JPH04228259A - 微小縮みの同定・評価・除去方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インベストメント鋳造
された金属内の微小縮みを同定・確認し、評価し、除去
するための方法に係り、特に、インベストメント鋳造し
た超合金部品を使用する前にその部品中の表面付近の微
小縮みを同定・評価するための方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】インベストメント鋳造された金属内に表
面付近の微小縮みが存在することは、インベストメント
鋳造法に内在する本質的な欠陥である。インベストメン
ト鋳造されたニッケル基超合金は現代のガスタ―ビンエ
ンジンで広く使われているが、複雑形状の構造用途にお
いては前記のような表面付近の微小縮みがあるためにそ
の使用が制限されている。

【０００３】インベストメント鋳造では、硬化する耐火
物スラリ―で使い捨て型（消耗式）パタ―ンの回りを囲
み、その後このパタ―ンを、通常は熱を用いることによ
って除去して製造した金型の中に溶融金属を注ぐ。イン
ベストメント鋳造により、非常に精密な寸法と複雑な角
度・形状を有するニアネットシェイプの（完成形状に近
い）部品およびタ―ビンブレ―ドやフレ―ムストラット
の内部通路などのように込み入った内部構造を有する部
品を、仕上げ加工をほとんどまたはまったく必要としな
いで製造することが可能になる。

【０００４】インベストメント鋳造されたニッケル基超
合金部品は、現代のタ―ビンエンジンのエンジンマウン
ト、タ―ビンフレ―ム、タ―ビンブレ―ド、フレ―ムス
トラット、燃焼器ケ―シングおよび圧力容器などのよう
な用途を始めとする重要な構造用途に使われているので
、表面と表面下の両方の傷を同定するための技術による
検査を繰返して受けることになる。これらの検査技術に
は放射線写真試験、渦電流試験および浸透（探傷）試験
があり、その手順は業界でよく知られている。

【０００５】これらの検査技術は航空機エンジンに使用
されるニッケル基超合金部品の表面および表面下の欠陥
のほとんどを検出するのに使用されておりうまくいって
いる。ところが場合により、これらの技術単独ではある
種の欠陥を突きとめるのに適しておらず、通常実施され
ている標準的な手順に修正を加えるかあるいはなんらか
の操作を追加して初めてうまく適用できるということが
判明した。そのような修正の一例がフィシュタ―（Ｆｉ
ｓｈｔｅｒ）らの米国特許第４，５３４，８２３号に記
載されている。この特許に記載されている方法は、機械
加工したＩＮ−１００鍛練ニッケル合金の金属表面にあ
る小さな表面亀裂を検出するための方法である。この方
法は、機械加工して汚れた表面層を極めて少量、すなわ
ち約０．０００１〜約０．０００６インチだけ、化学的
切削加工によって除去した後に、標準的な蛍光浸透検査
法を利用して表面亀裂を検出する。この方法は、該特許
に記載された化学品および試薬を使用して微量の汚れた
材料を除去することによって、加工したＩＮ−１００部
品の表面に開口している亀裂の感受性を増大させるのに
有用であった。

【０００６】このような方法および標準的な検査法は、
単独でもまたは組合せても、インベストメント鋳造され
た部品の表面付近の微小縮みといわれる欠陥を検出する
には役に立たないことが判明した。表面付近の微小縮み
とは、インベストメント鋳造された部品の部品表面の近
くではあるが表面より下に位置していて、顕微鏡的には
部品表面とつながっていることのある材料の微視的な空
隙である。インベストメント鋳造法ではこの検出困難な
微小縮み（これは部品の使用中に遭遇する応力レベルに
対する部品の耐久性を低下させ得る）がランダムに発生
するので、このインベストメント鋳造法で作成された部
品を、作動中の応力レベルが充分低くてそのような欠陥
が存在しても部品性能に悪影響を与えないような用途に
限定しなければならないことが珍しくはないのである。 その結果、インベストメント鋳造法で作成された部品は
、微小縮みが作動中の応力レベルに対する部品の耐久性
を低下させ得る用途では使われないことが多い。

【０００７】渦電流検査法は、部品の表面に開口してい
る欠陥をうまく検出できることが分かっている方法であ
る。この方法では部品内部に電場を発生させる。この電
場の変化が表面欠陥の存在を示す。渦電流検査は、表面
欠陥の検査に限定されることに加えて、遅くて時間がか
かり、特に複雑な構造の鋳造品の検査では時間がかかる
。

