JPH08309478A - ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型及びガスタービンブレードの製造方法 - Google Patents

ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型及びガスタービンブレードの製造方法

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JPH08309478A
JPH08309478A JP7114223A JP11422395A JPH08309478A JP H08309478 A JPH08309478 A JP H08309478A JP 7114223 A JP7114223 A JP 7114223A JP 11422395 A JP11422395 A JP 11422395A JP H08309478 A JPH08309478 A JP H08309478A
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less
gas turbine
turbine blade
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casting
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JP7114223A
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Tadami Ishida
忠美 石田
Akira Yoshinari
明 吉成
Akira Okayama
昭 岡山
Toshiaki Saito
年旦 斎藤
Hiroshi Fukui
寛 福井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高品質なガスタービンブレード及びそれらを効
率よく製造するために、合金との無反応性に優れた鋳型
を提供することにある。 【構成】ガスタービンブレードをＣ及びＨｆを含むＮｉ
基耐熱超合金で溶製する際、鋳型表面層において、フィ
ラー材にアルミナと部分安定化ジルコニア，バインダー
をコロイダルシリカとしたスラリーを用い、高品質なガ
スタービンブレード及びそれらを効率よく製造する。 【効果】高品質なガスタービンブレード及びそれらを効
率よく製造するために、合金との無反応性に優れた鋳型
を提供することにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電用ガスタービンブ
レードを溶製するに際し、特にＣ，Ｈｆを含むＮｉ基耐
熱超合金を鋳造するのに好適な、低反応性セラミックか
らなる精密鋳造用鋳型及びガスタービンブレードの製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電用ガスタービンのブレード材料は、
従来から主としてＮｉ基耐熱超合金が使用されてきた。
ガスタービンの熱効率向上を図るため、年々燃焼ガス温
度が上昇してきた。ガスタービンブレードの組織は従来
は等軸晶が主流であった。しかし、燃焼ガス温度の上昇
に伴い、耐熱強度は限界に達している。そのため、更に
耐熱強度を向上させるため、組織を一方向凝固法による
柱状晶化、あるいは、単結晶化すると共に、ブレード内
部に複雑な冷却孔を設け、内部からの冷却を図ってき
た。
【０００３】一方向凝固法でガスタービンブレードを製
造する場合、鋳型は高温下に長時間保持されると共に、
合金溶湯と長時間接触するため、鋳型には、高温強度，
合金溶湯との無反応性などの性質が要求される。
【０００４】一方向凝固法に適用される鋳型の一例とし
ては特開平4−224044 号に示されている。この鋳型は、
スラリー中のフィラー及び細粒耐火物が主としてＡｌ2
Ｏ3微細粒子よりなり、鋳物側の表面層となる第１層中
に含まれる前記フィラーの最大粒子径を第２層中に含ま
れる前記フィラーの最大粒子径より小さくし、かつ第２
層以降中に含まれる前記フィラーの最大粒子径が１０μ
