JPH06173033A - マルテンサイト鋼又はチタン合金製部材に保護被膜として機能するインサートを取り付ける方法 - Google Patents

マルテンサイト鋼又はチタン合金製部材に保護被膜として機能するインサートを取り付ける方法

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JPH06173033A
JPH06173033A JP5160360A JP16036093A JPH06173033A JP H06173033 A JPH06173033 A JP H06173033A JP 5160360 A JP5160360 A JP 5160360A JP 16036093 A JP16036093 A JP 16036093A JP H06173033 A JPH06173033 A JP H06173033A
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Andre Coulon
アンドレ・クロン
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Alstom SA
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J UU C ALUSTHOM EREKUTOROMEKANIKU SA
GEC Alsthom Electromecanique SA
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品の冶金特性を保持することのできる、マ
ルテンサイト鋼又はチタン合金製部品上で保護被膜とし
て機能するインサートの取付方法を提供する。 【構成】 本質的にＮｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｌのうちの一
種又は数種の金属からなる中間層３を、インサート２と
被覆すべき部品１、例えば蒸気タービンの羽根との間に
配置する。部品／インサートアセンブリを恒温金型内で
鍛造した後に、静水圧プレス成形炉内に導入し、層３の
溶融温度より低いが部品の鍛造温度よりは高い温度に加
熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマルテンサイト鋼又はチ
タン合金製部品（部材）上で保護被膜として機能するイ
ンサートを取り付ける方法に関する。
【０００２】これらの被膜は使用時の摩耗を少なくする
ためのものである。
【０００３】
【従来の技術】考察する部品は、タービンのようなエネ
ルギ用機械部品であり且つその機能、応力及びコストの
点で非常に重要な要素を構成し得る。
【０００４】使用時に研磨、侵食又は腐食によって劣化
するタービンの回転羽根が非制限的な例として挙げられ
る。
【０００５】従って、このような部品の寿命を長くする
には、これらの羽根の（特に劣化作用を受け易い）特定
部位の保護が重要となる。
【０００６】この種の部品の従来の製造方法は、鍛造す
べき部品に対して完全に雌型であり且つ２つの部分から
なる成形金型と呼ばれる特殊装置による精密鍛造であ
る。前記２つの部分はハンマ又はプレスの圧力下で接触
され、且つ予め加熱された素材上で閉鎖される。タービ
ンの羽根のような形状の複雑な部品の製造では、次のよ
うな複数の装置が必要である。まず成形金型で羽根の輪
郭を形成し、次に、羽根に捩れがあるならば、捩れ用金
型を使用し、最後に、サイズ調整用金型（ｍａｔｒｉｃ
ｅ ｄｅ ｃａｌｉｂｒａｇｅ）を使用する。
【０００７】他の従来型製造方法は鋳造である。これ
は、成形金型がこの場合鋳型であり、素材が鋳型内に導
入される液状材料であることだけが鍛造と異なってい
る。
【０００８】現行の方法では、保護インサートは、イン
サートが固定される羽根とは別個に製造されている。こ
のインサートは、素材塊の加工、鍛造、鋳造によって製
造することができ、その後羽根の前縁に形状を合わせた
後に羽根にろう付け又は溶接する。
【０００９】インサートは硬質材料、即ちコバルトを主
成分とする合金、又はマトリックスと混合した炭化物
（クロム、タングステン、チタン等の炭化物）を主成分
とする二相合金である。
【００１０】この種のもので最新の製造技術はＨＩＰ
（熱間静水圧プレス成形）法であり、粉末冶金、粉末の
インサート形状への封入、及び所定雰囲気の高温炉内で
の静水圧（等方）プレスにより、粉末を熱間圧縮して格
子、板等に加工する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】インサートを部品上に
固定する方法では、ろう付けを適用するときには一方で
はストリップとインサートとの境界に、他方では部品と
ストリップとの境界に、溶接を適用するときにはインサ
ートと部品との境界に均質性の欠陥が生じる。
【００１２】これらの欠陥を排除するためには熱処理を
適用せねばならないが、部品から冶金特性が失われると
いう欠点がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明方法にはこのよう
な欠点がない。本方法は、部品と適合（ｃｏｍｐａｔｉ
ｂｌｅ）し得且つ特に熱間圧縮（ＨＩＰ）による熱処理
時に金属間相成分を生成し得る元素からなり、その溶融
温度が使用する圧縮温度θよりも２０〜５０℃ほど高い
金属層をインサートと部品との間に置き、θよりも少な
くとも２０℃ほど低い鍛造温度まで部品／インサートア
センブリを加熱し、加熱されたサイズ調整用金型内に部
