策は、望まれる特性に応じてディスクの異なる
部分に異なる合金が使用されているデュアル合金ディス
クを利用することである。このディスクは、一体となっ
た物品を形成するために異なる合金か亙いに接合される
接合領域をもっている。デュアル合金ディスクを製造す
るために数多くの方法がＩに案され評価されて来ている
。本明細書で使用する接合（部）という用語は、つなが
れる部月かボルトやリベットなどのような機械的手段に
よって接触状態に保持される機械的接合とは違って、拡
散鑞付または拡散溶接の場合のようにつながれる部材が
それらの金属または第三の金属の溶融により（一体とし
て）−緒に保持される冶金学的な接合（部）を指す。接
合（部）およびそれに近接する変化した金属の領域を接
合領域といつ。

融接もひとつの解決策として示唆されてはいるが、ディ
スクに使用するようなニッケル基超合金を所要の形状・
配置で溶接するのは困難である。

考えられる代替法としてイナーシャ溶接がある。

しかし、非常に異なる合金の場合、加熱されたシンで不
均一な流れ、接合部の不適当な清浄化、および１ＪＪＩ
ｔＪＩ融解が起こる可能性がある。またこの方法では、
大きな装置と特別な工具類も必要になる。

異なる合金から作製された部品を接合するための別の技
術は、ニッケル姑合金に適用されるような拡散接合によ
るものである。しかし、この方法は、現在のところ、デ
ュアル合金ディスクを製造するのに充分な信頼性がある
とは考えられていない。

さらに別の方法はパイキャスティングといわれており、
物品の一部分（たとえば鍛錬または鍛造したハブ）に女
−Ｉして直接側の部分（たとえばリム）を注型（鋳造）
するものである。この方法で得られるのは望ましくない
機械的接合であって冶金学的な接合とは区別される。さ
らに、物品の一部分を鋳造しなければならないという事
実が意味することは、少なくともその部分には異質物、
収縮、介７［物および多孔質巣など、鋳造に伴う潜在的
な固何の欠陥のすべてが存在し得るということである。

そのような欠陥が存在することは高速で回転する部品に
とって許容されることではない。

さらに別の製造技術は熱量計／に圧ブレスである。

この技術は、ディスクのひとつの部分（たとえばハブ）
に使用される粉末を圧密化するのに使用でき、またそれ
を他の部分に接合するのにも使用できる。粉末の軌間静
水圧ブレスの一変型では、２つの鍛錬された部材を熱間
静水圧ブレスで互いに溶接する。この技術では、接合領
域の露出された側部のまわりに気密なエンクロージャ（
たとえば別の；ｈ、溶接部または鑞付部）が必要になる
。この熱間静水圧ブレス法の別の変型では、環状リング
の粉末をふたつの鍛錬部材の間で熱間静水圧ブレスする
。しかし、熱間静水圧ブレスの欠点は、熱間静水圧ブレ
スの前から接合部に存在していた不純物はすべてそこに
残存するということである。

コアが１秤の合金からなり、また外側の部分が別の合金
からなり共押出および等温鍛造によって作製されるビレ
ットは、従来から比較的大きな困難もなく製造されてい
る。しかし、合金間の界面の正確な位置決めと形状を制
御するために鍛造法を発展させるにはさらに多くの研究
が必要である。

異種の合金をいろいろな組合せで溶接するには従来から
爆発溶接が利用されている。この方法は、ひとつの合金
の表面−Ｌに他の合金を被覆するのにｑ用であることか
分かっている。しかしながら、デュアル合金ディスクの
接合領域の形状はハブをリムに接合するための爆発エネ
ルギーを導入するのに適していないため、このような方
法をデュアル合金ディスクの接合に使用することは現状
のところ不−Ｊ能である。

別のアプローチは、異なる部分が違った性質を有する１
ｌｌ−合金ディスクを作製することである。

そのようなタービンディスクの製造方法の概略は、１９
８６年８ＪＪ２６日に発行された米国特許第４゜６０８
．０９４号に述べられている。このディスクは、いろい
ろな機械的性質を得るために異なる領域で異なる加圧を
しである単一の合金から作製される。しかし、そのよう
なディスクは使用する単一合金の制約を受ける。あるい
は、単一合金ディスクが、異なる温度での熱処理、また
は同一の忍疫で異なる時間の熱処理にかけである異なる
部分をもっていることがある。そのような差動的な熱処
理をすると、異なる部分で異なる機械的性質を有するデ
ィスクが生成する。しかし、それでもこのディスクはす
でに述べたように使用する！ｌｌ−合金の制約を受ける
。