ｍ以上２００μｍ以下で平均粒子径が２０μｍ以上とな
るようにしたことを特徴としている。
【０００５】特開平4−224044 号の方法により得られる
鋳物は、Ｃ，Ｈｆを含まない合金では鋳肌が良好とな
る。また、鋳型は第２層以降のスラリー中に含まれるフ
ィラーの５０％累積重量に相当する平均粒子径を２０μ
ｍ以上とすることにより、高温強度が向上する。また、
フィラーの粒子径を溶湯側の第１層から外側へ向かうほ
ど大きくすることにより、曲げ応力が第１層から外層に
向かって圧縮から引張に変化するのに対応して各層の鋳
型強度を向上することができる。
【０００６】さらに、細粒耐火物の平均粒子径に対する
フィラーの平均粒子径の比を一定範囲に限定することに
より、鋳型の密度を高め内部の空隙を減少させ、強度を
向上させることができる。また、第１層及び第２層以降
に用いるフィラーの最大粒子径をそれぞれ１００μｍ以
下及び１００μｍ以上２００μｍ以下とすることによっ
ても同様の効果が得られる。
【０００７】また、特開昭60−18250号には、一方向性
凝固超合金鋳造用の鋳型で、Ａl2Ｏ3とＺｒＯ2 とを含
有するフェースコート層をワックス模型に塗布し、溶湯
に対する防護層とする事が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特開平4−224044 号に
述べられている方法による鋳型の高温強度は充分であ
る。しかし、前記鋳型はＣ，Ｈｆを含まない単結晶合金
を鋳造することを目的としたものであり、Ｃ，Ｈｆを含
むＮｉ基耐熱超合金を鋳造した場合、鋳型第１層と合金
溶湯が反応し鋳物表面に凸欠陥が多数発生する。
【０００９】凸欠陥を手仕上げや機械加工により除去す
ることは可能である。しかし、加工時間，加工費用の増
大を招き、よって、鋳物の単価が高くなる。また、反応
により合金が汚染されるため、鋳物では実体強度，耐食
性など合金本来の緒性質を低下させる問題点がある。
【００１０】また、特開昭60−18250 号に述べられてい
る方法によっても、Ｃ，Ｈｆを含むＮｉ基耐熱超合金を
鋳造した場合、鋳型第１層と合金溶湯が反応し鋳物表面
に凸欠陥が多数発生する。
【００１１】本発明の目的は、高品質なガスタービンブ
レードを効率よく製造する方法を提供することにある。
また、Ｃ及びＨｆを含むＮｉ基耐熱超合金との無反応性
に優れて表面品質の優れた鋳物が製造できる鋳型の提供
をすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のガスタービンブ
レードの精密鋳造用鋳型は、交互にスラリーと耐火物と
が重ね合わさる複数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ
基合金からなるガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型
において、該スラリーがフィラーとバインダーとからな
り、該フィラー（Ｉ）はアルミナ(Ａｌ2Ｏ3）を有し、
該フィラー（II)はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化
ジルコニア（ＺｒＯ2 ）とを有し、前記バインダーはコ
ロイダルシリカとし、該フィラー（II）を用いた該スラ
リーを鋳物面側の表面層としたことを特徴とする。
【００１３】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、交互にスラリーと耐火物とが重ね合わさる複
数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなるガ
スタービンブレードの精密鋳造用鋳型であって、該スラ
リーがフィラーとバインダーとからなり、該フィラー
（Ｉ）はアルミナ(Ａｌ2Ｏ3）を有し、該フィラー（II)
はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化ジルコニア（Ｚｒ
Ｏ2 ）とを有し、かつ該Ａｌ2Ｏ3と該ＺｒＯ2の混合物
中で該ＺｒＯ2含有割合が重量％で１０〜７０％であ
り、前記バインダーはコロイダルシリカとし、該フィラ
ー（II）を用いた該スラリーを鋳物面側の表面層とした
