JPH06207503A - ガスタービンの中空冷却翼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳造が不適な酸化物分散強化合金を母材とし
て用い、複雑な中空冷却構造を実現できるともに、その
母材の接合部の強度の信頼性を上げることができる。 【構成】 ２分割されて互いに接合される１対の母材
１，２の接合面１ａ，２ａに形成された所定形状の中空
部３に金属製の中子４を封入した後、上記両母材１，２
を熱間静水圧プレス拡散接合法により接合・固定し、つ
いで、上記母材１，２内の中子４を化学的処理で除去し
て、上記母材１，２の外形状を所定の翼形に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガスタービンの中空
冷却翼の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスタービンの中空冷却翼は、
鋳造に適する材料をセラミック製の中子を用いて精密鋳
造により製作している。ところで、近年では、耐熱性に
非常に優れた材料特性を有する金属材料として、ＭＡ７
５４のような酸化物分散強化合金がガスタービン翼に対
する好適な構成材として注目されている。しかし、この
酸化物分散強化合金は、その素材の製造上の制約から、
鋳造すると、その材料特性が著しく損なわれるので、精
密鋳造の適用が難しい。このため、従来では、このよう
な酸化物分散強化合金で中空冷却翼を製作する場合、図
７で示すような合金母材１０１から、図８で示すような
中実翼１０２を製作した後、この中実翼１０２の所定個
所に放電加工を施して、図９で示すように、冷却部とな
る中空部１０３を形成して中空冷却翼１０４を製造して
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
酸化物分散強化合金の中空翼の製造方法によれば、図８
に示すような中実翼１０２に放電加工を施して、図９に
示すような中空部１０３を形成しなければならないの
で、単純な中空冷却構造しか得ることができず、例え
ば、図５および図６で示すように、ピンフィン６１やタ
ービュレンスプロモータ６２などの中空部３を有し、冷
却性に優れた複雑な形状の中空冷却構造を付与すること
は不可能である。なお、図５は図６のＶーＶ線に沿う断
面図である。

【０００４】耐熱性に優れた上記の酸化物分散強化合金
のように、鋳造に不向きな材料を用いて図６で示すよう
な複雑冷却構造を付与するためには、図１０で示すよう
に、中空冷却翼１０４を腹部１１１側と背部１１２側と
に分割して、それぞれを別々に製作した後、両者１１
１，１１２をろう付け接合法や機械加圧による拡散接合
で接合しなければならない。この場合に重要なことは、
接合部の信頼性である。即ち、接合強度が高く、できる
だけ母材の特性に近い状態の接合部が安定して得られる
ことであり、そのためには、接合方法およびその周辺技
術の確立が不可欠である。

【０００５】この発明は上記のような実情に鑑みてなさ
れたもので、酸化物分散強化合金のような鋳造が不適な
材料を用いながらも、精密鋳造品と同等以上の冷却効率
を発揮させることが可能な複雑中空冷却構造をもつガス
タービンの中空冷却翼の製造方法を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係るガスタービンの中空冷却翼の製造方
法は、２分割されて互いに接合される中空冷却翼の１対
の母材の接合面に形成された所定形状の中空部に金属製
の中子を封入した後、上記両母材を熱間静水圧プレス
（以下、ＨＩＰと称す）拡散接合法により接合・固定
し、ついで、上記母材内の中子を化学的処理で除去し
て、上記母材の外形状を所定の翼形に成形するものであ
る。

【０００７】

【作用】この発明によれば、２分割された中空冷却翼用
の１対の母材をＨＩＰ拡散接合法で接合することによ
り、接合強度を高めて接合部の信頼性が高められる。し
かも、高温状態で等方高加圧するＨＩＰ拡散接合時にお
いては、各中空部に金属製の中子を封入した状態で接合
し、その後に中子を化学的処理で除去するので、母材に
おける中空部が高圧によって圧潰されて変形等すること
なく、所定の形状を確保させて接合することができ、し
たがって、上述したように耐熱性に非常に優れている反
面、鋳造が不適な酸化物分散強化合金等の材料を用いつ
つ、精密鋳造以上に複雑な構造で、かつ、信頼性の高い
中空冷却翼を容易に製作することができる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１はこの発明に係るガスタービンの中空冷
却翼の製造方法に適用される単純モデル中空冷却翼用の
母材と中子を接合前の状態で示す斜視図である。

【０００９】図１において、まず、２分割されて互いに
接合される１対の中空冷却翼用母材１，２を用意する。
この母材１，２の構成材としては、たとえば耐熱性など
の材料特性に優れたＭＡ７５４のような酸化物分散強化
合金が選定されており、両者１，２の接合面１ａ，２ａ
には、中空冷却翼５（後述する）の所定の中空部３を形
成するところの半割り状凹部３Ａ，３Ｂが形成されてい
る。