１９７６年２ＪＪ２４日に発行された米国特二′「第３
．９４０，２６８号はタービンディスク／ブレードアセ
ンブリに関するひとつの解決策を提供しており、金型内
に置かれた放射状に外へ向かう複数の翼部材に連結され
、熱間静水圧法によるディスクエレメントの形成の間に
冶金学的に接合された粉末金属制料のディスクを開示し
ている。この米ＩＬ４特許第３，９４０，２６８号に記
載された方法によっているいろな材料のディスクにブレ
ードを接合することができるが、そのような方法で形成
されるハイブリッドすなわち腹合のタービンロータ（１
υ込体では隣接する翼部材間の精密な寸法コントロール
ができない。そのようなコントロールは、ディスクに連
結された翼部材の隣接通路内を通る所望のガス流を維持
するために必要である。

さらにまた、この角ゼ決策は、ディスクにブレードを接
合する問題に対処するものであって、ハブをリムに接合
してディスクを形成する問題に関するものではない。

ディスクのリム部を↑１１い結晶粒子で形成し、ディス
クの中心部を細かい結晶粒子で形成するという概念は、
米国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）の「デュアル合金ディスク
に関する材料とプロセス技術の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍ
ｅｎｔ　ｏｆ’　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ　Ｔｃｃｈｎ。

１ｏｇｙ　ｒｏｒ　Ｄｕａｌ　Ａ１１ｏｙ　Ｄｉｓｋｓ
）Ｊと題するレポート第ＣＲ−１６５２２４号に開示さ
れている。このレポートの示しているところによると、
ディスクのリム部は粉末金属の熱間静水圧ブレスによっ
て粉末金属から形成される。その後そのディスクのハブ
部が金属粉末で充填され、容器中に封入される。次に、
こうして封入したリム部と粉末金属を熱間静水１ｆブレ
ス操作にかけてデュアル合金タービンディスクを生成す
る。

発明の目的 本発明のひとつの目的は、２捕以七の合金から構成され
ており、各々の合金か、実質的に欠陥をもたず弱い方の
合金と少なくとも同じ強度を有する少なくともひとつの
接合領域を介して別の合金に接合されて一体となった金
属製物品を作製するための新規で改良された方法を提供
することである。

本発明のもうひとつ別の目的は、異なる合金から構成さ
れる一体型の金属製物品であって、物品のひとつの部分
の特性がその物品の他の部分でみられる特性とは違って
いる物品を作製するための新規で改良された方法を提供
することである。

また、本発明の別の目的は、別個のハブとリムを接合し
て１１１−の一体型タービンディスクにするための新規
で改良された方法を提供することであり、このハブ部は
、タービンディスクの長い寿命を保証するために、高度
に合金化されて強度と低サイクル疲れ亀裂伝播に対する
抵抗性とが最大になっている強靭な材料からなっており
、リム部は、耐クリープ性と高温保持時間疲れ珀裂成長
＋ＴｊＪ性とを１テ９進する組成とミクロ組織をもった
月料からなっている。

本発明のさらに別の目的は、ディスクの各部分力’　Ａ
＆適の特性を有しており、かつそれらの間に、欠陥をも
っているｒｉＪ能性があるヰ４料を実質的に含まない接
合領域を有しているデュアル合金タービンディスクを作
製するための新規で改良された方法を（に供することで
ある。

さらにまた、本発明の別の目的は、ハブ部が最適な引張
特性と疲れ特性を有し、かつリム部が最適な耐クリープ
性と保持時間疲れ亀裂成長耐性を有するガスタービンエ
ンジンディスクを製造するための新規で改良された方法
を提供することである。

発明の概要 本発明に従って、異なる組成および／または異なる磯城
的什質を有する金属からなる別々の部品を固相接合プロ
セスによって接合して、それらの金属部品の間に尖質的
に欠陥を含まない冶金学的接合部を０°する１ｌｉ−の
一体型金属製物品を製造するための新規なノブ法が開示
される。

