JPH04231170A - プラットホームを有する超合金製タービンエンジン羽根を単結晶凝固により鋳造するための鋳型 - Google Patents
プラットホームを有する超合金製タービンエンジン羽根を単結晶凝固により鋳造するための鋳型Info
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- JPH04231170A JPH04231170A JP3259930A JP25993091A JPH04231170A JP H04231170 A JPH04231170 A JP H04231170A JP 3259930 A JP3259930 A JP 3259930A JP 25993091 A JP25993091 A JP 25993091A JP H04231170 A JPH04231170 A JP H04231170A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に超合金製タービン
エンジン羽根のような部材を単結晶として凝固させなが
ら鋳造する製造方法で使用するための鋳型に係わる。
エンジン羽根のような部材を単結晶として凝固させなが
ら鋳造する製造方法で使用するための鋳型に係わる。
【０００２】
【従来の技術】公知の技術でこのような製造方法を実施
する場合には、鋳型の上部に溶融金属を供給し、凝固面
（ｆｒｏｎｔ）が下から上に向かって垂直に進むように
、冷却した底部からの指向性凝固（ｓｏｌｉｄｉｆｉｃ
ａｔｉｏｎ ｄｉｒｉｇｅｅ）を行う。特定用途とし
てこの方法を単結晶部材の製造に使用する場合は、鋳型
の下部に選択装置を具備して鋳型の出口で単一の結晶粒
を選択する。この種の単結晶部材鋳造方法の具体例は、
特に仏国特許出願第１ ４８１ ３６６号及び第２
０３７ １８７号に開示されている。
する場合には、鋳型の上部に溶融金属を供給し、凝固面
（ｆｒｏｎｔ）が下から上に向かって垂直に進むように
、冷却した底部からの指向性凝固（ｓｏｌｉｄｉｆｉｃ
ａｔｉｏｎ ｄｉｒｉｇｅｅ）を行う。特定用途とし
てこの方法を単結晶部材の製造に使用する場合は、鋳型
の下部に選択装置を具備して鋳型の出口で単一の結晶粒
を選択する。この種の単結晶部材鋳造方法の具体例は、
特に仏国特許出願第１ ４８１ ３６６号及び第２
０３７ １８７号に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】部材に所定の結晶学的
配列を与え且つ結晶粒の選択を適切に行うための解決策
は、これまでにも色々提案されてきた。しかしながら用
途によっては、特にプラットホーム付き単結晶羽根にこ
の種の公知の製造方法を使用する場合には、重大な問題
が依然として存在する。即ち、羽根のプラットホームの
レベルに寄生結晶粒が発生するため、特定の幾何学的形
態の実現が不可能であるか、面倒で時間及び費用がかか
りしかも満足な結果は殆ど得られない調整が必要になる
か、又は不良製品が過剰に発生する。このような寄生結
晶粒の発生（ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｐａｒａｓｉ
ｔｅ）の原因は、羽根のプラットホームが羽根の残りの
部分とは別個により速い速度で早期に周縁部から冷却さ
れることにある。この現象は種々の要因によって促進さ
れ得る。
配列を与え且つ結晶粒の選択を適切に行うための解決策
は、これまでにも色々提案されてきた。しかしながら用
途によっては、特にプラットホーム付き単結晶羽根にこ
の種の公知の製造方法を使用する場合には、重大な問題
が依然として存在する。即ち、羽根のプラットホームの
レベルに寄生結晶粒が発生するため、特定の幾何学的形
態の実現が不可能であるか、面倒で時間及び費用がかか
りしかも満足な結果は殆ど得られない調整が必要になる
か、又は不良製品が過剰に発生する。このような寄生結
晶粒の発生（ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｐａｒａｓｉ
ｔｅ）の原因は、羽根のプラットホームが羽根の残りの
部分とは別個により速い速度で早期に周縁部から冷却さ
れることにある。この現象は種々の要因によって促進さ
れ得る。
【０００４】単結晶を形成する場合には、初期の核（ｇ
ｅｒｍｅ）を或る体積内で、その体積のいずれの部分も
当該合金の液相線温度に達しないうちに成長させる必要
がある。この条件は、熱勾配がプラットホームの長さ及
び幅と直交する方向に自然に生じる羽根のプラットホー
ムの場合には制御が難しい。
ｅｒｍｅ）を或る体積内で、その体積のいずれの部分も
当該合金の液相線温度に達しないうちに成長させる必要
がある。この条件は、熱勾配がプラットホームの長さ及
び幅と直交する方向に自然に生じる羽根のプラットホー
ムの場合には制御が難しい。