【０００８】染料浸透検査法は、部品の表面に開口して
いる欠陥の徴候をうまく検出することができるもうひと
つの方法である。染料浸透検査法は産業界でよく知られ
ている。染料浸透検査では、検査する部品の表面に低粘
度の材料を塗布し、毛細管作用によって、表面に開口し
ている亀裂や穴のような欠陥の中へ浸入させる。次に、
部品の表面から余分な浸透剤を除き、表面の開口欠陥内
に吸収された浸透剤を抜出すことができる物質を部品の
表面に塗布する。開口欠陥内の浸透剤を毛細管作用によ
って表面に抜出して、欠陥の位置を明らかにする。可視
染料法を使用する場合、部品のバックグランドに対して
対比される染料の高い可視性によって開口欠陥の位置が
明らかになる。蛍光浸透法の場合、表面に紫外光を照射
すると浸透剤が部品表面に抜出された位置で蛍光が生ず
る。この方法の制約は、浸透剤が毛細管作用によって欠
陥内に浸透し抜出されるように、その欠陥の部品表面に
対する開口が充分に大きくなければならないということ
である。

【０００９】表面付近の微小縮みは顕微鏡的にみると部
品表面と相互に連通している可能性があるとはいうもの
の、この表面の連通路は極めて小さいので毛細管作用に
よって浸透剤を微視的な開口欠陥内に抜出すことができ
ない。すなわち、開口欠陥はこの検査法の能力の限界を
超えているのである。

【００１０】顕微鏡的な開口欠陥が充分に大きくて浸透
剤が入り込むことが可能な場合でも、得られる浸透剤の
表示はその部品の表面の粗さに起因する関係のない他の
欠陥表示と区別がつかないことが多い。したがって、極
めて重要な用途に使用する場合部品の寿命を損い得る欠
陥を検出するには信頼性のない検査法となってしまう。

【００１１】超音波検査法は材料中の表面下の欠陥を検
出するのに使用されて成功している方法である。超音波
検査法では、検査する部品内部に伝わる高周波数の音波
ビ―ムを利用する。一般に使用されているパルスエコ―
法では、短い一瞬の超音波エネルギ―を規則的な時間間
隔で試験片中に導入する。このパルスが部品内の傷のよ
うな反射面に当たると、そのエネルギ―の一部またはす
べてが反射される。反射されるエネルギ―の割合は、入
射ビ―ムの大きさに対する反射面の大きさに大いに左右
される。反射されるビ―ム（エコ―）の方向は入射ビ―
ムに対する反射面の配向に依存する。

【００１２】反射されたエネルギ―を、最初のパルスエ
ネルギ―の量および最初のパルスの伝達とエコ―パルス
の受信との時間の遅れに対してモニタ―する。部品の背
面からの音波エネルギ―の反射を、時間と反射音波強度
の両方の基準点として使用することにより、傷を検出し
、かつその材料内部での深さを決定することができる。

【００１３】この方法の限界としては、表面直下の浅い
層に存在する材料の不連続部を検出できないという点が
ある。この領域は、一般に近接音場領域といわれ、通常
微小縮みが存在する位置である。また、傷または欠陥の
検出は、鋳造部品に普通存在する粗い粒子から音波が反
射された結果生ずるバックグランドの「ノイズ」が過大
なためさらに複雑である。このバックグランドのノイズ
は実際の欠陥からの反射を遮蔽し、そのため超音波法は
鋳造品の検査には実用的でない。

【００１４】放射線写真検査法は、表面下の不連続部を
検出するのに使用される別の方法である。この検査法で
は、部品を短波長の電磁放射線に暴露する。不連続部は
、物質が存在しない領域、したがって厚みが変化する領
域、たとえば穴や亀裂などの領域であるか、あるいは介
在物などのような密度差がある領域であるかのいずれか
と考えられる。これらの不連続部が存在するところでは
部品の吸収特性に差があるので、部品を透過する放射線
の量が異なる。これらの放射線量の差を放射線写真フィ
ルムなどのような検出器で記録するかまたは観察すれば
、その差が不連続部の存在を反映する。放射線写真検査
法の制約の中には、微小空洞、微小縮みおよび微小割れ
が充分ばらばらに分離していて、検出できる程度の大き
な欠陥を示すのに充分な密度差を生じていない限り、そ
のような欠陥を検出できないという点がある。また、ビ
―ムが粒子によって屈折されるためＸ線フィルム上に誤
った表示が現われ、これが実際の欠陥を隠蔽してしまう
。さらに別の制約として、複雑な形状をもち厚みが変化
する部品の検査が困難であるということがある。最後に
、この方法は比較的費用がかかる。

【００１５】インベストメント鋳造された金属部品中に
存在する表面付近の微小縮みを検出するのに信頼のおけ
る非破壊検査法はないので、現在のところガスタ―ビン
用途に使用するのに適した部品を製造するには破壊検査
技術に頼らざるを得ない。この技術では、熱間静水圧プ
レス処理の後、代表的な部品を切断し、断面に表面付近
の微小縮みが存在するかどうか検査する。この検査では
、微小縮みを始めとする欠陥の位置を決定し、公知の判
定基準に従ってそのような欠陥を評価する。切断した部
品に表面付近の微小縮みが所定量を越えて存在すると、
普通は、その部品を製造するためのインベストメント鋳
造法を修正する必要があることになる。しかし通常、こ
の技術では鋳造品の容積の約５％未満が検査可能である
。