特定的に述べると、ある金属から作製される独３′Ｌシ
た一個の金属部品は第一の正確に予備成形された境界に
当たる表面（すなわち、境界面）をもっている。ある金
属から作製され、前記第一の部品の第一の予備成形され
た境界面とほぼ合致する正確に予備成形された境界面を
有する別の独立した第二の部品を、第一の部品に対して
、それらの合致する境界面が１Ｌいに対向するように配
置する。

これらの部品の予備成形境界面と合致する予備成形境界
面をもったさらに別の金属部品を追加して使用してもよ
い。たとえば、第一の部品上にある第二の予備成形面に
ほぼ合致する正確に予備成形された表面を有する別の第
三の部品を第一の部品の第二の予価成形面に対して配置
してもよい。対向する予価成形面は、たとえば、等温鍛
逍プロセスで使用されるダイに似たクローズドダイの中
に部品を入れたとき、お互いに境界を接する。

はぼ合致する対向面を有する隣合う部品に対してダイを
介して圧縮力を加える前に、これら部品をそれらの塑性
（好ましくは超塑性）嚢形に必要とされる最低の温度ま
で加熱する。この加熱は、部品をダイ内部に入れる前で
も後でも実施できるが、圧縮力を加える前に行なう。少
なくとも圧縮力を加えている間はこの最低の温度を維持
する。

またダイも、接合されることになる部品と同じ温度に加
軌するのが好ましい。

本発明によると、ダイは、所期の接合区画に近′接して
位置していて少なくとも予定した接合部の全長に亘って
伸延する所定サイズのキャビティーを少なくとも１個含
んでいる。隣接する部品は異なる金属から作製されるこ
とがあるので異なる流れ応力が生じるであろう。したが
って、所定の位置にあるダイキャビティーが、接合領域
から追出されてくる祠料を確実に受容するためには、予
備成形される表面の寸法制御が必要である。

ダイを介して部品に圧縮力を加えると対向する表面は互
いに対して圧接させられる。加えた圧縮力のかなりの部
分は部品間の接触領域に向かう。

この加える圧縮力の大きさは、互いに圧接された境界面
の相対運動をまず生起せしめるように選択する。これら
の接触している表面が互いに対して移動するにつれて、
この表面ｆ６域内の金属の局所的変形か肱範囲に亘って
生じる。この圧縮力を加え絖けると、相対運動が継続さ
れると共に、境界面を構成することになる金属の局所的
変形が継続される。この相対運動が続いているうちに、
材料かダイキャビティー中へ流れ始め、そのダイキャビ
ティーが一杯になるまで続く。圧縮力は境界面がぴった
り合致するまで維持される。その時点で対向する表面間
の接合が形成され、ダイキャビティーが満たされるのと
共に存続する。

部品を互いに接合するのに使用されるプロセスの場合、
通常非破壊試験によって発見されるようなタイプの欠陥
が接合領域でみられることが多い。

しかし、本発明においては、最初に予備成形された境界
面に由来していて追出されて排除される材料かそのよう
な欠陥を含み得る。その結果書られる接合部はほとんど
欠陥を含んでおらず、元々の表面材料はダイキャビティ
ー中に排除されている。

こうして排除された材料は、その後機城加工その他の除
大法で取除くことができる。

好ましい態様において本発明の方法は、リム部か保持１
１別±１疲れ亀裂成長耐性、応力破断およびクリープ耐
性を有するニッケル基超合金から構成され、ハブ合金が
優れた引張強さと低サイクル疲れ亀裂成長耐性を有する
別のニッケル基超合金で構成されているガスタービンエ
ンジン用のディスクを作製するのに特にｑ用である。

本発明の前記目的とその他の目的、さらにその特徴と利
点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明をみれば
明らかとなるであろう。

発明の詳細な説明 本門細書中に開示されている本発明に従う接合方法は、
同一かまたは異なる組成を有する金属部品（部材）を接
合するのに適用できる。この際、これらの部品の谷々は
、これと接合されることになる部品の対応して対向する
予備成形された面とほぼ合致する予備成形された接合面
を与えるように製造される。これらの対向する部品は熱
間静水圧ブレスによって作製でき、通常は各々が異なる
機械的性質をもっている。これら別個に分離した部品は
、同一の公称組成を有しているが加工熱処理の結果とし
てそれぞれ異なる機械的性質をもっているか、または異
なる組成をもっている鍛錬された超含金鍛逍＋’＋７＋
から作製するのが好ましい。本発明の方法では、型鍛造
操作で使用するのとよく似たクローズドダイを利用し、
これに接合すべき個別の部品を入れる。さらに、異なる
ミクロ組織を有する部品同士を接合することもできるが
、結晶粒子の粗い部品は超塑性挙動を示さないことがあ
るので最初に細かい結晶粒子をもつ部品を接合するのが
好ましい。