ことを特徴とする。
【００１４】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、交互にスラリーと耐火物とが重ね合わさる複
数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなるガ
スタービンブレードの精密鋳造用鋳型において、該スラ
リーがフィラーとバインダーとからなり、該フィラーは
アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)と部分安定化ジルコニア(ＺrＯ2)と
を有し、前記バインダーはコロイダルシリカとし、該ス
ラリーを鋳物面側の表面層としたことを特徴とする。
【００１５】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、交互にスラリーと耐火物とが重ね合わさる複
数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなるガ
スタービンブレードの精密鋳造用鋳型であって、該スラ
リーがフィラーとバインダーとからなり、該フィラーは
アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)と部分安定化ジルコニア(ＺrＯ2)と
を有し、かつ該Ａｌ2Ｏ3と該ＺｒＯ2の混合物中で該Ｚ
ｒＯ2含有割合が重量％で１０〜７０％であり、前記バ
インダーはコロイダルシリカとし、該スラリーを鋳物面
側の表面層としたことを特徴とする。
【００１６】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、前記部分安定化ジルコニアを１種又は２種の
混合粉をフィラーとし、前記部分安定化ジルコニアがカ
ルシア（ＣａＯ）又はイットリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化さ
れていることが望ましい。
【００１７】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、前記ＣａＯの割合が重量％で４.０〜６.０％
の範囲であることが望ましい。
【００１８】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、前記Ｙ2Ｏ3の割合が重量％の８.０〜１０.０
％の範囲であることが望ましい。
【００１９】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、前記Ａｌ2Ｏ3と前記ＺｒＯ2の混合物中で前
記ＺｒＯ2含有割合が重量％で２０〜７０％であること
が望ましい。
【００２０】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、前記Ａｌ2Ｏ3と前記ＺｒＯ2の混合物中で前
記ＺｒＯ2含有割合が重量％で３０〜６０％であること
が望ましい。
【００２１】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、前記Ａｌ2Ｏ3の平均粒子径が１０.０μｍ で
あり、かつ前記ＺｒＯ2の平均粒子径が１２.０μｍであ
ることが望ましい。
【００２２】本発明のガスタービンブレードの精密鋳造
用鋳型は、前記Ａｌ2Ｏ3の通過質量百分率が １.０μｍ以下が１２.９％ １.５μｍ以下が１５.９％ ２.０μｍ以下が２１.３％ ３.０μｍ以下が２６.６％ ４.０μｍ以下が３１.８％ ６.０μｍ以下が３８.３％ ８.０μｍ以下が４５.８％ １２.０μｍ以下が５４.６％ １６.０μｍ以下が６３.０％ ２４.０μｍ以下が７２.６％ ３２.０μｍ以下が８２.８％ ４８.０μｍ以下が９４.６％ ６４.０μｍ以下が９７.３％ ９６.０μｍ以下が１００％ であり、前記ＺｒＯ2 の通過質量百分率が １.０μｍ以下が６.４％ １.５μｍ以下が７.３％ ２.０μｍ以下が８.９％ ３.０μｍ以下が１２.３％ ４.０μｍ以下が１７.２％ ６.０μｍ以下が２４.９％ ８.０μｍ以下が３４.３％ １２.０μｍ以下が５２.６％ １６.０μｍ以下が７１.６％ ２４.０μｍ以下が９０.２％ ３２.０μｍ以下が９９.０％ ４８.０μｍ以下が１００％ であることが望ましい。