品／インサートアセンブリを導入し、部品／インサート
アセンブリのサイズ（形状・寸法）を調整し、金型から
部品／インサートアセンブリを取出し且つ冷却し、部品
／インサートアセンブリを静水圧プレス成形炉内に導入
し、１０００バール以上の圧力、温度θでアセンブリを
圧縮し、次に室温になるまでアセンブリを冷却すること
を特徴とする。
【００１４】もはや、インサートを備えた部品を最終形
状にするために加工する必要はない。
【００１５】被覆すべき部品がマルテンサイト鋼製のと
きには、ストリップは純銅、ニッケル／インジウム又は
ニッケル／スズからなり得る。ストリップはまた、Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ａｌのうちの２種又は３種の元素の合金、好
ましくは７０％Ｎｉ，１５％Ｃｕ，１５％Ａｌの合金か
らなり得る。
【００１６】部品がチタン合金製のときには、ストリッ
プはチタン／インジウム又はＮｉ，Ｔｉ，Ａｌのうちの
２種若しくは３種の元素の合金、好ましくは５０％Ａ
ｌ，２５％Ｎｉ，２５％Ｔｉの合金からなる。
【００１７】
【実施例】以下、添付図面を参照して例示的な特定例に
よって本発明を更に詳しく説明する。
【００１８】部品（本実施例の場合はタービンの羽根）
は鍛造又は鋳造によって製造し、インサート２は任意の
従来型方法：素材塊からの加工、鍛造、鋳造又は熱間静
水圧プレス成形作業によって製造した。熱間静水圧プレ
ス成形の場合、粉末をインサート２の形状に封入し、粉
末を熱間圧縮によって格子、板等に加工するために高温
炉内で恒温圧力下に置いた。
【００１９】インサート２はまだ仕上げパスを受けてい
ない。
【００２０】インサート２の輪郭のばりを削り、研磨に
より、目に見える部分になるインサート２の表面に合わ
せて輪郭の角を取って丸めた。
【００２１】高温ろう付けに役立つ最小厚さが１／１０
ｍｍ、最大厚さが３／１０ｍｍのストリップ３を、イン
サート２の輪郭から３〜５ｍｍほど長くなるようにして
切り出す。
【００２２】タービンの羽根がマルテンサイト鋼製のと
きには、ストリップ３は純銅、ニッケル／インジウム又
はニッケル／スズからなる。
【００２３】ストリップはまた、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌのう
ちの２種又は３種の元素の合金（インジウム又はスズを
添加してもよいししなくてもよい）からなり得る。
【００２４】羽根がチタン合金製のときには、ストリッ
プ３はチタン／インジウム又はＮｉ，Ｔｉ，Ａｌのうち
の２種若しくは３種の元素の合金からなる。
【００２５】ストリップ３をインサート２の下に置き、
溶接点４（点は５０ｍｍ毎）で電気的に接合する。
【００２６】インサート２／ストリップ３のアセンブリ
を部品１（例えばタービンの羽根）上に載せ、同様に溶
接点５（点５はインサート２／ストリップ３の溶接点４
と交互に５０ｍｍ毎）で電気的に接合する。インサート
２／ストリップ３のアセンブリは部品上に載せてもよい
し（図１及び図２）又は部品のグルーブ７内に付けても
よい。
【００２７】部品／インサートアセンブリ６を炉内に入
れて鍛造温度にし、恒温即ち鍛造温度よりも僅かに低い
温度に加熱されたサイズ調整用金型内に入れる。
【００２８】サイズ調整時に、部品１及びインサート２
の形状は僅かに変化する（寸法の変動は５％未満であ
る）。
【００２９】サイズ調整後に、インサート２を備えた部
品１を金型から取り出し、室温になるまで冷却する。
【００３０】次にインサート２を備えた部品を熱間静水
圧プレス成形（ＨＩＰ）炉内に垂直に配置し、最終圧縮
処理をする。圧縮の圧力及び温度パラメータは存在する
材料と適合し得る。
【００３１】ストリップ３はＨＩＰ温度θで変化し、イ
ンサート２の金属及び部品１の金属内に拡散する金属間
相成分になる。
【００３２】これらの金属間相により確実な結合品質が
確保される。
【００３３】静水圧プレス成形炉の温度θは、サイズ調
整段階の温度より少なくとも２０〜５０℃ほど高いが、
ストリップ３の溶融温度よりは少なくとも２０〜５０℃
ほど低くなるように選択する。冷却サイクルはサイズ調
整段階と同一である。
【００３４】圧力は１０００バールよりも高くなるよう
に選択する。
【００３５】冷却後に、支持体に統合されていないスト
リップ３のはみ出した部分を研磨（研削加工）して最終
形状を得る。
【００３６】以下に材料の組み合わせの２つの例を挙げ
る。対象とする部品は、水滴による浸食作用から前縁を
保護せねばならないタービンの大型羽根である。
【００３７】例１：部品主材料：１２％Ｃｒマルテンサ
イト鋼 インサート材料：コバルトを主成分とする合金（＞６０
％Ｃｏ） 中間ストリップ：ＮｉＡｌＣｕ（７０％Ｎｉ，１５％Ｃ
ｕ，１５％Ａｌ） ストリップの融点：１２５０℃ 鍛造（サイズ調整）温度：１０５０℃ ＨＩＰ温度：１２００℃ ＨＩＰ圧力：１５００バール 例２：部品主材料：チタン合金ＴＡ６Ｖ インサート材料：Ｔｉ−β＋ＴｉＣ二相材料 中間ストリップ：ＮｉＴｉＡｌ（５０％Ａｌ，２５％Ｎ
ｉ，２５％Ｔｉ） ストリップの融点：１１００℃ 鍛造（サイズ調整）温度：９７０℃ ＨＩＰ温度：１０５０℃ ＨＩＰ圧力：１８００バール。
【００３８】図４に示す本発明の変形例によれば、イン
サート２及び部品１の材料が全く適合し得ない場合、ス
トリップからなる単一の層を使用する代わりに、一方が
インサート２の下方に、他方が部品１上に付着される２
つの層３，３’を使用する。これらの層は噴霧（スパッ
タリング）、イオン蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｉｏ
ｎｉｑｕｅ）、電着、化学的手段、ビーム蒸着（ｄｅｐ
ｏｔ ａｕ ｐｉｎｃｅａｕ）等によって付着し得る。
【００３９】従って、チタン合金製羽根上にステライト
製インサートを設けるために、層３はチタン合金と適合
し得る前述した組成の一つを有する。
【００４０】層３’は前述したようにマルテンサイト鋼
と適合し得る組成を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】インサートを備えたタービンの羽根を示す図で
ある。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図２の変形例を示す図である。
【図４】タービンの羽根及びインサートの変形例を示す
図である。
【符号の説明】
１ 部品 ２ インサート ３ ストリップ ４，５ 溶接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｄ 5/28 7825−3Ｇ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マルテンサイト鋼又はチタン合金製部材
    に保護被膜として機能するインサートを取り付ける方法
    であって、部材と適合し得且つ熱処理時に、特に圧縮を
    伴う熱処理時に金属間相成分を生成し得る元素からな
    り、溶融温度が圧縮熱処理時に使用する温度θよりも２
    ０〜５０℃高い金属層をインサートと部材との間に置
    き、θよりも少なくとも２０℃低い鍛造温度まで部材／
    インサートアセンブリを加熱し、加熱されたサイズ調整
    用金型内に部材／インサートアセンブリを導入し、部材
    ／インサートアセンブリをサイズ調整し、金型から部材
    ／インサートアセンブリを取出して冷却し、部材／イン
    サートアセンブリを等方加圧炉内に導入し、１０００バ
    ール以上の圧力、温度θでアセンブリを圧縮熱処理し、
    次に室温になるまでアセンブリを冷却することを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 マルテンサイト鋼製部材の場合、金属層
    ストリップが純銅、ニッケル／インジウム又はニッケル
    ／スズからなることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 マルテンサイト鋼製部材の場合、金属層
    ストリップがＮｉ，Ｃｕ，Ａｌのうちの２種又は３種の
    元素の合金からなることを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 合金が７０％Ｎｉ，１５％Ｃｕ，１５％
    Ａｌからなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 チタン合金製部材の場合、金属層ストリ
    ップがチタン／インジウムからなることを特徴とする請
    求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 チタン合金製部材の場合、金属層ストリ
    ップがＮｉ，Ｔｉ，Ａｌのうちの２種又は３種の元素の
    合金からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 金属層ストリップの合金が５０％Ａｌ，
    ２５％Ｎｉ，２５％Ｔｉからなることを特徴とする請求
    項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 金属層がインサートからはみ出している
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 金属層が部材に留めたストリップであ
    り、インサートをストリップに留めた後得られたアセン
    ブリをサイズ調整用金型内に導入することを特徴とする
    請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 スポット溶接によって留めることを特
    徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ストリップにインサートを留める点
    が、部材にストリップを留める点の間に配置されること
    を特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 チタン合金製部材上に鋼製インサート
    を設置する場合、純銅、ニッケル／インジウム、ニッケ
    ル／スズ又はＮｉ，Ｃｕ，Ａｌのうちの２種若しくは３
    種の元素の合金からなる中間層をインサートの下に設
    け、チタン／インジウム又はＮｉ，Ｔｉ，Ａｌのうちの
    ２種若しくは３種の元素の合金からなる層を部材上に設
    けた後部材側の層とインサート側の層とを合わせること
    を特徴とする請求項１に記載の方法。
JP5160360A 1992-06-05 1993-06-04 マルテンサイト鋼又はチタン合金製部材に保護被膜として機能するインサートを取り付ける方法 Pending JPH06173033A (ja)

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FR9206860 1992-06-05

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