JPH04289154A - Ti合金製タービンブレードとその表面改質方法 - Google Patents
Ti合金製タービンブレードとその表面改質方法Info
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- JPH04289154A JPH04289154A JP5179291A JP5179291A JPH04289154A JP H04289154 A JPH04289154 A JP H04289154A JP 5179291 A JP5179291 A JP 5179291A JP 5179291 A JP5179291 A JP 5179291A JP H04289154 A JPH04289154 A JP H04289154A
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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Ti合金からなるタービ
ンブレードの所定部分に形成する表面改質部とその表面
改質方法に関する。
ンブレードの所定部分に形成する表面改質部とその表面
改質方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、蒸気タービンのブレードは、常温
で十分な強度を持つと同時に、高温における強度および
クリープ強度の低下が少なく、蒸気中の水分や不純物に
よる浸蝕など、腐食に対して強い抵抗力を必要とする。 特に水分の多い低圧側のブレードでは、稼動中に周速度
の大きなものは前縁部が浸蝕されることが多いため、こ
の前縁部のみに施す局所的な熱処理や異材を接合するな
どの対策がとられている。
で十分な強度を持つと同時に、高温における強度および
クリープ強度の低下が少なく、蒸気中の水分や不純物に
よる浸蝕など、腐食に対して強い抵抗力を必要とする。 特に水分の多い低圧側のブレードでは、稼動中に周速度
の大きなものは前縁部が浸蝕されることが多いため、こ
の前縁部のみに施す局所的な熱処理や異材を接合するな
どの対策がとられている。
【0003】図3はタービンブレードの局部的な表面改
質のために、従来用いられている合金鋼製のブレード材
料を局部表面焼き入れする状態を示した部分模式断面図
であり、図4は図3のA−A断面図を示すものである。 以下、図3,図4を併用参照して説明する。タービンブ
レード1の母材は例えば13%Crを含むマルテンサイ
ト系ステンレス鋼からなり、その一部を水槽2の中に没
するように支持台3の上に載せる。前縁部4における焼
き入れ部5の長手方向,幅方向は、ブレード使用時の回
転中に水滴を受ける範囲であり、ブレードの蒸気入口側
、即ち前縁部4の先端側にあり、図3中に一点鎖線で囲
った領域である。
質のために、従来用いられている合金鋼製のブレード材
料を局部表面焼き入れする状態を示した部分模式断面図
であり、図4は図3のA−A断面図を示すものである。 以下、図3,図4を併用参照して説明する。タービンブ
レード1の母材は例えば13%Crを含むマルテンサイ
ト系ステンレス鋼からなり、その一部を水槽2の中に没
するように支持台3の上に載せる。前縁部4における焼
き入れ部5の長手方向,幅方向は、ブレード使用時の回
転中に水滴を受ける範囲であり、ブレードの蒸気入口側
、即ち前縁部4の先端側にあり、図3中に一点鎖線で囲
った領域である。
【0004】このタービンブレード1を焼き入れる際に
は、主バーナー管6を用いてその先端の火炎7を、焼き
入れ部5の焼き入れ端8の位置から図示してない先端に
向かって移動させながら、順次所定の温度まで加熱する
。そのとき、火炎7による入熱が水槽2中に一部没して
いるブレード1の非焼き入れ部9を伝わり、最終的には
冷却水10によって奪われることによりブレード1は冷
却されて部分的な焼き入れ部5を得ることができる。
は、主バーナー管6を用いてその先端の火炎7を、焼き
入れ部5の焼き入れ端8の位置から図示してない先端に
向かって移動させながら、順次所定の温度まで加熱する
。そのとき、火炎7による入熱が水槽2中に一部没して
いるブレード1の非焼き入れ部9を伝わり、最終的には
冷却水10によって奪われることによりブレード1は冷
却されて部分的な焼き入れ部5を得ることができる。