【０００５】羽根のプラットホームでは、異方性結晶粒
の形成（ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅ
）による寄生結晶粒の発生も起こる。この現象はプラッ
トホームの場合には下記の条件によって促進される：−
凝固時の鋳型の粗度が大きく、この粗度が高温で金
属と鋳型の壁との間に生じる反応により更に増大し得る
。
の形成（ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅ
）による寄生結晶粒の発生も起こる。この現象はプラッ
トホームの場合には下記の条件によって促進される：−
凝固時の鋳型の粗度が大きく、この粗度が高温で金
属と鋳型の壁との間に生じる反応により更に増大し得る
。
【０００６】− 表面積対体積の比が大きい。
【０００７】− 折点が存在する。
【０００８】このような条件では、許容し得る過融解又
は凝固遅延が或る程度を超えることはできない。従って
、鋳型の壁及びプラットホームの或る体積要素が鋳込み
合金の液相線温度に到達すると、寄生結晶粒の発生及び
結晶粒の成長が生起し得、その結果部材に欠陥が生じる
ことになる。
は凝固遅延が或る程度を超えることはできない。従って
、鋳型の壁及びプラットホームの或る体積要素が鋳込み
合金の液相線温度に到達すると、寄生結晶粒の発生及び
結晶粒の成長が生起し得、その結果部材に欠陥が生じる
ことになる。
【０００９】図１は、単結晶部材の一例として羽根１を
平面図で示している。部分２は初期核に由来する結晶粒
であり、羽根の翼３及びプラットホーム４の部分４ａを
含んでいる。プラットホームはこの実施例では長さ及び
幅が厚みより大きい。プラットホームの部分４ｂには寄
生結晶粒が発生している。
平面図で示している。部分２は初期核に由来する結晶粒
であり、羽根の翼３及びプラットホーム４の部分４ａを
含んでいる。プラットホームはこの実施例では長さ及び
幅が厚みより大きい。プラットホームの部分４ｂには寄
生結晶粒が発生している。
【００１０】前記問題の解決策の１つとして、結晶粒選
択器を羽根のプラットホームの危険のある部分に接続す
る結晶粒導入平行通路の使用が試みられた。このように
すれば、プラットホームの低温地点に初期配列が再現さ
れ、その地点で結晶粒が羽根の中央部に由来する結晶粒
と同時に成長し、次いで結晶粒の２つの部分が再癒着す
る。しかしながらこの方法には危険性も欠点もないとい
うわけではなく、各部材毎に複雑で時間のかかる特異な
調整を必ず行わなければならない。部材に連通するこの
導入通路は配置及び除去に面倒な操作を必要とし、例え
ば切断によって除去すればその後で仕上げ処理が必要に
なる。また、結晶粒の再癒着部分に配列の乱れが観察さ
れることもあり、場合によっては導入通路の存在が再結
晶粒の原因となり得る。これらの問題はいずれも、この
解決策を部材の連続製造に使用する上で不都合なもので
ある。
択器を羽根のプラットホームの危険のある部分に接続す
る結晶粒導入平行通路の使用が試みられた。このように
すれば、プラットホームの低温地点に初期配列が再現さ
れ、その地点で結晶粒が羽根の中央部に由来する結晶粒
と同時に成長し、次いで結晶粒の２つの部分が再癒着す
る。しかしながらこの方法には危険性も欠点もないとい
うわけではなく、各部材毎に複雑で時間のかかる特異な
調整を必ず行わなければならない。部材に連通するこの
導入通路は配置及び除去に面倒な操作を必要とし、例え
ば切断によって除去すればその後で仕上げ処理が必要に
なる。また、結晶粒の再癒着部分に配列の乱れが観察さ
れることもあり、場合によっては導入通路の存在が再結
晶粒の原因となり得る。これらの問題はいずれも、この
解決策を部材の連続製造に使用する上で不都合なもので
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】これらの問題を解決すべ
く、本発明の鋳型は指向性凝固の最中に寄生結晶粒が発
生し得る部材部分の近傍に配置された少なくとも１つの
金属塊（ｍａｓｓｅｌｏｔｔｅ）と協働することを特徴
とする。この金属塊は鋳造中の部材から分離されており
、前記部材部分の凝固を遅らせる熱塊（ｍａｓｓｅ
ｔｈｅｒｍｉｑｕｅ）を構成する。
く、本発明の鋳型は指向性凝固の最中に寄生結晶粒が発
生し得る部材部分の近傍に配置された少なくとも１つの
金属塊（ｍａｓｓｅｌｏｔｔｅ）と協働することを特徴
とする。この金属塊は鋳造中の部材から分離されており
、前記部材部分の凝固を遅らせる熱塊（ｍａｓｓｅ
ｔｈｅｒｍｉｑｕｅ）を構成する。
【００１２】この金属塊は、有利には、凝固すべき部材
を構成する金属と同じか又はやや低い温度で相転移する
金属からなる。
を構成する金属と同じか又はやや低い温度で相転移する
金属からなる。
