JPH034301B2 - - Google Patents
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- JPH034301B2 JPH034301B2 JP60120740A JP12074085A JPH034301B2 JP H034301 B2 JPH034301 B2 JP H034301B2 JP 60120740 A JP60120740 A JP 60120740A JP 12074085 A JP12074085 A JP 12074085A JP H034301 B2 JPH034301 B2 JP H034301B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
- B22D27/045—Directionally solidified castings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、航空機タービン、船舶用タービン及
び陸上ガスタービンを含む燃焼タービンのタービ
ン羽根の製造方法に関するものである。本発明は
方向性固化されたタービン羽根を製造するため
に、２工程の固化を利用して、付根部分に微小粒
状の（即ち、非方向性固化された）組織を形成
し、翼部分には方向性固化された組織を形成す
る。
び陸上ガスタービンを含む燃焼タービンのタービ
ン羽根の製造方法に関するものである。本発明は
方向性固化されたタービン羽根を製造するため
に、２工程の固化を利用して、付根部分に微小粒
状の（即ち、非方向性固化された）組織を形成
し、翼部分には方向性固化された組織を形成す
る。
ガスタービン機関は、タービン部分を経て膨張
する高温高圧ガスからエネルギーを取出すことに
よつて作動する。このガスにより駆動されて実際
に回転する部分は、ニツケルを主成分とする超合
金から製造され、普通に羽根として知られてい
る。羽根は、第１図に示すように、高温ガス流に
よつて駆動される翼部分と、タービンロータに連
結される機械切削による付根部分とから成つてい
る。ガスタービンは、カルノーサイクルの性質か
ら、高温になるほど高能率で作動するので、高温
に耐えうる素材が要望されている。航空機タービ
ン及び陸用タービン発電機などのタービン羽根の
主な機械的疲労モードは、熱的な疲労と、クリー
プ破断耐性の欠如であつた。これら２つの問題
は、主応力軸と直交する結晶粒界の除去によつて
減少させることができる。このように、単結晶の
羽根及び方向性固化された羽根は、著しく改善さ
せた高温強度を示すことが知られている。
する高温高圧ガスからエネルギーを取出すことに
よつて作動する。このガスにより駆動されて実際
に回転する部分は、ニツケルを主成分とする超合
金から製造され、普通に羽根として知られてい
る。羽根は、第１図に示すように、高温ガス流に
よつて駆動される翼部分と、タービンロータに連
結される機械切削による付根部分とから成つてい
る。ガスタービンは、カルノーサイクルの性質か
ら、高温になるほど高能率で作動するので、高温
に耐えうる素材が要望されている。航空機タービ
ン及び陸用タービン発電機などのタービン羽根の
主な機械的疲労モードは、熱的な疲労と、クリー
プ破断耐性の欠如であつた。これら２つの問題
は、主応力軸と直交する結晶粒界の除去によつて
減少させることができる。このように、単結晶の
羽根及び方向性固化された羽根は、著しく改善さ
せた高温強度を示すことが知られている。
非常に高温の状態では、所望の特性は、大きな
結晶粒径によつて改善されるが、低温の場合に
は、或る機械的特性は、小さな結晶粒径によつて
改善される。特に、タービン羽根の付根部分は、
翼部分よりも相当に低い温度で作動し、本質的
に、疲労荷重を受ける。このように、タービン羽
根の翼部分と付根部分とにとつて最適の組織は、
それぞれ異なつており、従来の翼の場合には、ど
ちらか一方の部分について調整を図る必要があつ
た。方向性固化された翼部分と微小粒状組織の付
根部分とから成るハイブリツド翼組織によつて最
適の性質が得られるものと考えられている。
結晶粒径によつて改善されるが、低温の場合に
は、或る機械的特性は、小さな結晶粒径によつて
改善される。特に、タービン羽根の付根部分は、
翼部分よりも相当に低い温度で作動し、本質的
に、疲労荷重を受ける。このように、タービン羽