【００１６】切断を始めとする上記検査技術では、いず
れも、インベストメント鋳造された部品内の微小縮みの
位置を試験的に同定・決定するために、インベストメン
ト鋳造技術を理解する必要がある。次に、これら疑わし
い場所を切断による破壊検査にかけるかまたは非破壊検
査にかけて欠陥の徴候があるかどうか調べる。しかしな
がら、表面付近の微小縮みの存在する位置を決定するの
に有効なのは切断検査だけであった。だが切断によって
得られる情報は実際に検査する断面に限られる。また、
鋳造プロセスの任意性のため、表面付近の微小縮みの位
置と程度が鋳造毎に変化することは予測できない。

【００１７】非破壊試験法は表面付近の微小縮みを検出
することができないし、切断による試験は次に製造され
る鋳造品に表面付近の微小縮みがないかどうか確かめる
上で信頼性がないので、現在のところ、重要なタ―ビン
エンジン用途向けに製造されるインベストメント鋳造部
品に表面付近の微小縮みがないかどうか確かめる確実な
方法は存在しない。

【００１８】

【発明の概要】本発明のひとつの目的は、検出できない
ような微小縮みがほとんどなく、タ―ビンエンジン構造
用途に適した複雑なインベストメント鋳造部品を製造す
るための信頼のおける方法を提供することである。

【００１９】本発明の別の目的は、インベストメント鋳
造された超合金部品を熱間静水圧プレス処理にかけた後
、その部品の露出された鋳造表面材料を均一に少量除去
して熱間静水圧プレス処理では除けなかった表面付近の
微小縮みをあらわにする方法を提供することである。 この微小縮みは浸透試験法などのような従来の非破壊試
験法によって、同定・位置決定し評価・処置することが
できる。

【００２０】本明細書中で使用する「表面下の微小縮み
」という用語は、鋳造された部品で凝固過程中に液体金
属の収縮の結果形成される部品表面に連通してない空隙
（欠陥）を意味する。空隙は、液体金属が固化・冷却・
収縮するにつれて、原料溶融金属から孤立されて絡みあ
った樹脂状結晶の間で形成されてそこに捕捉される。

【００２１】本明細書中で使用する「表面付近の微小縮
み」という用語は、凝固過程中に形成され、鋳造された
部品の表面に近接して、通常は表面から約０．０２イン
チ以内に位置しており、そして顕微鏡的には鋳造部品の
表面に通じている空隙（欠陥）を意味し、したがって熱
間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理では除くことができない
ものである。

【００２２】本明細書中で使用する「微小縮み」という
用語は、表面付近の微小縮みと表面下の微小縮みの両方
を意味するものとする。

【００２３】前記した目的に従って、本発明はインベス
トメント鋳造品の微小縮みを実質的に排除するための方
法を提供する。この方法は、鋳造品を熱間静水圧プレス
（ＨＩＰ）処理して、表面下の微小縮みを含めて鋳造品
の表面に開口していない内部空隙を排除するステップと
、ＨＩＰ処理した鋳造品の表面を洗浄して鋳造品の表面
から異物を除去するステップと、次いで鋳造品の表面か
らほぼ均一に充分な金属を除去することにより潜在して
いる表面付近の微小縮みを露出させるステップとを含む
。このようにして製造された鋳造品の表面の露出された
微小縮みはその後、確立した判定基準を用いる公知の方
法に従って評価することができる。

【００２４】本発明のひとつの重要な局面は、微小縮み
を検出して排除するための本発明の方法の第一ステップ
として、インベストメント鋳造された部品をＨＩＰ処理
して表面下の微小縮みをもたない鋳造品を生成すること
である。ＨＩＰ処理は部品を圧密化し、圧密化（傷の癒
着）によって空隙、（粗大）縮み、亀裂および気孔など
のように表面下の大きな欠陥を除去するが、表面付近の
微小縮みを始めとする表面に通じている欠陥は変化させ
ることなく残すという作用がある。また、ＨＩＰ処理に
は、顕微鏡的に表面と連通していない表面下の微小縮み
を除去するという作用もある。しかし、ＨＩＰ処理は部
品表面と顕微鏡的に連通している表面付近の微小縮みを
取除くのには効果がない。というのは、そのような表面
開口欠陥は顕微鏡的なものであり、小さ過ぎて浸透剤が
入り込めないために通常の浸透法ではうまく検出するこ
とができないのであるが、このような表面開口欠陥の大
きさはＨＩＰ処理に使用する高圧の気体が入り込む程度
には充分であるからである。

【００２５】ＨＩＰ処理の後、インベストメント鋳造部
品を、部品の鋳造表面が均一に除去される処理にかける
。この除去は、研摩や機械加工などのような公知の金属
除去法のいずれによっても達成できる。部品は複雑な形
状をしていることも想定されるので、研摩や機械加工は
コスト的に無理があったり、形状的に不可能だったりす
る。表面材料除去の好ましい方法は、鋳造表面を部品か
ら所定の深さまでほぼ均一に除去するのに適した試薬に
部品を浸漬するといったような化学的手段である。好ま
しい試薬は、金属鋳造品の表面と反応して材料を除去す
る酸水溶液である。このプロセスを「化学的切削加工」
という。