【００２３】本発明のガスタービンブレードの製造方法
は、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなるガスタービ
ンブレードの製造方法において、鋳物面側の少なくとも
表面層がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化ジルコニア
（ＺｒＯ2 ）とを有する精密鋳造用鋳型に、ＣとＨｆを
含有するＮｉ基合金の溶融金属を注湯して鋳造すること
を特徴とする。
【００２４】本発明のガスタービンブレードの製造方法
は、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなるガスタービ
ンブレードの製造方法において、鋳物面側の少なくとも
表面層がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化ジルコニア
（ＺｒＯ2 ）とを有し、かつ該アルミナと該部分安定化
ジルコニアの混合物中で該部分安定化ジルコニア含有割
合が重量％で１０〜７０％である精密鋳造用鋳型に、Ｃ
とＨｆを含有するＮｉ基合金の溶融金属を注湯して鋳造
することを特徴とする。
【００２５】
【作用】上記方法による第１層（鋳型表面層）用スラリ
を適用した鋳型を用い、Ｃ，Ｈｆを含むＮｉ基耐熱超合
金を一方向凝固して得られるガスタービンブレードは、
Ｃ，Ｈｆと鋳型の反応を低減できる。
【００２６】よって、反応に起因する鋳物の表面欠陥
で、特に、凸欠陥発生数を大幅に低減できる。また、反
応に起因し、鋳型による合金の汚染を大幅に低減できる
ため、実体強度，耐食性など合金本来の緒性質を損わな
い高品質なガスタービンブレードを製造することができ
る。
【００２７】凸欠陥の発生は、図５に示す過程で生じる
と考えられる。
【００２８】図５は、第１層（鋳型表面層）のスラリー
をＡｌ2Ｏ3とした場合であり、鋳型６面と鋳造するＮｉ
基合金５の接触部での反応を示したものである。
【００２９】鋳造するＮｉ基合金５がＣ及びＨｆを含有
していると、合金中のＣによりＡｌ2Ｏ3層７が還元さ
れ、またＣＯが発生する。
【００３０】そして、ＣＯと合金中のＨｆとが反応し、
ＨｆＯ2 が形成され、Ｃが発生する。すなわち、図５の
ＨｆＯ2層８が形成される。
【００３１】次に、ＨｆＯ2層８のＮｉ基合金５側に、
合金中のＴｉと発生したＣとが反応したＴｉＣ１１が形
成される。
【００３２】このようにして形成されたＨｆＯ2 層８も
しくはＴｉＣ１１に鋳造されるＮｉ基合金５の溶湯が侵
入し、結果的に、凸欠陥９が発生すると考えられる。
【００３３】この凸欠陥９は、鋳造後、機械加工もしく
は手仕上げ加工によって除去することは可能であるが、
欠陥を除去した面の品質は劣る。
【００３４】凹欠陥の発生は、図６に示す過程で生じる
と考えられる。
【００３５】図は、第１層（鋳型表面層）のスラリーを
ＺｒＯ2とした場合であり、鋳型６面と鋳造するＮｉ基
合金５の接触部での反応を示したものである。
【００３６】凹欠陥発生の原因は、ＺｒＯ2１０からの
酸素の供給と考えられる。
【００３７】ＺｒＯ2１０からの酸素Ｏの供給によっ
て、Ｎｉ基合金５側で酸化物（主に、ＨｆＯ2 層８）が
形成される。
【００３８】そして、ＨｆＯ2層８の形成と成長に伴う
酸化物層からＣが排出される。
【００３９】次に、排出されたＣと合金中のＴｉとが反
応し、ＨｆＯ2層８のＮｉ基合金５側にＴｉＣ１１が形
成され、結果的に凹欠陥１２となると考えられる。
【００４０】このようにして生じた凹欠陥は、鋳造後に
補修することは困難である。
【００４１】すなわち、凸欠陥は、加工による除去が可
能であるが、凹欠陥は無理であり、また、溶接補修もで
きないため、有害な凹欠陥が発生した場合には、不良品
となってしまう。
【００４２】以上のように、鋳型面と鋳造する合金の溶
湯との接触部では、鋳型表面層の成分とＣ及びＨｆを含
む合金の溶湯成分との特有の反応によって、凹欠陥及び
凸欠陥が発生する。
【００４３】本発明は、Ｃ及びＨｆを含む合金を鋳造す