根の翼部分と付根部分とにとつて最適の組織は、
それぞれ異なつており、従来の翼の場合には、ど
ちらか一方の部分について調整を図る必要があつ
た。方向性固化された翼部分と微小粒状組織の付
根部分とから成るハイブリツド翼組織によつて最
適の性質が得られるものと考えられている。
米国特許第4184900号明細書によれば、翼部分
と付根部分とについて異なつた性状を得るために
２つの異なつた方向性固化された部分を作製す
る。米国特許第3790303号明細書においては、方
向性固化された翼部分の非方向性組織の付根部分
とから成るハイブリツド組織の羽根（バケツト）
を得るために、非共晶合金を使用し、非共晶組成
物をこの方法において使用しなかつたとした場合
に不均質な組成が生ずることのないようにしてい
る。
と付根部分とについて異なつた性状を得るために
２つの異なつた方向性固化された部分を作製す
る。米国特許第3790303号明細書においては、方
向性固化された翼部分の非方向性組織の付根部分
とから成るハイブリツド組織の羽根（バケツト）
を得るために、非共晶合金を使用し、非共晶組成
物をこの方法において使用しなかつたとした場合
に不均質な組成が生ずることのないようにしてい
る。
本発明は、溶融金属を収納した鋳型を、翼端に
始まる方向性固化を許容すると共に固化の監視を
許容するに足る遅い速度で同固化が起こるよう
に、制御可能に冷却して、燃焼タービンの方向性
固化されたタービン羽根を製造する方法におい
て、ほぼ付根部分の固化開始時に残り溶融金属の
磁気攪拌を開始し、次に、方向性固化が起こる速
度よりも速い速度に、羽根の冷却速度を増大させ
ることにより、翼部分と付根部分との間の界面に
実質的に不均質な部分が生じないように、方向性
固化された翼部分と微小粒状組織の付根部分とを
備えたタービン羽根を製造することを特徴として
いる。
始まる方向性固化を許容すると共に固化の監視を
許容するに足る遅い速度で同固化が起こるよう
に、制御可能に冷却して、燃焼タービンの方向性
固化されたタービン羽根を製造する方法におい
て、ほぼ付根部分の固化開始時に残り溶融金属の
磁気攪拌を開始し、次に、方向性固化が起こる速
度よりも速い速度に、羽根の冷却速度を増大させ
ることにより、翼部分と付根部分との間の界面に
実質的に不均質な部分が生じないように、方向性
固化された翼部分と微小粒状組織の付根部分とを
備えたタービン羽根を製造することを特徴として
いる。
タービン羽根は、好ましくは、ハイブリツド粒
状組織を有し、そして非結晶合金組織を用いて製
造することができる。翼部分と付根部分との間の
界面に固化が到達した時に、磁気攪拌を開始する
ことにより、固化したばかりの部分に近接した不
均質な領域が除去される。このようにして翼部分
と付根部分との間の界面に不均質な部分が生じる
ようにしながら、翼部分は方向性固化され、付根
部分は、微小粒状の非方向性固化組織となる。
状組織を有し、そして非結晶合金組織を用いて製
造することができる。翼部分と付根部分との間の
界面に固化が到達した時に、磁気攪拌を開始する
ことにより、固化したばかりの部分に近接した不
均質な領域が除去される。このようにして翼部分
と付根部分との間の界面に不均質な部分が生じる
ようにしながら、翼部分は方向性固化され、付根
部分は、微小粒状の非方向性固化組織となる。
次に本発明を図面に基づいて一層詳細に説明す
る。
る。
方向性固化された翼及び微小粒状の付根部分を
形成するための、従来の技術は、翼と付根部分と
の間の界面に重大な組成上の非均質性が生ずるた
め、非共晶合金については実用化ができなかつ
た。第２Ａ〜２Ｃ図に示すように、方向性固化
（低成長速度及び高温度勾配）をもたらす条件の
下に、翼部分を処理し、次に固化のための成長速
度を高くして付根部分を処理するようにして、方
向性固化をもつた翼及び微小粒状の付根を備えた
タービン羽根を製作する場合、成長速度が変化し
た時に固化を経過した領域において、溶質量が目
立つて増大する（第２Ｃ図の曲線の左側の突出部
分）ことがわかつている。ガスタービン羽根に慣
用される多くのニツケルベース超合金は、非共晶
合金である。前述した不均質性は、機械的強度の
著しく劣つた領域を、このタービン羽根に発生さ
せる。なお、不均質な組成部分は、付根部分を最
初に固化させた場合にも存在している。
形成するための、従来の技術は、翼と付根部分と