【0005】ところで、近年蒸気タービンは大容量化す
る方向にあり、これに伴なって蒸気タービンに用いるブ
レードも長大化の傾向にある。蒸気タービンの稼動時に
はタービンブレードに自重による遠心力が働くので、タ
ービンブレードの寸法が大きくなれば、その遠心力によ
りタービンブレードの受ける負荷も大きくなる。そのた
め従来ブレード材料として用いられている合金鋼に比べ
て強度と比重の割合、即ち比強度の高いTi合金,例え
ば6%Alおよび4%Vを含むTi合金が使用されるよ
うになってきた。
る方向にあり、これに伴なって蒸気タービンに用いるブ
レードも長大化の傾向にある。蒸気タービンの稼動時に
はタービンブレードに自重による遠心力が働くので、タ
ービンブレードの寸法が大きくなれば、その遠心力によ
りタービンブレードの受ける負荷も大きくなる。そのた
め従来ブレード材料として用いられている合金鋼に比べ
て強度と比重の割合、即ち比強度の高いTi合金,例え
ば6%Alおよび4%Vを含むTi合金が使用されるよ
うになってきた。
【0006】当然のことながら、このTi合金を用いる
場合も前述の理由から耐蝕性を増すための局部的な熱処
理を行なうなどの対策が必要である。しかし、Ti合金
の場合にはこの合金の熱伝導度が小さいために、図3,
図4に示したようなステンレス鋼と同じ熱処理方法では
、冷却効果が十分でなく表面改質に対して余り期待する
ことができない。
場合も前述の理由から耐蝕性を増すための局部的な熱処
理を行なうなどの対策が必要である。しかし、Ti合金
の場合にはこの合金の熱伝導度が小さいために、図3,
図4に示したようなステンレス鋼と同じ熱処理方法では
、冷却効果が十分でなく表面改質に対して余り期待する
ことができない。
【0007】ここでこのTi合金をタービンブレード材
として用いるときは、前縁部4に別の合金を肉盛溶接す
る方法がとられる。図5はその方法を説明するための模
式断面図であり、図3,図4と共通部分を同一符号で表
わす。図5はタービンブレード1の改質を要する領域、
即ち図3で焼き入れ部5に相当する改質部5aに耐エロ
ージョンシールドとして、耐エロージョン性に優れしか
も溶接の容易な15%Mo,5%Zrおよび3%Alを
含むTi合金をTIG溶接で肉盛する状況を表わしてい
る。即ち図5のように、タービンブレード1の改質部5
aの肉盛端8aからブレード1の先端までW電極11を
矢印方向に移動し、酸化防止のためにArなどの不活性
ガスを送りながら、シールド材12のTi−15%Mo
−5%Zr−3%Al合金を供給して、タービンブレー
ド1上の改質部5aにこれと異なる金属組織を持ち耐蝕
性の高いTi−15%Mo−5%Zr−3%Al合金を
肉盛形成することにより、表面改質を行なうことができ
る。
として用いるときは、前縁部4に別の合金を肉盛溶接す
る方法がとられる。図5はその方法を説明するための模
式断面図であり、図3,図4と共通部分を同一符号で表
わす。図5はタービンブレード1の改質を要する領域、
即ち図3で焼き入れ部5に相当する改質部5aに耐エロ
ージョンシールドとして、耐エロージョン性に優れしか
も溶接の容易な15%Mo,5%Zrおよび3%Alを
含むTi合金をTIG溶接で肉盛する状況を表わしてい
る。即ち図5のように、タービンブレード1の改質部5
aの肉盛端8aからブレード1の先端までW電極11を
矢印方向に移動し、酸化防止のためにArなどの不活性
ガスを送りながら、シールド材12のTi−15%Mo
−5%Zr−3%Al合金を供給して、タービンブレー
ド1上の改質部5aにこれと異なる金属組織を持ち耐蝕
性の高いTi−15%Mo−5%Zr−3%Al合金を
肉盛形成することにより、表面改質を行なうことができ
る。
【0008】しかしながら、前述のようにタービンブレ
ードの材料は、従来の合金鋼に代って軽量で強度も高い
Ti−6%Al−4%V合金を用いることが有効である
としても、耐蝕性を高めるための表面改質に関してはな
お次のような問題がある。
ードの材料は、従来の合金鋼に代って軽量で強度も高い
Ti−6%Al−4%V合金を用いることが有効である
としても、耐蝕性を高めるための表面改質に関してはな
お次のような問題がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】タービンブレード1に