る鋳型の表面層に使用するスラリーを、Ａｌ2Ｏ3単体も
しくはＺｒＯ2 単体スラリーとした場合に生じる問題を
解消するために、アルミナＡｌ2Ｏ3と部分安定化ジルコ
ニアＺｒＯ2 とを混合したものである。
【００４４】アルミナＡｌ2Ｏ3と部分安定化ジルコニア
ＺｒＯ2 とを鋳型の表面層にしようとすることにより、
凹欠陥及び凸欠陥の発生を抑制することができる。
【００４５】この際、アルミナＡｌ2Ｏ3と部分安定化ジ
ルコニアＺｒＯ2 との割合は、適切な範囲にすることが
望ましい。
【００４６】また、凹欠陥は、補修することが困難であ
るので前記割合は、特に、凹欠陥が発生しづらい範囲が
好ましい。
【００４７】さらに、凹欠陥及び凸欠陥の双方が発生し
づらい範囲がより好ましい。
【００４８】凹欠陥及び凸欠陥は、一般的に０.５個／c
m2以下であれば、鋳物として問題が無いと考えられる。
すなわち、発生する凹欠陥及び凸欠陥を０.５個／cm2以
下とするアルミナＡｌ2Ｏ3と部分安定化ジルコニアＺｒ
Ｏ2 との割合にすることが好ましい。
【００４９】部分安定化ＺｒＯ2 をＣａＯまたはＹ2Ｏ3
で安定化することで、さらに凹欠陥及び凸欠陥の発生を
抑制することができる。
【００５０】この際、ＣａＯ：４.０〜６.０重量％，Ｙ
2Ｏ3：８.０〜１０.０重量％とすることで、ＺｒＯ2の
安定化の効果を向上することができる。
【００５１】Ａｌ2Ｏ3及び部分安定化ＺｒＯ2の平均粒
子径をそれぞれ１０.０μｍ及び12.0μｍとし、さら
に、Ａｌ2Ｏ3及び部分安定化ＺｒＯ2 の通過質量百分率
を次のようにすることによって、さらに凹欠陥及び凸欠
陥の発生を抑制することができる。
【００５２】Ａｌ2Ｏ3の場合 １.０μｍ以下が１２.９％ １.５μｍ以下が１５.９％ ２.０μｍ以下が２１.３％ ３.０μｍ以下が２６.６％ ４.０μｍ以下が３１.８％ ６.０μｍ以下が３８.３％ ８.０μｍ以下が４５.８％ １２.０μｍ以下が５４.６％ １６.０μｍ以下が６３.０％ ２４.０μｍ以下が７２.６％ ３２.０μｍ以下が８２.８％ ４８.０μｍ以下が９４.６％ ６４.０μｍ以下が９７.３％ ９６.０μｍ以下が１００％ 部分安定化ＺｒＯ2の場合 １.０μｍ以下が６.４％ １.５μｍ以下が７.３％ ２.０μｍ以下が８.９％ ３.０μｍ以下が１２.３％ ４.０μｍ以下が１７.２％ ６.０μｍ以下が２４.９％ ８.０μｍ以下が３４.３％ １２.０μｍ以下が５２.６％ １６.０μｍ以下が７１.６％ ２４.０μｍ以下が９０.２％ ３２.０μｍ以下が９９.０％ ４８.０μｍ以下が１００％ また、上記のように少なくとも鋳型の表面層に部分安定
化ジルコニアとアルミナとが含有していることにより、
前記鋳型にＣ及びＨｆを含有するＮｉ基合金の溶融金属
を注湯し、鋳造することにより、鋳型面と鋳造する合金
の溶融金属との接触部では、鋳型表面層の成分とＣ及び
Ｈｆを含む合金の溶融金属成分との反応が抑制され、鋳
物の凹欠陥及び凸欠陥の発生が抑制される。
【００５３】そのため、高品質なガスタービンブレード
が製造できる。また、凸欠陥の発生が抑制されるため、
凸欠陥の除去を行う加工工程が短縮又は省略することが
でき、ガスタービンブレードの品質向上及び製造工程の
短縮が可能となる。
【００５４】詳細すると、ガスタービンブレードの主な
製造工程は、上記の鋳造，鋳造後の検査，鋳造後の加
工，熱処理前検査，熱処理，熱処理後検査，仕上げ加工
及び完成検査である。
【００５５】この工程中で、本発明による凸欠陥の発生
抑制により、鋳造後の検査，鋳造後の加工及び熱処理前
検査が短縮又は省略することができる。
【００５６】
【実施例】
（実施例１）図１に本発明で製作した鋳型の構成を示
す。
【００５７】１は鋳物側であり、２はバック層でアルミ
ナスラリーとアルミナスタッコで構成され、３はフェー
ス層でアルミナと部分安定化ジルコニアの混合粉を用い
たスラリーとアルミナスタッコで構成されている。
【００５８】鋳型の表面層となるのは、フェース層３で
あり、バック層２は複数層からなる。
【００５９】以下製造方法を説明する。
【００６０】最初に表１に示す条件でフェース層３のフ
ェースコート用のフィラーとバインダーからなるスラリ
ーを作製した。