の間の界面に重大な組成上の非均質性が生ずるた
め、非共晶合金については実用化ができなかつ
た。第２Ａ〜２Ｃ図に示すように、方向性固化
（低成長速度及び高温度勾配）をもたらす条件の
下に、翼部分を処理し、次に固化のための成長速
度を高くして付根部分を処理するようにして、方
向性固化をもつた翼及び微小粒状の付根を備えた
タービン羽根を製作する場合、成長速度が変化し
た時に固化を経過した領域において、溶質量が目
立つて増大する（第２Ｃ図の曲線の左側の突出部
分）ことがわかつている。ガスタービン羽根に慣
用される多くのニツケルベース超合金は、非共晶
合金である。前述した不均質性は、機械的強度の
著しく劣つた領域を、このタービン羽根に発生さ
せる。なお、不均質な組成部分は、付根部分を最
初に固化させた場合にも存在している。
方向性固化された翼部と微小粒状の付根構造と
の接合域に不均質な組成の領域が発生しないよう
に、本発明によれば、磁気攪拌と呼ばれる周知の
現象を利用して、この領域を除去する。磁気攪拌
は、比較的大質量の、未だ溶解した状態にある付
根部分にある溶質富化帯状域を混合もしくは攪拌
することによつて、大きな組成変化が起こらない
ようにする。
の接合域に不均質な組成の領域が発生しないよう
に、本発明によれば、磁気攪拌と呼ばれる周知の
現象を利用して、この領域を除去する。磁気攪拌
は、比較的大質量の、未だ溶解した状態にある付
根部分にある溶質富化帯状域を混合もしくは攪拌
することによつて、大きな組成変化が起こらない
ようにする。
磁気攪拌は、磁界中におかれた電気導体が電流
のベクトルと磁界のベクトルとを含む平面と直角
の力を受けるという原理に基づいている。導体が
液であれば、この力はせん断作用を惹起させ、混
合もしくは攪拌作用を生ずる。磁気攪拌は、米国
特許第4256165号明細書に記載されているように、
例えば連続鋳造に用いられている。
のベクトルと磁界のベクトルとを含む平面と直角
の力を受けるという原理に基づいている。導体が
液であれば、この力はせん断作用を惹起させ、混
合もしくは攪拌作用を生ずる。磁気攪拌は、米国
特許第4256165号明細書に記載されているように、
例えば連続鋳造に用いられている。
本発明は、磁気攪拌を利用して、固化中の方向
性固化される翼の前方に生じた溶質の富化を再分
配させることにより、付根部分において必要な微
粒子構造を得るために冷却速度を増大させた場合
と、不均質性の発生を防止する。
性固化される翼の前方に生じた溶質の富化を再分
配させることにより、付根部分において必要な微
粒子構造を得るために冷却速度を増大させた場合
と、不均質性の発生を防止する。
方向性固化は、例えば第３図に示したようにし
て達成される。即ち、銅製の冷却基板即ちチルプ
レートから固化を進行させ、炉の高温域から鋳型
及びチルプレートを徐々に取除くことによつて、
制御された固化を行わせる。この場合、付根部分
は、上方に向けられ、最初に翼が炉から除去され
る。除去速度を増大させることによつて、より迅
速な固化が可能になる。羽根の付根部分の均質な
微小粒状組織を得るには、成長速度の増大とほぼ
同時に磁気攪拌を開始する。即ち、固化は、翼の
ところで開始され、ここでは比較的おそい徐去の
下に成長が行なわれ、液体の攪拌は、自然の対流
のみによつて生ずる。鋳型を引出すと固化前線は
翼と付根部分との界面に到達する。この点では、
方向性固化が発生する速度以上に、引出し速度を
高くし、（引出し速度の増大と同時にか又はその
直後に）磁気攪拌を開始する。磁気攪拌は、（所
要の磁界を発生させるために）磁気コイル及び液
体を通つて電流を流す装置を付勢することによつ
て開始する。その場合に、取出しが迅速になされ
ることによつて、より等軸の微小粒状組織を生成
させることの可能なより迅速な固化が実現され
る。攪拌は自然対流によらずに、強制的に、磁気
攪拌によつて行わせる。このようにして、前進す
る界面の前方に生成する溶質が液体中に分散さ
れ、化学的により均質な組織が得られる。
て達成される。即ち、銅製の冷却基板即ちチルプ
レートから固化を進行させ、炉の高温域から鋳型
及びチルプレートを徐々に取除くことによつて、
制御された固化を行わせる。この場合、付根部分
は、上方に向けられ、最初に翼が炉から除去され
る。除去速度を増大させることによつて、より迅
速な固化が可能になる。羽根の付根部分の均質な