【００２６】所望の深さまで鋳造表面を除去する前に鋳
造工場における標準的な技術を用いて部品を洗浄するこ
とができる。化学的切削加工の後、鋳造品に微小縮みが
存在するかどうか検査する前に、部品の表面を洗浄して
異物および／または残留化学品を除く必要がある。鋳造
品の検査は、視覚的技術によって、または視覚的な補助
を用いる技術によって、たとえば拡大鏡や顕微鏡を用い
て実施してもよい。しかしながら、好ましい方法は浸透
検査法である。可視染料浸透法と蛍光浸透法のいずれも
使用できるが、後者の方法が好ましい。もちろん場合に
よっては、この洗浄ステップを独立のステップとしてで
はなく標準的浸透法の一部として実施してもよい。

【００２７】微小縮みが同定されその位置が決定された
ら、公知の標準品との比較によって評価することができ
、必要であれば、影響を受けている局部領域を研摩や機
械加工などのような標準的除去技術によって除去するこ
とができる。除去の深さおよび部品の用途によっては、
当業者には良く知られている溶接技術によって部品を修
復する必要があることがある。

【００２８】

【発明の詳細】本発明によって、インベストメント鋳造
部品内の微小縮みを除去するために、表面下の微小縮み
を除去し、次いで表面付近の微小縮みを検出し、必要な
場合にはこれを除去する方法が提供される。特に、タ―
ビンエンジンに使用されるタイプのインベストメント鋳
造された超合金部品内の微小縮みを除去するために、表
面下の微小縮みを除去し、次いで表面付近の微小縮みを
検出し、必要な場合にはこれを除去する方法が提供され
る。

【００２９】微小縮みは鋳造品に内在する固有の欠陥で
ある。一般に、鋳造品の凝固中、ゲ―ト（堰）およびラ
イザ（湯口）システムからの供給金属が不十分な領域で
凝固・冷却中の金属に自然に起こる収縮の埋合わせをす
るために収縮が起こる。この収縮の結果、大きな空隙や
小さな微小空洞が生成し得、これは鋳造品の表面のずっ
と下や鋳造表面の直下に位置し得る。凝固中、金属が金
型に入るにつれて金型の表面に接触している金属が凝固
して表皮を形成する。凝固が進むにつれてこの表皮から
樹脂状結晶が成長して溶融金属の中に進んで行く。金属
が凝固するに従って収縮が起こる。樹脂状結晶が絡み合
った領域で凝固が起こり、しかし樹脂状結晶の間には液
体金属が残され、そして凝固・収縮が起こるにつれて液
体金属がこれらの領域中に流れ込めるような経路が存在
しない場合、空隙が形成され、収縮が生ずる。本発明は
、鋳造表面に開口していない収縮を排除すること、およ
び顕微鏡的には鋳造品の表面に通じており鋳造品の表面
のすぐ下に位置する収縮を検出することに関する。微小
縮みの生成機構はほとんどの鋳造プロセスに共通である
のでほとんどの鋳造プロセスで鋳造された部品の微小縮
みを検出して排除するのに本発明が有効であり得るが、
本発明はインベストメント鋳造プロセスで鋳造された部
品の微小縮みを検出して排除するのに極めて有用であり
、特にインベストメント鋳造プロセスで鋳造された超合
金に対して有用であることが判明している。

【００３０】表面付近の微小縮みが存在すると鋳造部品
の用途によってはその部品に対して重大な悪影響が出る
ことがある。図１に示されているように、表面付近の微
小縮みが存在すると交互に繰返して応力がかけられる部
品の寿命をひどく低下させ得る。図１は、鋳造してＨＩ
Ｐ処理した微小縮みを有するＩＮ−７１８部品のいろい
ろな応力での寿命の低下、および同じ部品に対する設計
寿命範囲を示している。微小縮みのひどさは、浸透検査
で検出可能な最低限の大きさであるクラス１０から、ク
ラス４０まで増大している。微小縮みを排除すると、設
計者は、高い繰返し応力を有する用途に、疲れサイクル
数を低下させることなく部品を利用でき、その結果、よ
り効率の良いエンジンを得ることができる。あるいは、
微小縮みをもたない部品を微小縮みを含有する部品と同
じ繰返し応力レベルで使用した場合、設計者が破壊の心
配をしなければならなくなるまでに耐えることができる
疲れサイクル数を多くできる。ここでふたたび図１を参
照すると、たとえばクラス４０の微小縮みを有し、約４
０ｋｓｉ　の繰返し応力がかかる部品の設計寿命は約２
０００疲れサイクルである。しかし、微小縮みをもたな
い部品を同じ繰返し応力レベルで使用するときの設計寿
命は約８０，０００疲れサイクルである。このような部
品寿命の改善は、メンテナンスの必要性が減少し、部品
交換の回数が減り、したがってタ―ビンエンジン業者に
とって運転コストが低くなるということを意味している
。