【００６１】
【表１】
【００６２】フィラーはＣａＯ（部分安定化ジルコニア
において５重量％）で安定化した部分安定化ジルコニア
とアルミナ粉を重量で１：１に混合したものを用いた。
【００６３】すなわち、配合割合は５０重量％とした。
【００６４】図２に部分安定化ジルコニア及びアルミナ
粉の粒度分布を示す。平均粒子径はそれぞれ１０μｍ及
び１２μｍとした。
【００６５】次にバインダーと混合フィラーの割合を
４.７ｇ／cc としたスラリーを作製した。
【００６６】また、スラリーには界面活性剤として非イ
オン系リン酸エステルを、消泡剤としてｎ−オクチルア
ルコールをそれぞれバインダー体積比で０.３％，０.１
％添加した。
【００６７】さらに、Ａｌ2Ｏ3及び部分安定化ＺｒＯ2
の通過質量百分率を次のようにした。
【００６８】Ａｌ2Ｏ3の場合 １.０μｍ以下が１２.９％ １.５μｍ以下が１５.９％ ２.０μｍ以下が２１.３％ ３.０μｍ以下が２６.６％ ４.０μｍ以下が３１.８％ ６.０μｍ以下が３８.３％ ８.０μｍ以下が４５.８％ １２.０μｍ以下が５４.６％ １６.０μｍ以下が６３.０％ ２４.０μｍ以下が７２.６％ ３２.０μｍ以下が８２.８％ ４８.０μｍ以下が９４.６％ ６４.０μｍ以下が９７.３％ ９６.０μｍ以下が１００％ 部分安定化ＺｒＯ2 の場合 １.０μｍ以下が６.４％ １.５μｍ以下が７.３％ ２.０μｍ以下が８.９％ ３.０μｍ以下が１２.３％ ４.０μｍ以下が１７.２％ ６.０μｍ以下が２４.９％ ８.０μｍ以下が３４.３％ １２.０μｍ以下が５２.６％ １６.０μｍ以下が７１.６％ ２４.０μｍ以下が９０.２％ ３２.０μｍ以下が９９.０％ ４８.０μｍ以下が１００％ 次に、部分安定化ジルコニアとアルミナの混合割合を、
別途予備実験を行い定めた。
【００６９】すなわち、部分安定化ジルコニアとアルミ
ナの混合割合を変化させたスラリーを用いた鋳型を多数
作製し、幅１００mm，厚さ１５mm，長さ２００mmの平板
を一方向凝固で鋳造した。
【００７０】表２に鋳造条件，表３に合金組成を示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
【表３】
【００７３】鋳型の加熱温度は、鋳込み温度より若干低
い温度である１５２６℃で実施した。そして、鋳込み温
度は、１５３０〜１５４０℃が好ましく、本実施例で
は、１５３０℃で実施した。
【００７４】次に、鋳型からの鋳物引出速度は、２０〜
４０（cm／時間）が好ましく、本実施例では３５（cm／
時間）で実施した。
【００７５】Ｎｉ基合金は、Ｃ及びＨｆを含有してお
り、本実施例ではＣ：０.２４ 重量％及びＨｆ：０.４
９ 重量％を含有させた鋳物であるガスタービンブレー
ドを鋳造した。
【００７６】また、Ｎｉ基合金は、Ｔｉ：３.１７ 重量
％を含有している。
【００７７】鋳造後、鋳物の表面状態を調べたところ、
アルミナフィラー単体では凸欠陥が多数発生し、部分安
定化ジルコニアフィラーを添加すると凸欠陥の数が減少
することが明らかになった。
【００７８】アルミナフィラー単体で多数発生した凸欠
陥を図４に示す。
【００７９】図４は、ガスタービンブレードのブレード
の翼部背側で顕著に欠陥が発生した部位の凸欠陥を示
す。
【００８０】図４での局部的に多数発生した欠陥の数
は、数十個／cm2であった。
【００８１】ガスタービンブレードは、図７に示すよう
に、翼部１３，プラットホーム部１４，シャンク部１５
及びタブティール部１６を有している。
【００８２】翼部背側とは、このガスタービンブレード
の翼部１３は曲面を有しており、その曲面の外側である
翼部１３の背側である。
【００８３】このような凸欠陥が多数発生した場合は、
凸欠陥除去のための手仕上げ加工又は機械加工を行わな
ければならない。
【００８４】一方、部分安定化ジルコニアの混合割合が
多くなると逆に凹欠陥が発生した。これらの凸欠陥及び
凹欠陥の発生数（平均）とアルミナと部分安定化ジルコ
ニア粉の混合割合の関係を図３に示す。
【００８５】すなわち、アルミナと部分安定化ジルコニ
ア粉において、部分安定化ジルコニアの割合が重量％
で、３０〜６０％の範囲で良好な鋳肌になり、鋳物表面