微小粒状組織を得るには、成長速度の増大とほぼ
同時に磁気攪拌を開始する。即ち、固化は、翼の
ところで開始され、ここでは比較的おそい徐去の
下に成長が行なわれ、液体の攪拌は、自然の対流
のみによつて生ずる。鋳型を引出すと固化前線は
翼と付根部分との界面に到達する。この点では、
方向性固化が発生する速度以上に、引出し速度を
高くし、（引出し速度の増大と同時にか又はその
直後に）磁気攪拌を開始する。磁気攪拌は、（所
要の磁界を発生させるために）磁気コイル及び液
体を通つて電流を流す装置を付勢することによつ
て開始する。その場合に、取出しが迅速になされ
ることによつて、より等軸の微小粒状組織を生成
させることの可能なより迅速な固化が実現され
る。攪拌は自然対流によらずに、強制的に、磁気
攪拌によつて行わせる。このようにして、前進す
る界面の前方に生成する溶質が液体中に分散さ
れ、化学的により均質な組織が得られる。
このようにして、固化速度を高くした個所即ち
付根部分−翼部分の界面に溶質富化組成の帯状域
を生成させることなく、実用的な非共晶合金を利
用して、方向性固化された組織を翼に、また微小
粒状組織を付根部分にそれぞれ備えたタービン羽
根が製造される（なお、本明細書において「方向
性固化」という概念には、単結晶が含まれるもの
とする）。
付根部分−翼部分の界面に溶質富化組成の帯状域
を生成させることなく、実用的な非共晶合金を利
用して、方向性固化された組織を翼に、また微小
粒状組織を付根部分にそれぞれ備えたタービン羽
根が製造される（なお、本明細書において「方向
性固化」という概念には、単結晶が含まれるもの
とする）。
以上に説明した、冷却速度を制御する特別の形
態及び方法並びに磁気攪拌の形態は、単なる例に
すぎず、それ以外の方向性固化及び磁気攪拌方法
ももちろん試みることができる。
態及び方法並びに磁気攪拌の形態は、単なる例に
すぎず、それ以外の方向性固化及び磁気攪拌方法
ももちろん試みることができる。
第１図は、翼部分と付根部分とから成る典型的
な蒸気タービンのタービン羽根を示す斜視図、第
２図、第２Ｂ図、第２Ｃ図は、固化速度の増大に
よる不均質及び固化の間の溶質富化帯状域を示す
ための、チルプレートからの距離と溶質濃度との
関係を示す種々の線図、第３Ａ図及び第３Ｂ図
は、炉からの制御下の引出しによる方向性固化を
示す説明図である。
な蒸気タービンのタービン羽根を示す斜視図、第
２図、第２Ｂ図、第２Ｃ図は、固化速度の増大に
よる不均質及び固化の間の溶質富化帯状域を示す
ための、チルプレートからの距離と溶質濃度との
関係を示す種々の線図、第３Ａ図及び第３Ｂ図
は、炉からの制御下の引出しによる方向性固化を
示す説明図である。
Claims (1)
- １ 溶融金属を収納した鋳型を、翼端に始まる方
向性固化を許容すると共に固化の監視を許容する
に足る遅い速度で同固化が起こるように、制御可
能に冷却して、燃焼タービンの方向性固化された
タービン羽根を製造する方法において、ほぼ付根
部分の固化開始時に残りの溶融金属の磁気攪拌を
開始し、次に、方向性固化が起こる速度よりも速
い速度に、羽根の冷却速度を増大させることによ
り、翼部分と付根部分との間の界面に実質的に不
均質な部分が生じないように、方向性固化された
翼部分と微小粒状組織の付根部分とを備えたター
ビン羽根を製造することを特徴とする燃焼タービ
ン羽根の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/617,458 US4540038A (en) | 1984-06-05 | 1984-06-05 | Method for production of combustion turbine blade having a hybrid structure |
| US617458 | 1996-03-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60261659A JPS60261659A (ja) | 1985-12-24 |
| JPH034301B2 true JPH034301B2 (ja) | 1991-01-22 |
Family