【００３１】今日までのところ、インベストメント鋳造
されたニッケル基超合金部品の表面付近の微小縮みを検
出するのに信頼性のある非破壊検査法はない。現在、表
面付近の微小縮みを検出するには、ＨＩＰ処理後の鋳造
部品を切断してその断面に微小縮みが存在するかどうか
で検査している。この方法は必然的に破壊試験であるの
で、検査した部品は使用不可能になってしまう。したが
って、標本抽出法に頼らざるを得ない。さらに重大な欠
点は、切断面の検査では部品全体を調べることができず
、切断によって得られる限られた表面のみしか調べられ
ないということである。すなわち、切断した表面に微小
縮みが存在しなかったとしても、そのすぐ近接する場所
にはかなりの微小縮みがある可能性があり、そのため切
断する位置の選択によっては間違った結論に至ることに
なりかねない。たとえ選択した場所が微小縮みが生じ易
いことが知られている領域であるとしても、特定の断面
に微小縮みがあるかどうか確実ではないし、あるいはあ
ったとしても特定の鋳造法によって生じた微小縮みを代
表しているものかどうか確かではない。

【００３２】現在一般的に行なわれているこれらの部品
の加工処理では、約２１２５°Ｆもの高い温度、および
約１５，０００ポンド／平方インチもの高い圧力で部品
をＨＩＰ処理する必要がある。このＨＩＰ処理の目的は
、インベストメント鋳造部品内に位置していて表面に通
じていない表面下の欠陥（たとえば、気孔、空隙、亀裂
など）をなくすことである。しかし、ＨＩＰ処理は鋳造
品の表面に開口している欠陥にはまったく効果を及ぼさ
ない。

【００３３】このＨＩＰ処理は、微小縮みが鋳造品の表
面より充分下に位置していて鋳造品の表面と顕微鏡的な
連通がないような微小縮みであればこれを除去するのに
有効であることが判明している。しかし、ＨＩＰ処理は
、鋳造品の表面のすぐ下に位置しており、顕微鏡的にみ
て鋳造表面と連通している表面付近の微小縮みを除去す
るのには効果がなかった。

【００３４】この顕微鏡的な連通は、極めて小さいので
染料浸透剤などのような流体が浸透することはできず、
また目視検査では検出不可能であるとはいっても、ＨＩ
Ｐの高圧下の気体が浸入できる程度には充分大きい。そ
のため、ＨＩＰ処理は、そのような微小縮みを除くのに
は効力がないことになる。ＨＩＰ処理の正味の結果は、
表面下の微小縮み、気孔および亀裂を始めとして、表面
に連通していない表面下の欠陥のみを除去するというこ
とである。

【００３５】本発明は、インベストメント鋳造されたニ
ッケル基超合金内に残存する表面付近の微小縮みを検出
する方法に関する。タ―ビンエンジンに使用されるイン
ベストメント鋳造部品と類似の代表的な鋳造品を図２に
示す。この部品を上記のように典型的なＨＩＰ処理にか
けて表面下の微小縮み、気孔および亀裂などのようなあ
る種の内部欠陥を除去する。しかし、図３に示してある
ように表面と顕微鏡的につながっている表面付近の微小
縮みは、ＨＩＰ後も鋳造表面のすぐ下にとどまる。次に
、標準的な鋳造工場の習慣に従って鋳造品の表面を洗浄
する。強く付着している異物を除くためには機械的洗浄
手段が必要なことがある。

【００３６】表面付近の微小縮みを露出させるために、
充分な量の表面層、すなわち鋳造表面を均一に除去する
。表面の均一な除去を達成する好ましい方法は、鋳造品
の金属と適度に反応してこれを適当に溶解するのに適し
た試薬中に鋳造品全体を浸漬することである。好ましい
試薬は酸水溶液である。特定の酸水溶液は、除去しなけ
ればならない金属を含む個々の合金によって変わる。 部品の表面からの均一な金属除去を達成するために、特
に複雑な部品の場合には、酸を攪拌したり、酸中に浸漬
された部品を動かしたり、または酸を攪拌すると共に部
品を動かしたりする必要があることがある。

【００３７】特定のニッケル基超合金に対して選択した
特定の酸水溶液は部品から均一に金属を除去するが、残
りの表面の粒間を攻撃してはならない。本明細書中で粒
間攻撃とは、０．０００５インチ以上の深さまで及ぶ部
品表面の結晶粒界の優先的な攻撃と定義される。粒間攻
撃は、特に高い応力用途で使用する場合の部品を弱くす
る傾向がある。そのような選択的な攻撃は、ひとつの相
が優先的に攻撃されて点食とくぼみが生じたり生じなか
ったりし、その結果一様でない表面をもった部品が得ら
れる。