Ti−6%Al−4%V合金を用いるとき、改質部5a
にTi−15%Mo−5%Zr−3%Al合金を肉盛す
るという図5に示した方法では、溶接入熱による残留応
力の発生や、W電極11からのW成分の混入による低融
点のW−Tiを生成するなど重金属介在物を巻き込むお
それがあり、それが原因となってタービンブレード1の
強度低下をもたらし、さらに溶接後の二次加工が必要と
なるので製造上の効率が悪くなるなどの問題が生ずる。
Ti−6%Al−4%V合金を用いるとき、改質部5a
にTi−15%Mo−5%Zr−3%Al合金を肉盛す
るという図5に示した方法では、溶接入熱による残留応
力の発生や、W電極11からのW成分の混入による低融
点のW−Tiを生成するなど重金属介在物を巻き込むお
それがあり、それが原因となってタービンブレード1の
強度低下をもたらし、さらに溶接後の二次加工が必要と
なるので製造上の効率が悪くなるなどの問題が生ずる。
【0010】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的はタービンブレードにTi−6%Al−
4%V合金を用い、前縁部のエロージョンを受けやすい
領域に形成する耐エロージョン性の高い表面改質層と、
その形成方法を提供することにある。
あり、その目的はタービンブレードにTi−6%Al−
4%V合金を用い、前縁部のエロージョンを受けやすい
領域に形成する耐エロージョン性の高い表面改質層と、
その形成方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明のタービンブレードは、前縁部のエロージョ
ンを受けやすい領域に、スポット状のレーザ光を走査し
、次々に瞬時にして照射部を溶融凝固させるとき、照射
部が溶融している間にそこに酸素を吹き付けることによ
り、所定の領域表面の全域に1〜10%の酸素を固溶し
た表面改質部を形成したものである。
めに本発明のタービンブレードは、前縁部のエロージョ
ンを受けやすい領域に、スポット状のレーザ光を走査し
、次々に瞬時にして照射部を溶融凝固させるとき、照射
部が溶融している間にそこに酸素を吹き付けることによ
り、所定の領域表面の全域に1〜10%の酸素を固溶し
た表面改質部を形成したものである。
【0012】
【作用】上述のように本発明はレーザ光を用いて、これ
らをスポット状にタービンブレードの表面改質部に照射
し溶融凝固させると同時に、その溶融時間中に酸素を吹
き付けながら、これらの操作を改質部の全域に亘って走
査するものであり、このようにして形成される表面改質
部は、酸素を固溶した高い硬度を持つために、耐エロー
ジョン性に優れたタービンブレードを得ることができる
。
らをスポット状にタービンブレードの表面改質部に照射
し溶融凝固させると同時に、その溶融時間中に酸素を吹
き付けながら、これらの操作を改質部の全域に亘って走
査するものであり、このようにして形成される表面改質
部は、酸素を固溶した高い硬度を持つために、耐エロー
ジョン性に優れたタービンブレードを得ることができる
。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例に基ずき説明する。
【0014】図1は本発明によるタービンブレードの断
面図であり、Ti−6%Al−4%V合金のタービンブ
レード1と、その前縁部4のエロージョンを生じやすい
領域に形成した耐エロージョン性の高い表面改質部5b
を示してある。
面図であり、Ti−6%Al−4%V合金のタービンブ
レード1と、その前縁部4のエロージョンを生じやすい
領域に形成した耐エロージョン性の高い表面改質部5b
を示してある。
【0015】図2は表面改質部5bを形成するために、
タービンブレード1の先端近傍を局部処理する状態を示
した模式的な部分斜視図である。図2において光源13
から出射するレーザ光14を、前縁部4の改質部5bに
ほぼ垂直に照射し、レーザ光14は光源13を矢印方向
に移動するとともに、ブレード1の改質端8bから先端
部までブレード1の幅方向に改質部5bの領域内を走査
する。同時にレーザ光14の走査により溶融した領域に
、酸素供給管15をレーザ光14に追随するように同じ
く矢印方向に移動することにより、酸素供給管15の吹
き出し口15aから酸素16を吹き付ける。