本発明の主題である接合方法において利用される型鍛造
の場合、熱い金属の賦形は互いに組合うダイ部の壁の完
全に内部で起こる。−緒に鍛造される部品から構成され
る工作物は、」−側のダイ部もしくは下側のダイ部に位
置するか、または第１図に示されているようにこれら二
つのダイ部の間に分割されているチャンバすなわち空淘
の内部に入れる。工作物はこのダイ中に完全に配置され
るとすべての側面がダイの壁に聞まれる。鍛造品はブロ
ッカ−タイプ、普通タイプ、または稍密公差タイプのい
ずれでもよいが、精密公差タイプのものか好ましい。本
発明においては、ダイモールド内で接合領域に近接し、
かつその領域と同一平面内に広がる少なくとも１個のキ
ャビティーが設けられていて、−緒に鍛造される部品の
間の接合部から放出される金属を受容する。

たとえば第１図に示されているように、予備成形されて
内側に向いている内部境界面８を有する第一の部品１を
、表面８とほぼ合致する予備成形されて外側に向いてい
る外部境界面９を有する第二の部品２と共に、通常のノ
ックアウト２５を有するクローズドダイ１６の中に入れ
る。予備成形面は、特定の特徴を備えていて対応する境
界面をＬｌえる従来の機絨加工操作によって作ることが
できる。

クローズドダイ１６は可動ダイ部１１と固定ダイ部１０
とをもっている。鍛造に先立って、第一の部品１と第二
の部品２を塑性（好ましくは超塑性）変形に必要とされ
る最低の温度まで加熱する。

通常はダイ１６に入れる前に加熱する。好ましい態桟で
は、鍛造分野の当業者には周知のように、第一の部１’
＋７１１と第二の部品２を別々に加熱した後、上記所８
！の温度点−ｌユにあるうちにダイ１６の中に入れ、一
方ダイ１６は電気素子などのような別の加ハ手段によっ
て加熱する。また、加熱した第一部品１と第二部品２を
、ダイを加熱しないで、またはダイを第二部品２と第一
部品１の温度より低いあらかじめ設定した温度まで加熱
した後、ダイ１６中で組立てることも可能であるが、こ
の場合組立てた部品の一部が望ましくない程に冷却され
ることがあり得、所望の温度範囲より低温になることが
あるかもしれない。

本発明にとって必須ではないが、ダイに入れる前に向い
合う境界面を可能な最大限度まで清浄化するのが好まし
い。清浄化は機械的方法や化学的方法を始めとするいく
つかの方法またはそれらを組合せた方法で実施すること
ができる。こうして清浄化された面は、加熱作業および
接合作業を真空中または不活性ガス雰囲気中で行なうこ
とによって渭浄に保つことができる。

第一の部品１と第二の部品２か高温にあるうちに、可動
ダイ部１１に力を加えることによってこれらの部品をダ
イ１６内部で圧縮する。この際かける力の大きさは、対
向する面の相対運動が規定された速度で起こるように最
初に選択される。この操作は、真空等温ブレスで、また
は真空中もしくは不活性雰囲気中で実施するのが好まし
い。

第１図に示されているように、ダイ部１１の内部のキャ
ビティー１３のサイズと位置は、第二の部品２をダイ１
６内部で第一の部品１中に組入れたときキャビティー１
３が接合領域４の上方になるように選択する。このキャ
ビティーの位置と形はそのダイの性質と工作物の形状に
応じて変化し、ダイ部間のクリアランスによって形成す
ることができる。

上側のダイ部１１のキャビティー１３の位置は最終物品
中の接合領域４の位置によって支配されることが分かる
。一体型ディスクとなる最終物品の鳩舎、キャビティー
１３はその中心が接合領域４の上あたりになるようにす
べきである。キャビティー１３の位置は、経験的に決定
してもよいし、あるいは、コンピューターによる模型試
験をしたり、または鉛、プラスチセン（ｐｌａｓｔｊｃ
ｃｎｃ）　、プラスチック、鑞、その他の金属材料のよ
うな材料で模型（塑像）を作製したりして決定してもよ
い。