【００１３】プラットホームを有する羽根の場合は、熱
塊を構成する金属塊をプラットホームの近傍でその両側
に具備すると有利である。
塊を構成する金属塊をプラットホームの近傍でその両側
に具備すると有利である。
【００１４】本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に
基づく以下の非限定的実施例の説明で明らかにされよう
。
基づく以下の非限定的実施例の説明で明らかにされよう
。
【００１５】
【実施例】部材を単結晶として凝固させる鋳造で製造す
る方法は、特にタービンエンジンの羽根に適用されてい
る。この種の羽根１の一例を図２に示した。羽根１は脚
部５と翼３とを含み、その間にプラットホーム４が配置
されている。この図の羽根１は垂直位置にある。翼３に
つながる下部には、結晶粒選択器への接続部６が示され
ている。
る方法は、特にタービンエンジンの羽根に適用されてい
る。この種の羽根１の一例を図２に示した。羽根１は脚
部５と翼３とを含み、その間にプラットホーム４が配置
されている。この図の羽根１は垂直位置にある。翼３に
つながる下部には、結晶粒選択器への接続部６が示され
ている。
【００１６】図３は翼３及びプラットホーム４を含む羽
根１を下から見た簡単な説明図である。鋳型７は細線で
簡単に示した。本発明ではその特徴として、鋳型７が、
プラットホーム４の近傍でその両側に１つずつ互いにず
れるように配置された２つの金属塊８ａ及び８ｂを含む
。これらの金属塊８ａ及び８ｂは熱塊を構成し、特に、
この実施例では羽根１である凝固すべき部材１を構成す
る合金と同じ温度か又は好ましくはそれよりやや低い温
度で相転移を起こす金属からなる。このような金属塊８
ａ及び８ｂを具備する目的は、特に部材の外縁部と中央
部との間のプラットホームのレベルにおいて、羽根１の
翼３の凝固面の前進方向と直交する水平面上の熱勾配の
方向及び値を制御することにある。このようにすれば、
プラットホーム４のレベルにおける寄生結晶粒の発生が
防止され、高品質の製品、例えば欠陥のない単結晶羽根
１が得られる。前記熱塊８ａ及び８ｂは凝固中に潜熱を
放出し、その結果羽根１のプラットホーム４の周縁部が
再加熱される。
根１を下から見た簡単な説明図である。鋳型７は細線で
簡単に示した。本発明ではその特徴として、鋳型７が、
プラットホーム４の近傍でその両側に１つずつ互いにず
れるように配置された２つの金属塊８ａ及び８ｂを含む
。これらの金属塊８ａ及び８ｂは熱塊を構成し、特に、
この実施例では羽根１である凝固すべき部材１を構成す
る合金と同じ温度か又は好ましくはそれよりやや低い温
度で相転移を起こす金属からなる。このような金属塊８
ａ及び８ｂを具備する目的は、特に部材の外縁部と中央
部との間のプラットホームのレベルにおいて、羽根１の
翼３の凝固面の前進方向と直交する水平面上の熱勾配の
方向及び値を制御することにある。このようにすれば、
プラットホーム４のレベルにおける寄生結晶粒の発生が
防止され、高品質の製品、例えば欠陥のない単結晶羽根
１が得られる。前記熱塊８ａ及び８ｂは凝固中に潜熱を
放出し、その結果羽根１のプラットホーム４の周縁部が
再加熱される。
【００１７】本発明のこのような解決策は特に、金属塊
と鋳造すべき部材との間に接続部がないため、公知の先
行技術に見られたような鋳造後の欠陥の発生が防止され
るという利点を有する。
と鋳造すべき部材との間に接続部がないため、公知の先
行技術に見られたような鋳造後の欠陥の発生が防止され
るという利点を有する。
【００１８】特定の用途毎に使用される熱塊の大きさ並
びにその形状及び位置は、部材の特定の幾何学的条件、
特に該部材の危険部分に応じて決定される。特に熱塊の
大きさは、問題の部材部分の凝固を遅らせるのに十分な
ほど大きくなければならない。この熱塊は大きな熱容量
を有し、潜熱を大量に放出する。その形状因子は、該熱
塊を鋳造装置の熱遮蔽の高さに配置した時に低温ゾーン
と向かい合う面積が最小になるような条件を満たさなけ
ればならない。逆に、部材の危険部分との間、該実施例
では羽根１のプラットホーム４との間で伝導により熱交
換する該熱塊の面積は大きくする必要がある。伝導によ
る熱交換を促進するには、熱塊を部材の危険部分と接触
させることなく該部分のできるだけ近くに配置しなけれ
ばならない。
びにその形状及び位置は、部材の特定の幾何学的条件、
特に該部材の危険部分に応じて決定される。特に熱塊の
大きさは、問題の部材部分の凝固を遅らせるのに十分な
ほど大きくなければならない。この熱塊は大きな熱容量
を有し、潜熱を大量に放出する。その形状因子は、該熱
塊を鋳造装置の熱遮蔽の高さに配置した時に低温ゾーン
と向かい合う面積が最小になるような条件を満たさなけ
ればならない。逆に、部材の危険部分との間、該実施例
では羽根１のプラットホーム４との間で伝導により熱交