【００１０】上記両母材１，２間、つまり、上記半割り
状凹部３Ａ，３Ｂ内に、その形状に合うように予め成形
された金属製、例えば純ニッケル製の中子４を封入した
後、両母材１，２を図２のように合体させて両者１，２
の接合面１ａ，２ａを電子ビーム溶接などでシールした
上、両母材１，２をＨＩＰ拡散接合法により接合・固定
して一体母材７を得る（図３）。このＨＩＰ拡散接合法
は既述のように高温、等方高加圧を特徴としているの
で、接合部６の接合強度は母材１，２と同等の高いもの
となり、特に、接合面１ａ，２ａの形状が曲面のような
場合でも、適正な接合強度が確保される。また、母材
１，２の各半割り状凹部３Ａ，３Ｂで形成される中空部
３内には中子４が封入されているので、上記ＨＩＰ拡散
接合法による接合時の高加圧によって圧潰されて変形等
することがなく、形状が複雑であっても、中空部３の寸
法精度および形状精度を優れたものとすることができ
る。なお、上記中子４は母材１，２と熱膨張率が近似
し、かつＨＩＰ拡散接合法による接合時に母材１，２と
反応して浸食しないことが重要であり、これらの点から
考えて、上述のような純ニッケル製が好ましい。

【００１１】上記のようなＨＩＰ拡散接合法による両母
材１，２の接合・固定後、端部を切断し、上記中子４を
化学的処理して溶出することにより、一体母材７に、図
３に示すような所定形状の中空部３が残存する。上記一
体母材７を図４のように所定の外形状となるように加工
することによって、所望形状の中空冷却翼５が製作され
る。ここで、上記中子４を溶出させる溶剤としては、上
記母材１，２に全く反応しないものを選ぶ必要があり、
この母材１，２の構成材として酸化物分散強化合金であ
るＭＡ７５４を使用した場合、このＭＡ７５４を浸食す
ることのない硝酸が好適である。

【００１２】上記製造方法に基づき、具体的に複雑中空
冷却翼を製作して母材１，２の接合面１ａ，２ａを観察
してみたところ、全面が良好に接合されており、接合部
６の判別もできない程度に一体化されていた。また、ミ
クロ組織観察により、両母材１，２の結晶粒が接合面を
またいで成長していることを確認した。さらに、その
時、図５および図６で示すピンフィン６１やタービュレ
ンスプロモータ６２などを含む中空部３の寸法も精確に
保たれており、精密鋳造に優る程の複雑冷却翼を得るこ
とができ、ガスタービンの高温化・高能率化に寄与する
ことができる。

【００１３】なお、接合面１ａ，２ａの粗度を鏡面仕上
程度まで小さくしておくと、常温はもとより、１０００
°Ｃにおいても、接合部６に母材１，２と同等の引張強
度が付与されることが判った。

【００１４】ところで、上記の実施例では、母材１，２
として、鋳造不適な酸化物分散強化合金を使用したもの
で説明したが、鋳造可能な材料を用いて上記の方法で製
作することも可能である。また、上記の製造方法によっ
て、精密鋳造では製作不可能な極めて複雑な中空構造を
もった中空冷却翼の製作も可能となる。

【００１５】さらに、上記母材１，２の中空部３内に中
子４を封入する際に、母材１，２と中子４との間に第３
の材料を封入し、ＨＩＰ拡散接合法で母材１，２を接合
してから中子４を溶出させる方法をとれば、内壁が上記
第３の材料で構成され、外壁が母材１，２で構成された
新規な中空冷却翼を製作することもできる。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、中空
冷却翼用の１対の母材の接合面に形成された中空部に金
属製中子を封入してから両母材をＨＩＰ拡散接合法で接
合した後、中子を化学的処理にて除去するようにしたの
で、母材の接合強度をろう付接合法などに比して著しく
高めて、接合部の信頼性を向上できるとともに、ＨＩＰ
拡散接合時における中空部の圧潰などの変形を防止する
ことができる。したがって、鋳造不適で耐熱性などに優
れた材料の使用を可能にできるだけでなく、そのような
材料を用いながらも、精密鋳造の場合以上に複雑な構造
の中空冷却翼を容易に製作することができ、その結果、
ガスタービンの高温化、高効率化に大きく寄与させるこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るガスタービンの中空冷却翼の製
造方法の一実施例を示す単純モデル翼の母材接合前の斜
視図である。

【図２】同実施例における母材の接合状態を示す斜視図
である。

【図３】同実施例における母材の接合後に中子を溶出さ
せた状態を示す斜視図である。

【図４】同実施例において成形された中空冷却翼の単純
モデルを示す斜視図である。

【図５】複雑中空冷却構造の一例を示し、図６のＶーＶ
線に沿う断面図である。

【図６】複雑中空冷却構造の一例を示す構成図である。

【図７】従来の酸化物分散強化合金の中空冷却翼の製造
方法に用意される母材を示す外観斜視図である。

【図８】図７に示す母材を成形した中実翼を示す外観斜
視図である。

【図９】図８に示す中実翼に中空部を形成した中空冷却
翼を示す外観斜視図である。

【図１０】複雑中空冷却構造を製作するための１対の母
材を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，２ 母材 １ａ，２ａ 接合面 ３ 中空部 ４ 中子 ６ 接合部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化物分散強化合金からなる２分割され
   た中空冷却翼母材の接合面に所定形状の凹部を形成し、
   上記両母材の接合面を互いに接合して上記凹部により形
   成される所定形状の中空部に金属製の中子を封入した
   後、上記両母材を熱間静水圧プレス拡散接合法で接合・
   固定し、ついで、上記母材内の中子を化学的処理で除去
   して、上記母材の外形状を所定の翼形に成形することを
   特徴とするガスタービンの中空冷却翼の製造方法。