ここで再び第１図を参照すると、図の矢印の方向に力が
加えられたときこの力のかなりの部分は対向する線対称
の表面８と９の相対運動を起こすような方向にかかる。

ダイ部が互いに近付くにつれて、対向する表面の相対運
動は低減するがそれぞれの境界面８と９で材料の広範囲
にわたる局所的変形か起こると同時にこれらの表面の接
合が生じて接合領域が形成される。この力は対向する表
面間の小さい接触領域にかかり、この部分が冶金学的接
合が完了した後に接合領域となる。ダイ部がさらに互い
の方向に動くと、接触領域では材料の変形がさらに起こ
り、この材料が接合領域から流出する。この変形のかな
りの部分が小さい接合領域に駆足されていることが本発
明のひとつの特徴である。この流れが続くにつれて、材
料（これは元々対向していた表面の材料を含んでいる）
は接合領域から追出されてキャビティー１３山へ排出さ
れる。この排出される接合領域材料は、不適当・不適切
な清浄化技術に起因して在住することがあるあらゆる欠
陥を始めとして潜在的な欠陥を含んでいる。

キャビティー１３は、接合領域から追出される材料がこ
のキャビティー内へ排出されること、そして、−回の鍛
造サイクルで接合が完了するように、このキャビティー
が排出された接合領域材料の少なくともすべてを受入れ
るのに充分な容積をもつことを保証するように適当なサ
イズをもち、しかも適ｔＵに調和されている。このキャ
ビティーの容積は標轄的な体積計算によって概算できる
。

ここで対象としているハブとリムの場合、キャビティー
の容積はディスクのＪｖ−みと接合領域４の平均断面債
から概克てきる。第１図のようにこの断面情を一定と仮
定するとディスクの上面の接合領域４の断面積を計算に
使用できる。このキャビティーに対して＝１算した容積
の妥当性は、模型を作るか、あるいは、この容積のキャ
ビティーを有するダイを実際に作製しそれを用いてデュ
アル含全部品を７Ａ逍することによって立証し？４る。

キャビティーの容積か不充分であると、欠陥をもってい
る可能性のある材料が接合領域に残留することがある。

逆に、キャビティーが大き過ぎると利料が浪なされるし
、ダイか弱くなって早めに故障を起こし得る。

実際、このタイプの接合の結果、潜在的に欠陥をもって
いる材料が接合領域からダイのキャビティー内へ追出さ
れる。本発明の接合プロセスを使用して第１図のダイ装
置で形成される物品の断面図を第２図に示す。接合領域
４からダイのキャビティー１３中へ排出された欠陥をも
っている可能性のある材料３が、ディスク５の上面で接
合領域４の上方に突起として描かれている。

この突起は、その後、いろいろな公知の機械加工作業に
よって、一体となった物品から除去する。

得られる一体のディスクは従来利用できた接合プロセス
に伴っていた欠陥のほとんどをまったくまたはほとんど
含んでいない。これを標準的な非破壊試験法によって検
杏することによって、有害な欠陥が接合領域に残ってい
ないことが確かめられる。

すでに述べたように、加えられた力のほとんどの部分は
部品部分１と２の間の接合領域に対して作用する。これ
により、広範囲にわたって局所的変形が起こり、材料が
接合領域４から追出される。

したがって、対面する境昇面の冶金学的接合が起こると
ころである接合領域４は、高度に集中した応力のために
爪みの大きい領域である。このプロセスによって形成さ
れ、はとんどあらゆる欠陥をもたない接合部は、一般に
、構成成分としての部品を作製した金属のうち弱いノｊ
の金属と同じ程度以上の高い強度をもっている。

本発明は、特に、ひとつの合金では要求を満たすことが
できないようなさまざまな機械的特性を要求される作動
条件のタービンディスクのようなガスタービン構造体の
製造に適用できる。

タービンディスクを作製するための本発明の好ましい態
様では、中央のボアを有するディスクのリム部１を、少
なくとも１個のキャビティーを有するダイの中に入れる
。このリム部１の内面８とほぼ同じサイズと形状の対応
する外面９を有するハブ部２を、ダイ内部のリム部１の
中央ボアの内側に入れる。この態様では、第１図に示さ
れているように、予備成形された外側に向いている外面
９が、異なる頂角をｑする２個の直円錐の円錐台の由雑
な線対称の面である。また、内部に向かう内面８も、外
面９にほぼ合致し異なる頂角を有する２個の直用錐の■
錐台の複雑な線対称の面である。