に凹凸欠陥は発生しないことが明らかになった。
【００８６】また、前記部分安定化ジルコニアの割合が
重量％で、１０〜７０％の範囲であると鋳物表面に発生
する凹凸欠陥は０.５個／cm2以下であることがわかる。
【００８７】この発生数は、製品上支障がないと考えら
れる。
【００８８】前記部分安定化ジルコニアの割合が重量％
で、１０〜６０％の範囲であると鋳物表面には除去可能
な凸欠陥のみ発生し、凹欠陥は発生しない事がわかる。
【００８９】この結果をもとに本実施例ではアルミナと
部分安定化ジルコニアの混合割合は１：１とした。すな
わち、前記部分安定化ジルコニアの割合を重量％で、５
０％とした。
【００９０】次に、作製したフェースコート用スラリー
に、金型に射出成型し有機溶剤で洗浄したガスタービン
翼形状のワックス模型を浸積後、粒径が５０〜１２０μ
ｍのアルミナスタッコを降りかけ２時間乾燥し、第１層
とした。
【００９１】この第１層が、最終的に鋳型の表面層（鋳
物と接触する側）となる。
【００９２】第２層以降のバック層はアルミナスラリー
とアルミナスタッコを用いた。
【００９３】表４にバック層のアルミナスラリーの配合
条件及び表５にスタッコの粒径を示す。
【００９４】
【表４】
【００９５】
【表５】
【００９６】バック層は、アルミナスラリーに浸積後ス
タッコを降りかけ乾燥する工程を１０回繰り返し鋳型厚
さを１０〜１２mmとした。
【００９７】鋳型造形後、オートクレーブで脱ワックス
し、９００℃で一時間焼成し鋳造用鋳型とした。
【００９８】試作した鋳型を用いて鋳造試験を行い、ガ
スタービン用一方向凝固動翼を製作した。
【００９９】鋳造条件，合金組成は表２，表３と同じと
した。
【０１００】鋳造後の検査結果、鋳造した翼の表面に凸
欠陥及び凹欠陥は発生せず鋳肌は良好であり、検査時間
は短縮し、欠陥の記録をとらなくても良くなった。
【０１０１】次に、欠陥が無いために、熱処理前の加工
を行わずに、従来と同様の熱処理，仕上げ加工，検査等
を実施した。
【０１０２】以上のように、本実施例では、Ｃ及びＨｆ
を含むＮｉ基合金との無反応性に優れて表面品質の優れ
た鋳物が製造できる鋳型の提供をすることができた。
【０１０３】そのため、鋳造時の鋳型と溶湯との反応が
原因で発生する鋳物表面の欠陥と合金の汚染を著しく低
減でき、高品質なガスタービンブレードを効率よく製造
することができた。
【０１０４】また、鋳物表面の欠陥が低減され、鋳造後
の検査，加工工程が省略もしくは短縮できる。
【０１０５】（実施例２）次にＹ2Ｏ3(９.０重量％）で
安定化した部分安定化ジルコニアを用いて（実施例１）
と同様にして鋳型を作製した。
【０１０６】この場合、フェースコート用スラリーの部
分安定化ジルコニアの割合は重量％で３０％とした。
【０１０７】スラリーの作製条件，鋳造条件合金組成は
（実施例１）と同様である。
【０１０８】作製した鋳型を用いて鋳造したガスタービ
ン用一方向凝固動翼の表面に凸欠陥及び凹欠陥は発生せ
ず鋳肌は良好であった。
【０１０９】以上のように、本実施例では、Ｃ及びＨｆ
を含むＮｉ基合金との無反応性に優れて表面品質の優れ
た鋳物が製造できる鋳型の提供をすることができた。
【０１１０】そのため、鋳造時の鋳型と溶湯との反応が
原因で発生する鋳物表面の欠陥と合金の汚染を著しく低
減でき、高品質なガスタービンブレードを効率よく製造
することができた。
【０１１１】また、鋳物表面の欠陥が低減され、鋳造後
の手仕上げ加工工程及び機械加工工程が省略もしくは短
縮できる。
【０１１２】
【発明の効果】本発明によれば、合金との無反応性に優
れて表面品質の優れた鋳物が製造できる鋳型の提供をす
ることができた。
【０１１３】そのため、鋳造時の鋳型と溶湯との反応が
原因で発生する鋳物表面の欠陥と合金の汚染を著しく低
減でき、高品質なガスタービンブレードを効率よく製造
することができる。
【０１１４】また、鋳物表面の欠陥が低減され、鋳造後
の手仕上げ加工工程及び機械加工工程が省略もしくは短
縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で製作した鋳型の構成を示す断面図であ
る。
