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

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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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JP
Japan
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turbine blade
alloy
oxygen
irradiated
erosion
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JP5179291A
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English (en)
Inventor
Takao Suyama
須山 隆生
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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
【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
【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
【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
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
JP5179291A 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 Pending JPH04289154A (ja)

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