タービンブレード1の先端近傍を局部処理する状態を示
した模式的な部分斜視図である。図2において光源13
から出射するレーザ光14を、前縁部4の改質部5bに
ほぼ垂直に照射し、レーザ光14は光源13を矢印方向
に移動するとともに、ブレード1の改質端8bから先端
部までブレード1の幅方向に改質部5bの領域内を走査
する。同時にレーザ光14の走査により溶融した領域に
、酸素供給管15をレーザ光14に追随するように同じ
く矢印方向に移動することにより、酸素供給管15の吹
き出し口15aから酸素16を吹き付ける。
【0016】このようにすると、レーザ光14の照射さ
れるスポット領域は瞬時にして溶融状態が得られ、レー
ザ光14の照射スポットが移動した後は、瞬時に冷却凝
固されるという動作を繰り返すが、溶融と同時にそこに
酸素16が吹き付けられているために、凝固時には母材
に酸素が固溶した高い硬度を持つ耐エロージョン性に富
む表面改質部5bを得ることができる。したがって、こ
の方法では吹き付ける酸素量により、その固溶量も容易
にコントロールすることができ、合金組成としてTi−
6%Al−4%V−1〜10%Oとするのがよく、ビッ
カース硬度で600〜700が得られる。そしてレーザ
光スポットと酸素吹き付けは長手方向,幅方向に走査す
ることにより、ブレード改質部5bの全域に及ぶので改
質部5bの表面は均一に改質されるのである。
れるスポット領域は瞬時にして溶融状態が得られ、レー
ザ光14の照射スポットが移動した後は、瞬時に冷却凝
固されるという動作を繰り返すが、溶融と同時にそこに
酸素16が吹き付けられているために、凝固時には母材
に酸素が固溶した高い硬度を持つ耐エロージョン性に富
む表面改質部5bを得ることができる。したがって、こ
の方法では吹き付ける酸素量により、その固溶量も容易
にコントロールすることができ、合金組成としてTi−
6%Al−4%V−1〜10%Oとするのがよく、ビッ
カース硬度で600〜700が得られる。そしてレーザ
光スポットと酸素吹き付けは長手方向,幅方向に走査す
ることにより、ブレード改質部5bの全域に及ぶので改
質部5bの表面は均一に改質されるのである。
【0017】
【発明の効果】タービンブレードの材料としてステンレ
ス鋼より比強度の高いTi−6%Al−4%V合金を用
いるとき、前縁部の耐エロージョン性を向上させるため
に、従来のような火炎による加熱冷却や別合金を肉盛り
するという方法では種々の問題を起こしていたが、本発
明の方法によれば実施例で述べたように、レーザ光を用
いて、ブレード前縁部の必要な部分のみをスポット状に
走査し、レーザ光の照射個所を瞬時にして溶融すると同
時に、そこに酸素を吹き付けた後冷却する作用を繰り返
し行なうようにしたために、Ti−6%Al−4%V−
1〜10%Oからなり、表面高度が高く耐エロージョン
性に富む改質部を有するタービンブレードを得ることが
できる。しかも、この改質部形成方法によれば、表面酸
化や不純物の巻き込みなど生ずることなく、吹き付ける
酸素量を制御することによって適当な硬さを付与し、処
理後の二次加工も不要であるから、極めて効率よくター
ビンブレードの耐エロージョン性を向上させることが可
能となった。
ス鋼より比強度の高いTi−6%Al−4%V合金を用
いるとき、前縁部の耐エロージョン性を向上させるため
に、従来のような火炎による加熱冷却や別合金を肉盛り
するという方法では種々の問題を起こしていたが、本発
明の方法によれば実施例で述べたように、レーザ光を用
いて、ブレード前縁部の必要な部分のみをスポット状に
走査し、レーザ光の照射個所を瞬時にして溶融すると同
時に、そこに酸素を吹き付けた後冷却する作用を繰り返
し行なうようにしたために、Ti−6%Al−4%V−
1〜10%Oからなり、表面高度が高く耐エロージョン
性に富む改質部を有するタービンブレードを得ることが
できる。しかも、この改質部形成方法によれば、表面酸
化や不純物の巻き込みなど生ずることなく、吹き付ける
酸素量を制御することによって適当な硬さを付与し、処
理後の二次加工も不要であるから、極めて効率よくター
ビンブレードの耐エロージョン性を向上させることが可
能となった。
【図1】本発明により得られたタービンブレードの模式
断面図
断面図
【図2】レーザ光と酸素を用いて所定領域を改質する方
法を説明するための模式的な斜視図