【００３８】表面付近の微小縮みの検出を可能にするた
めに、通常タ―ビン用途に使用されるニッケル基超合金
鋳造品の表面から均一に除去しなければならない金属の
量は、少なくとも０．００５インチである。表面から除
去される金属の量が不充分であると微小縮みが検出され
ないで残る。除去する金属の好ましい量は約０．００８
〜約０．０２０インチである。これより多くの金属を除
去してもよいが、表面付近の微小縮みを露出させるのに
余分な除去は必要でないことが判明している。

【００３９】本発明の好ましい化学的切削加工技術を使
用して鋳造品の表面から金属を除去する場合、除去する
金属の量は、酸浴の濃度を変えるか、部品を酸浴中に漬
けておく滞留時間を変えるか、酸の温度を変えるか、ま
たは、これらの技術を適当に組合せることによって調節
できる。使用する酸の濃度と組成はいろいろに変えるこ
とができるが、インベストメント鋳造したＩＮ−７１８
部品とルネ（Ｒｅｎｅ’）２２０Ｃ部品の表面から金属
を除去する際に最も有効な制御が得られるのは、容量％
で、ボ―メ度（Ｂａｕｍｅ’）４２°の濃度を有する塩
化第二鉄を約６２〜約７３％、ボ―メ度（Ｂａｕｍｅ’
）約４２°の濃度を有する硝酸を約８〜約１２％、ボ―
メ度（Ｂａｕｍｅ’）約４２°の濃度を有するフッ化水
素酸を約１０〜約１５％含有し、残部が水とそれに付随
する不純物である溶液を、約１２５°Ｆ〜約１５０°Ｆ
の温度で、約５〜約４０分の間使用する場合であること
が判明している。これらの条件下で部品の表面から除去
される金属の量は約０．００５〜約０．０３０インチの
範囲以内である。これらと異なる温度、濃度または時間
を使用してもよいが、その結果達成される材料除去速度
は速過ぎるか遅過ぎるため望ましくないことがある。酸
溶液中に適当な滞留時間の間漬けた後鋳造品を酸溶液か
ら取出す。

【００４０】化学的切削加工によって鋳造品の表面から
金属を除去した後、鋳造品をきれいな水で濯ぐかまたは
きれいな水に漬けて中和すると共に酸と残渣を完全に除
く。次に、部品を約２５０°Ｆよりも高い温度で乾燥さ
せる。好ましい温度範囲は約１６００〜約２１５０°Ｆ
である。この乾燥は、圧力が１トル以下の減圧下で約１
５〜約６０分間実施して、残留するあらゆる液体を除去
するのが好ましい。

【００４１】表面材料を少なくとも約０．００５インチ
除去した後、前には検出できなかった表面付近の微小縮
みを標準的な検査法で検出することが可能である。微小
縮みの位置と大きさのため、現在いくつかの非破壊検査
法のみが利用できる。利用できる方法の中に視覚検査が
ある。しかし、微小縮みは顕微鏡で見なければならない
ほど微視的なので、いずれの視覚的検査法も増幅手段、
たとえば拡大鏡や顕微鏡によってその能力を高めなけれ
ばならない。したがって、化学的切削加工の後表面下の
微小縮みの位置を決定するのに好ましい方法は浸透検査
法である。可視染料浸透法か傾向浸透法のいずれかを使
用すればよいが、後者が最も好ましい方法である。

【００４２】

【実施例の記載】以下の特定実施例により本発明で考え
られる材料と手順を説明する。これらの実施例は例示の
ために挙げるだけであり、限定するものではないと考え
られたい。

【００４３】実施例１ 　　重量％で約１９％がクロム、約５２．５％がニッケ
ル、約３％がモリブデン、約４．９％がコロンビウム＋
タンタル、約０．９％がチタン、約０．５％がアルミニ
ウムおよび残部が鉄と付随の不純物という公称組成を有
するインベストメント鋳造したインコネル（Ｉｎｃｏｎ
ｅｌ）７１８（ＩＮ−７１８）部品を、標準的な鋳造工
場の技術を用いて洗浄した後、約２１００°Ｆの温度お
よび約１５，０００ｐｓｉ　の圧力で標準的な技術を用
いてＨＩＰ処理して表面下の微小縮みを除去する。次に
この部品を、容量％で約６７．５％が約４２°のボ―メ
度（Ｂａｕｍｅ’）の濃度を有する塩化第二鉄、約１０
％が約４２°のボ―メ度（Ｂａｕｍｅ’）の濃度を有す
る硝酸、約１２．５％が約４２°のボ―メ度（Ｂａｕｍ
ｅ’）の濃度を有するフッ化水素酸、および残部が水と
それに付随する不純物という組成を有し、約１３５°Ｆ
の温度に保たれた酸浴に完全に浸漬する。この温度はど
のような温度調節手段で維持してもよいが、通常は浴の
外部にあるが熱を浴中に伝導・伝達する電気抵抗ヒ―タ
―で温度を保つ。温度は標準的な実験室用温度計を用い
てモニタ―する。耐酸材料でできていて外部電動モ―タ
―によって駆動される扇状の装置で酸浴を穏やかに掻き
混ぜる。約１０〜約１５分後、酸浴から部品を取出す。 除去する金属の量は浴中に浸漬する時間の長さを変える
ことによって増減することができるが、経験によると金
属は毎分約０．０００７５〜約０．００１５インチの割
合で除去される。部品を取出したらすぐ、周囲温度に保
った水中に約１〜約５分間完全に浸漬して残存する酸を
すべて中和して洗い流す。この水は、耐酸材料でできて
いて外部電動モ―タ―によって駆動される扇状の装置を
用いて穏やかに掻き混ぜる。その後、部品を約１９００
〜約１９５０°Ｆの温度に保ったオ―ブン中に入れて約
１トルの雰囲気で約１時間真空熱サイクルにかける。次
に、標準的な蛍光浸透法によって部品に微小縮みがある
かどうか検査する。