圧縮力が加わると、リム部１の内側の面８はハブ部２の
外側の而９に対して押付けられる。ガスタービンエンジ
ンに関する好ましい態様の場合リム部はニッケル基超合
金から成っているが、これは保持１時間疲れ亀裂成長耐
性を示す応力破断およびクリープ耐性の合金が好ましい
。ハブは中程度の温瓜で秀れた引張強さ、疲れ亀裂−成
長耐性および高い破裂強さを有する別のニッケル基超合
金から成る。そのようなデュアル合金タービンディスク
に適した新規な合金は、米国特許出願第４１７．０９７
号および米国特許出願第４１７，０９８号に記載されて
いる。

合金は、それらか超塑性変形範囲にあるような高い温度
で鍛造される。その際ダイも、工作物の超塑性変形に適
した高温に加熱してもよい。ダイの別々の部分を介して
圧力を加えると、接合領域から押出された材料が、ダイ
中で接合領域に近接するキャビティー内に排出される。

接合領域から押出された材料は、ディスクの上および／
または下に接合領域とほぼ同心円状の突起（リブ）を形
成する。排出された材料の形状は、元来のＴ−（Ｑ成形
された接触する表面の形状に大いに依存し得るか、また
はダイ中のキャビティーを満たすことによって限定され
得るものと理解されたい。接合される部品に加えられる
圧縮力の方向と大きさは、これらの部品が対向する表面
の相対運動と共にこの領域の変形を伴って亙いに押付け
られるように充分でなければならない。圧縮力が加えら
れた結果起こる部品の移動と変形によって、部品間の接
合領域から材料が押出され、これはこの接合領域に近接
して位置するキャビティーによって受容される。上記の
例で、突起状に押出された＋Ａ料は接合プロセスによっ
て生じた可能性のある潜在的な欠陥を含んでおり、最終
的な接合部はほとんど欠陥をもたない。この突起はほぼ
完全に除くことができ、有害な欠陥が接合領域に残って
いないことを確認するためには従来の非破壊試験法によ
ってディスクを検査するとよい。

最終製品を構成するいくつかの部品の任意のものを接合
前に熱処理してもよい。ただし、その熱処理によって得
られる組織は、接合プロセスにかけられるものでなけれ
ばならず、しかもそのようなプロセスによって悪影響を
受けてはならない。

このタービンディスクのリム１は高いクリープおよび応
力破断強さと良好な保持時間疲れ亀裂成長耐性を有する
合金またはその他の材料から成るの力呻ｆましく、また
、ハブ２は高い引張強さをもっていて疲れ亀裂成長に対
して抵抗性の合金またはその他の利料から作製されるの
が好ましい。さらに、いずれかの部品が鋳辻組織であっ
たり、または接合に先立って征来の鍛造技術を用いて塑
性変形されていたりすることを俳除する概念的理由はな
い。

したがって、本発明によって、部品がさらされる苛酷な
作動条件の組合せを満たすことができる機械的性質をｑ
する異なる合金を接合するための信頼性のある廉価な技
術が提供される。

■錐または円錐台形の界面を有する２個の部品を接合し
て円錐または円錐台形の接合領域をもつディスク形状の
物品を形成する技術に関して本発明を例示して説明して
来たが、第１図の境界面８と９はここに例示した形状に
限定される必要はなく、部品が線対称である必要もない
ものと理解されたい。埴昇面の形状を選択する際の基準
は、その選択された形状が元来の表面材料を接合領域か
ら追出して、ダイ部のひとつで接合部に近接して位置し
接合部の全長にわたって実質的に同じ弔面内で店がって
いるキャビティーまたは開門部の中に琲出するのにａ効
であるということである。すなわち、本発明は、線対称
でない形状（たとえば直角柱状棒材）を有する２個以上
の別個の金属部品の接合にも適用可能である。