換する該熱塊の面積は大きくする必要がある。伝導によ
る熱交換を促進するには、熱塊を部材の危険部分と接触
させることなく該部分のできるだけ近くに配置しなけれ
ばならない。
【００１９】図３に示すような鋳型アセンブリを使用す
ると、大きなプラットホームを有する単結晶羽根の鋳造
が極めて好ましい状態で実施された。
ると、大きなプラットホームを有する単結晶羽根の鋳造
が極めて好ましい状態で実施された。
【図１】本発明の解決策を講じなかった場合に発生する
寄生結晶粒欠陥を示す、単結晶鋳造で製造した羽根の平
面図である。
寄生結晶粒欠陥を示す、単結晶鋳造で製造した羽根の平
面図である。
【図２】垂直位置にある羽根の正面図である。
【図３】本発明の一実施例による単結晶羽根と対応する
鋳型とを下から見た簡単な説明図である。
鋳型とを下から見た簡単な説明図である。
１ 羽根
３ 翼
４ プラットホーム
８ａ、８ｂ 金属塊
Claims (3)
- 【請求項１】特に超合金製タービンエンジン羽根を単結
晶として凝固させることにより製造するための鋳型であ
って結晶粒選択装置を備えており、指向性凝固の間に寄
生結晶粒が発生し得る部材部分の近傍、特に羽根のプラ
ットホームの近傍に配置された少なくとも１つの金属塊
と協働するようになっており、この金属塊が鋳造中の部
材から分離されていて前記部材部分の凝固を遅らせる機
能を果たす熱塊を構成していることを特徴とする、特に
超合金製タービンエンジン羽根を単結晶として凝固させ
ることにより製造するための鋳型。 - 【請求項２】金属塊が、凝固すべき部材を構成する金属
と同じ温度か又はそれよりやや低い温度で相転移する金
属からなる請求項１に記載の鋳型。 - 【請求項３】プラットホームを有する単結晶羽根の製造
に使用され、熱塊を構成する金属塊がプラットホームの
近傍でその両側に１つずつ配置されており、これら金属
塊の位置が平面図で見た場合に前記プラットホームを挟
んで互いに対角線状に配置されている請求項１又は２に
記載の鋳型。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9008446 | 1990-07-04 | ||
| FR9008446A FR2664187B1 (fr) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | Moule de fonderie pour la fabrication de pieces par solidification monocristalline. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04231170A true JPH04231170A (ja) | 1992-08-20 |
| JPH07108451B2 JPH07108451B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=9398324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3259930A Expired - Lifetime JPH07108451B2 (ja) | 1990-07-04 | 1991-07-04 | プラットホームを有する超合金製タービンエンジン羽根を単結晶凝固により鋳造するための鋳型 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5269365A (ja) |
| EP (1) | EP0465353B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07108451B2 (ja) |
| DE (1) | DE69105059T2 (ja) |
| FR (1) | FR2664187B1 (ja) |
| IL (1) | IL98703A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4212410C2 (de) * | 1992-04-13 | 1996-08-08 | Sulzer Mtu Casting Technology | Gießeinheit für die Herstellung einer Mehrzahl von Gußteilen |
| DE10033688B4 (de) * | 2000-07-11 | 2008-04-24 | Alstom Technology Ltd. | Verfahren zur Herstellung von gerichtet erstarrten Gussteilen |