【００４４】実施例２ 　　重量％で約１９％がクロム、約３．２％がモリブデ
ン、約５．２％がコロンビウム、約３．２％がタンタル
、約０．５％がアルミニウム、約１．０％がチタン、約
１２％がコバルトおよび残部がニッケルと付随の不純物
という公称組成を有するルネ（Ｒｅｎｅ’）２２０Ｃ部
品を、標準的な鋳造工場の技術を用いて洗浄した後、約
２１００°Ｆの温度および約１５，０００ｐｓｉ　の圧
力で標準的な技術を用いてＨＩＰ処理して表面下の微小
縮みを除去する。次にこの部品を、容量％で約６７．５
％が約４２°のボ―メ度（Ｂａｕｍｅ’）の濃度を有す
る塩化第二鉄、約１０％が約４２°のボ―メ度（Ｂａｕ
ｍｅ’）の濃度を有する硝酸、約１２．５％が約４２°
のボ―メ度（Ｂａｕｍｅ’）の濃度を有するフッ化水素
酸、および残部が水とそれに付随する不純物という組成
を有し、約１３５°Ｆの温度に保たれた酸浴に完全に浸
漬する。この温度はどのような温度調節手段で維持して
もよいが、通常は浴の外部にあるが熱を浴中に伝導・伝
達する電気抵抗ヒ―タ―で温度を保つ。温度は標準的な
実験室用温度計を用いてモニタ―する。耐酸材料ででき
ていて外部電動モ―タ―によって駆動される扇状の装置
で酸浴を穏やかに掻き混ぜる。約１０〜約１５分後、酸
浴から部品を取出す。除去する金属の量は浴中に浸漬す
る時間の長さを変えることによって増減することができ
るが、経験によると金属は毎分約０．０００７５〜約０
．００１５インチの割合で除去される。部品を取出した
らすぐ、約１〜約５分間周囲温度に保った水中に完全に
浸漬して残存する酸をすべて中和して洗い流す。この水
は、耐酸材料でできていて外部電動モ―タ―によって駆
動される扇状の装置を用いて穏やかに掻き混ぜる。その
後、部品を約１時間約１９７５〜約２０２５°Ｆの温度
に保ったオ―ブン中に入れることによって約１トルの雰
囲気で真空熱サイクルにかける。 次に、標準的な蛍光浸透法によって部品に微小縮みがあ
るかどうか検査する。

【００４５】本発明は、タ―ビンエンジン構造用途に適
した微小縮みのない複雑なインベストメント鋳造部品を
製造するための信頼できる方法を提供する。熱間静水圧
プレス処理の後部品の露出された鋳造表面材料の少量を
均一に除去することによって、熱間静水圧プレス処理で
は除去されなかった微小縮みが露出される。この露出さ
れた表面付近の微小縮み（これは従来破壊検査法でなけ
れば検出できなかった）はその後、その位置を決定し、
許容できるか除去すべきかどうか評価することができる
。

【００４６】インベストメント鋳造された部品から微小
縮みが除去されると、設計者がこれらの部品を、より効
率的なエンジンを得ることになるようなより高い応力レ
ベルを有する用途、または、メンテナンスと部品交換が
より少なくなるようなより長い設計寿命を有する用途に
利用することが可能になる。これにより、タ―ビンエン
ジン業者は運転コストを下げることができる。

【００４７】広い局面における本発明は上に示して説明
した特定の具体例に限定されない。本発明の原理から逸
脱することなく、かつ本発明の主たる利点を犠牲にする
ことなく、上記具体例から外れてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面付近の微小縮みが、インベストメント鋳造
し、ＨＩＰ処理したインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）７１
８（ＩＮ−７１８）部品の寿命に及ぼす悪影響を示す低
サイクル疲れ曲線である。表面付近の微小縮みの程度を
ＣＬ（クラス）−１０，−２０，−３０および−４０で
表わす。