本発明が上記の具体例に限定されないことは、−に記の
教示に照らして当業者には明らかであろう。

多くの修正、変更、代替および均等物は本発明の範聞内
に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ダイの上部と底部の両方に環状のキャビティ
ーを有するダイの中でクローズドダイ飛込用に組立てら
れたハブとリムの断面図である。 第２図は、第１図のディスクの断面を示す図であり、本
発明の方法による接合後ディスクの上面と底ｉｆ＋−ｉ
　１に追出された材料の突出部を示している。 １・・・第一の部品、２・・・第二の部品、３・・・欠
陥をもつ一１■能１１がある伸出された材料、４・・・
接合領域、５・・・ディスク、８．９・・・境界面、１
０・・・固定ダイ部、１１・・・ｉ’ｉＪ動ダイ部、１
３・・・キャビティー　１６・・クローズドダイ、２５
・・・ノックアウト。 特許出廓人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）接合されるべき境界面を有する複数個の別々の金
   属部品からそれらの部品の間に接合部を形成することに
   より一体となった物品を作製するための方法であって、 （ａ）前記部品をそれらの塑性変形に必要とされる最低
   温度以上の温度に加熱するステップと、 （ｂ）前記部品を、追出される境界材料を受容するため
   の所定サイズのキャビティーを少なくとも１個含むクロ
   ーズドダイタイプのダイに、前記境界面を互いに対向さ
   せて入れるステップと、 （ｃ）前記部品を少なくとも前記最低温度に維持しなが
   ら、前記境界面の相対運動と共にこれらの面の広範囲に
   わたる局所的変形を生起せしめるように選択された大き
   さの圧縮力を前記ダイに加えることによって前記部品を
   圧縮して、この加えられた圧縮力の実質的な部分を前記
   部品間の接触領域に向かわしめることにより前記境界面
   を互いに対して圧接せしめ、前記圧縮力を加え続けて前
   記境界面の継続する相対運動と共に広範囲にわたる局所
   的変形および接合領域から前記キャビティー中への材料
   の流動を起こさせるステップと、（ｄ）前記境界面がぴ
   ったりと合致し、かつ前記境界面間の前記接合部が形成
   され、しかも前記キャビティーが満たされるまで前記圧
   縮力を維持するステップと からなる方法。 （２）対向する面をもつ部品が異なる金属組成を有する
   、請求項１記載の方法。 （３）対向する面をもつ部品の金属が異なる機械的性質
   を有する、請求項１記載の方法。（４）前記金属部品が
   超合金からなる、請求項１記載の方法。 （５）対向する面をもつ別々の超合金部品が異なる組成
   を有する、請求項４記載の方法。（６）対向する面をも
   つ前記超合金部品が異なる機械的性質を有する、請求項
   ４記載の方法。 （７）前記接合領域に近接して前記ダイ中に形成された
   前記キャビティーが、少なくともひとつの方向で前記接
   合領域と同じ空間内に広がっている、請求項１記載の方
   法。 （８）前記加熱ステップが、さらに、前記ダイを前記部
   品と実質的に同じ温度に加熱することを含んでいる、請
   求項１記載の方法。 （９）前記ダイがお互いに対して移動することができる
   一対の可動ダイ部を含んでおり、このダイ部の間で前記
   キャビティーが形成されるようにあらかじめ設定された
   位置にあらかじめ決定されたサイズのクリアランスが存
   在する、請求項１記載の方法。 （１０）前記最低温度が超塑性変形に必要とされる最低
   の温度である、請求項１記載の方法。 （１１）前記部品の前記境界面を、前記ダイ中に人れる
   前に実質的に清浄化する、請求項１記載の方法。 （１３）良好な保持時間疲れ亀裂成長耐性、高いクリー
   プ耐性および高い応力破断耐性を有する合金からなる第
   一の部品と、高い引張強さおよび疲れ亀裂成長耐性を有
   する合金からなる第二の部品とを冶金学的に接合するこ
   とにより別々の金属部品からデュアル合金タービンディ
   スクを作製するための方法であって、 （ａ）各々の部品が接触したとき互いにほぼ合致するよ
   うに各部品の面を線対称で実質的に円錐台の形に予備成
   形するステップと、 （ｂ）前記部品をそれらの塑性変形に必要とされる最低
   温度以上の温度に加熱するステップと、 （ｃ）前記部品を、前記対向面の接合が起こると期待さ
   れる領域に近接して位置する所定サイズのキャビティー