法を説明するための模式的な斜視図
【図3】従来の合金鋼製のブレード材料を局部表面焼き
入れする状態を示した部分模式断面図
入れする状態を示した部分模式断面図
【図4】図3のA−A断面図
【図5】Ti合金タービンブレードの改質部に別のTi
合金をTIG溶接で肉盛する状況を示した模式的な部分
斜視図
合金をTIG溶接で肉盛する状況を示した模式的な部分
斜視図
1 タービンブレード
2 水槽
4 前縁部
5 焼き入れ部
5a 改質部
5b 改質部
7 火炎
8 焼き入れ端
8a 肉盛端
8b 改質端
11 W電極
12 シールド材
13 光源
14 レーザ光
15 酸素供給管
15a 酸素吹き出し口
16 酸素
Claims (2)
- 【請求項1】組成がTi−6%Al−4%VのTi合金
製タービンブレードであって、前縁部のエロージョンを
生じやすい領域表面に形成した1〜10%の酸素を固溶
した表面改質部を有することを特徴とするTi合金製タ
ービンブレード。 - 【請求項2】請求項1記載のタービンブレードの表面改
質部を形成するに当たり、前縁部のエロージョンを生じ
やすい領域表面をレーザ光を用いてスポット状に照射し
、この照射部分を急速加熱溶融した後急速冷却凝固させ
る間に前期照射部分に酸素を吹きつけ、これらの操作を
前期照射部分と前期酸素を吹き付ける部分とを同時に走
査することにより前期領域表面の全域に亘って行なうこ
とを特徴とするTi合金製タービンブレードの表面改質
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5179291A JPH04289154A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Ti合金製タービンブレードとその表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5179291A JPH04289154A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Ti合金製タービンブレードとその表面改質方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04289154A true JPH04289154A (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=12896793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5179291A Pending JPH04289154A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Ti合金製タービンブレードとその表面改質方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04289154A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0697503A1 (de) * | 1994-08-17 | 1996-02-21 | ABB Management AG | Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel aus einer (alpha-Beta)-Titan-Basislegierung |
WO1997010066A1 (fr) * | 1995-09-13 | 1997-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Procede de fabrication de pales de turbine en alliage de titane et pales de turbines en alliage de titane |
WO2008133752A2 (en) * | 2006-12-18 | 2008-11-06 | President And Fellows Of Harvard College | Nanoscale oxide coatings |
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