ID=24473733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60120740A Granted JPS60261659A (ja) | 1984-06-05 | 1985-06-05 | 燃焼タービン羽根の製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4540038A (ja) |
| EP (1) | EP0167291B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60261659A (ja) |
| BE (1) | BE903125A (ja) |
| CA (1) | CA1229717A (ja) |
| CH (1) | CH666052A5 (ja) |
| DE (1) | DE3570463D1 (ja) |
| IN (1) | IN165701B (ja) |
| SE (1) | SE450999B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011126198A1 (ko) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | Park Sungnam | 다용도 부화통 |
| WO2017168777A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 三菱重工業株式会社 | タービン翼の設計方法、タービン翼の製造方法及びタービン翼 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE69423061T2 (de) * | 1993-08-06 | 2000-10-12 | Hitachi Ltd | Gasturbinenschaufel, Verfahren zur Herstellung derselben sowie Gasturbine mit dieser Schaufel |
| DE19843354C1 (de) * | 1998-09-22 | 2000-03-09 | Ald Vacuum Techn Gmbh | Vorrichtung zum gerichteten Erstarren einer in eine Formschale gegossenen Metallschmelze sowie ein Verfahren hierzu |
| WO2007122736A1 (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-01 | Ebis Corporation | 鋳造方法及び装置 |
| US20090301682A1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | Baker Hughes Incorporated | Casting furnace method and apparatus |
| EP2210688A1 (de) * | 2009-01-21 | 2010-07-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Bauteil mit unterschiedlichem Gefüge und Verfahren zur Herstellung |
| EP2686153A1 (en) * | 2011-03-15 | 2014-01-22 | Cryovac, Inc. | Partially crystallized polyester containers |
| EP2716386A1 (de) * | 2012-10-08 | 2014-04-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbinenkomponente, Verfahren zu ihrer Herstellung und Gießform zur Verwendung von diesem Verfahren |
| US9770781B2 (en) | 2013-01-31 | 2017-09-26 | Siemens Energy, Inc. | Material processing through optically transmissive slag |
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