| US6635197B2 (en) | 2001-06-25 | 2003-10-21 | American Ordinance Llc | Method and apparatus for casting molten materials using phase-change material |
| GB0304327D0 (en) * | 2003-02-26 | 2003-04-02 | Rolls Royce Plc | Component casting |
| US20070251664A1 (en) * | 2006-05-01 | 2007-11-01 | Hanna Ihab M | Casting method and mold design for optimization of material properties of a casting |
| GB0901663D0 (en) | 2009-02-04 | 2009-03-11 | Rolls Royce Plc | Casting method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56119660A (en) * | 1980-01-30 | 1981-09-19 | Trw Inc | Method of casting monocrystal metallic article |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1481366A (fr) * | 1965-05-27 | 1967-05-19 | United Aircraft Corp | Perfectionnements aux pièces de fonderie et procédé et dispositif de fabrication de ces pièces |
| GB1272070A (en) * | 1969-02-28 | 1972-04-26 | Albright & Wilson | Flameproofing compositions and processes |
| US3787190A (en) * | 1970-06-01 | 1974-01-22 | United Aircraft Corp | Directionally solidified article |
| US3627015A (en) * | 1970-06-01 | 1971-12-14 | Hughes Aircraft Co | Cocoon casting of directionally solidified articles |
| US3810504A (en) * | 1971-03-26 | 1974-05-14 | Trw Inc | Method for directional solidification |
| FR2217096B1 (ja) * | 1973-02-13 | 1975-03-07 | Peugeot & Renault | |
| JPS5788946A (en) * | 1980-11-22 | 1982-06-03 | Nissan Motor Co Ltd | Mold |
| EP0066971A3 (en) * | 1981-06-08 | 1983-03-16 | Trw Inc. | Method of casting an article |
| US4605452A (en) * | 1981-12-14 | 1986-08-12 | United Technologies Corporation | Single crystal articles having controlled secondary crystallographic orientation |
| US4862947A (en) * | 1988-08-02 | 1989-09-05 | Pcc Airfoils, Inc. | Method of casting an article |
-
1990
- 1990-07-04 FR FR9008446A patent/FR2664187B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-07-01 IL IL9870391A patent/IL98703A/en not_active IP Right Cessation
- 1991-07-02 US US07/724,789 patent/US5269365A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-03 DE DE69105059T patent/DE69105059T2/de not_active Expired - Fee Related
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