   を少なくとも１個含むクローズドダイ中で、前記予備成
   形された線対称の面を互いに対向させて組合せるステッ
   プと、 （ｄ）前記部品を少なくとも前記最低温度に維持しなが
   ら、前記面の相対運動と共に前記面の広範囲にわたる局
   所的変形および前記対向面の冶金学的接合を生起せしめ
   た後前記接合領域内での材料の流動を生起せしめるよう
   に選択された大きさの圧縮力を前記ダイに加えることに
   よって前記部品を圧縮して、この加えられた圧縮力の実
   質的な部分を前記部品間の接触領域に向かわしめること
   により前記対向する線対称の面を互いに対して圧接せし
   め、さらに前記圧縮力を加え続けて前記接合領域から前
   記キャビティー中へ材料を追出すステップと、 からなる方法。 （１４）前記追出される材料が、前記予備成形された線
   対称の面の材料および前記面の接合に伴う欠陥の実質的
   にすべてを含んでおり、それにより、実質的に欠陥のな
   い接合領域が生成する、請求項１３記載の方法。 （１５）前記最低温度が超塑性変形に必要とされる最低
   の温度である、請求項１３記載の方法。 （１６）前記合致する予備成形面を、前記ダイ中に入れ
   る前に実質的に清浄化する、請求項１３記載の方法。 （１７）良好な保持時間疲れ亀裂成長耐性、高いクリー
   プ耐性、高い応力破断耐性および高い保持時間疲れ亀裂
   成長耐性を有する合金から作製されたリムと、高い引張
   強さおよび良好な低サイクル疲れ亀裂成長耐性を有する
   合金から作製されたハブとを含む別々の金属部品を冶金
   学的に接合することによりこれらの部品からデュアル合
   金タービンディスクを作製するための方法であって、 （ａ）あらかじめ設定された実質的に円錐台で線対称の
   内側を向いた内面をもつ前記リムを予備成形するステッ
   プと、 （ｂ）あらかじめ設定された実質的に円錐台で線対称の
   外側を向いた外面をもつ前記ハブを予備成形するステッ
   プと、 （ｃ）前記部品をそれらの部品の塑性変形に必要とされ
   る最低温度以上の温度に加熱するステップと、 （ｄ）前記リムを、前記円錐台形で線対称の面同士の接
   合が起こると期待される領域に近接して位置し、かつそ
   の領域と同じ空間内に広がっている所定寸法のキャビテ
   ィーを少なくとも１個含むクローズドダイタイプのダイ
   に入れるステップと、 （ｅ）前記線対称の面同士が互いに対向するように、前
   記リム内で前記ハブを同軸に配置するステップと、 （ｆ）前記部品を少なくとも前記最低温度に維持しなが
   ら、前記ダイ中で前記部品を圧縮して、この加えられる
   圧縮力の実質的な部分を前記部品間の接触領域に向かわ
   しめることにより前記対向する円錐台形で線対称の面同
   士を互いに対して圧接せしめ（この際加えられる圧縮力
   の大きさは、前記円錐台形の面同士の相対運動と共に前
   記面の広範囲にわたる局所的変形および前記対向する面
   の冶金学的接合を生起せしめた後前記接合領域内での材
   料の流動を生起せしめるように選択される）、さらに前
   記圧縮力を加え続けて前記接合領域から前記キャビティ
   ー中へ材料を追出すステップと、からなる方法。 （１８）前記部品の少なくともひとつが鍛錬鍛造された
   超合金である、請求項１７記載の方法。 （１９）前記部品の少なくともひとつが熱間静水圧ブレ
   スされた超合金である、請求項１７記載の方法。 （２０）前記最低温度が超塑性変形に必要とされる最低
   の温度である、請求項１７記載の方法。 （２１）前記追出される材料が、前記予備成形された線
   対称の面の材料および前記線対称の面同士の接合に伴う
   欠陥の実質的にすべてを含んでおり、それにより、実質
   的に欠陥のない接合領域が生成する、請求項１７記載の
   方法。 （２２）前記金属部品が鍛錬された超合金鍛造品からな
   る、請求項１７記載の方法。 （２３）前記別々の部品の鍛錬された超合金が異なる組
   成を有する、請求項２２記載の方法。 （２４）前記超合金の各々が異なる機械的性質を有する
   、請求項２２記載の方法。 （２５）前記超合金が同一の組成を有しているが異なる
   ミクロ組織をもっている、請求項２２記載の方法。 （２６）前記部品の前記予備成形された線対称の面をま
   ず清浄化する、請求項１７記載の方法。 （２７）請求項１記載の方法によって作製された物品。 （２８）請求項１３記載の方法によって作製された物品
   。 （２９）請求項１７記載の方法によって作製された物品
   。