【図２】代表的なインベストメント鋳造部品の上面図で
あり、当初の鋳造表面と、約０．０２インチの深さまで
化学的切削加工した後の表面とが示されている。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、表面付
近の微小縮みの代表的なポケットがＢとして示されてい
る。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋳造品中の微小縮みを検出して実質的
   に排除するための方法であって、鋳造品を熱間静水圧プ
   レス処理して、鋳造品の表面に開口していない内部空隙
   と表面下の微小縮みを排除するステップ、鋳造品の表面
   を洗浄して異物を除去するステップ、および、次いで、
   表面付近の微小縮みを露出させるのに充分な金属を鋳造
   品の表面からほぼ均一に除去するステップを含むことを
   特徴とする方法。
2. 【請求項２】　　前記鋳造品の表面からほぼ均一に金属
   を除去するステップが、適切な試薬に鋳造品を浸漬する
   ことを含んでいる、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　前記鋳造品の表面からほぼ均一に金属
   を除去するステップが、約５〜約４０分の間適切な試薬
   に鋳造品を浸漬し、鋳造品をきれいな水で濯ぎ、約２５
   ０°Ｆより高い温度で鋳造品を乾燥させる操作を含んで
   いる、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】　　鋳造品の乾燥を、約１６００〜約２１
   ５０°Ｆの温度で約１トルまでの圧力に保った真空雰囲
   気内で約１５〜約６０分の間実施する、請求項３記載の
   方法。
5. 【請求項５】　　前記試薬が酸水溶液である、請求項３
   記載の方法。
6. 【請求項６】　　前記酸水溶液が、ボ―メ度４２°の濃
   度を有する塩化第二鉄を約６２〜約７３容量％、ボ―メ
   度約４２°の濃度を有する硝酸を約８〜約１２容量％、
   およびボ―メ度４２°の濃度を有するフッ化水素酸を約
   １０〜約１５容量％含み、残部が水および付随する不純
   物である、請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】　　前記酸水溶液が、ボ―メ度約４２°の
   濃度を有する塩化第二鉄を約６７．５容量％、ボ―メ度
   約４２°の濃度を有する硝酸を約１０容量％、およびボ
   ―メ度４２°の濃度を有するフッ化水素酸を約１２．５
   容量％含み、残部が水および付随する不純物である、請
   求項６記載の方法。
8. 【請求項８】　　前記酸水溶液を約１２５〜約１５０°
   Ｆの温度に保つ、請求項５記載の方法。
9. 【請求項９】　　前記酸水溶液を約１３５°Ｆの温度に
   保つ、請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】　　鋳造品がインベストメント鋳造され
    た超合金である、請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】　　インベストメント鋳造された超合金
    鋳造品が、重量％で約１９％のクロム、約５２．５％の
    ニッケル、約３％のモリブデン、約４．９％のコロンビ
    ウム＋タンタル、約０．９％のチタン、約０．５％のア
    ルミニウムを含み、残部が鉄および付随する不純物とい
    う公称組成を有するインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）７１
    ８を含んでいる、請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】　　インベストメント鋳造された超合金
    鋳造品が、重量％で約１９％のクロム、約３．２％のモ
    リブデン、約５．２％のコロンビウム、約３．２％のタ
    ンタル、約０．５％のアルミニウム、約１．０％のチタ
    ン、約１２％のコバルトを含み、残部がニッケルおよび
    付随する不純物という公称組成を有するルネ（Ｒｅｎｅ
    ’）２２０Ｃ部材を含んでおり、鋳造品を熱間静水圧プ
    レス処理して、鋳造品の表面に開口していない内部空隙
    と表面下の微小縮みを排除するステップ、鋳造品の表面
    を洗浄して異物を除去するステップ、次いで、鋳造品の
    表面からほぼ均一に金属を除去して表面付近の微小縮み
    を露出させるステップ、および、その後、鋳造品の表面
    に微小縮みがないかどうか検査するステップを含むこと
    を特徴とする、請求項１０記載の方法。
13. 【請求項１３】　　前記鋳造品の表面からほぼ均一に金
    属を除去するステップが、少なくとも０．００５インチ
    の金属を除去することを含んでいる、請求項１記載の方
    法。
14. 【請求項１４】　　前記鋳造品の表面からほぼ均一に金
    属を除去するステップが、約０．００８〜約０．０２０
    インチの金属を除去することを含んでいる、請求項１記
    載の方法。
15. 【請求項１５】　　実質的に微小縮みをもたないインベ
    ストメント鋳造された製品であって、鋳造品の表面に開
    口していない内部空隙と表面下の微小縮みを実質的にも
    たない熱間静水圧プレス処理された構造体からなってお
    り、インベストメント鋳造された表面の約０．００８〜
    約０．０２０インチが実質的に均一に除去されている製
    品。
16. 【請求項１６】　　前記インベストメント鋳造された物
    品がニッケル基超合金である、請求項１５記載の物品。
17. 【請求項１７】　　ニッケル基超合金がインコネル（Ｉ
    ｎｃｏｎｅｌ）７１８である、請求項１６記載の物品。
18. 【請求項１８】　　ニッケル基超合金がルネ（Ｒｅｎｅ
    ’）２２０Ｃである、請求項１７記載の物品。