【図２】本発明に用いた部分安定化ジルコニア及びアル
ミナ粉の粒度分布である。
【図３】凹欠陥及び凸欠陥発生数に及ぼすフィラー材配
合割合の影響。
【図４】タービンブレードの翼部背側部の発生凸欠陥の
従来例。
【図５】アルミナ鋳型とＮｉ基合金の反応概略図。
【図６】ジルコン鋳型とＮｉ基合金の反応概略図。
【図７】製作するタービンブレードの概略図。
【符号の説明】
１，６…鋳型、２…バック層、３…フェース層、４…凸
欠陥、５…Ｎｉ基合金、７…Ａｌ2Ｏ3層、８…ＨｆＯ2
層、９…凸欠陥、１０…ＺｒＯ2、１１…ＴｉＣ、１２
…凹欠陥、１３…翼部、１４…プラットホーム部、１５
…シャンク部、１６…タブティール部。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/48 Ｆ０１Ｄ 5/12 Ｃ２２Ｃ 19/03 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/12 Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｆ 5/28 35/48 Ａ (72)発明者 斎藤 年旦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 福井 寛 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交互にスラリーと耐火物とが重ね合わさる
    複数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなる
    ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型において、該ス
    ラリーがフィラーとバインダーとからなり、該フィラー
    （Ｉ）はアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)を有し、該フィラー（II）
    はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化ジルコニア（Ｚｒ
    Ｏ2 ）とを有し、前記バインダーはコロイダルシリカと
    し、該フィラー（II）を用いた該スラリーを鋳物面側の
    表面層としたことを特徴とするガスタービンブレードの
    精密鋳造用鋳型。
  2. 【請求項２】交互にスラリーと耐火物とが重ね合わさる
    複数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなる
    ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型であって、該ス
    ラリーがフィラーとバインダーとからなり、該フィラー
    （Ｉ）はアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)を有し、該フィラー（II）
    はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化ジルコニア（Ｚｒ
    Ｏ2 ）とを有し、かつ該Ａｌ2Ｏ3と該ＺｒＯ2 の混合物
    中で該ＺｒＯ2 含有割合が重量％で１０〜７０％であ
    り、前記バインダーはコロイダルシリカとし、該フィラ
    ー（II）を用いた該スラリーを鋳物面側の表面層とした
    ことを特徴とするガスタービンブレードの精密鋳造用鋳
    型。
  3. 【請求項３】交互にスラリーと耐火物とが重ね合わさる
    複数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなる
    ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型において、該ス
    ラリーがフィラーとバインダーとからなり、該フィラー
    はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化ジルコニア（Ｚｒ
    Ｏ2 ）とを有し、前記バインダーはコロイダルシリカと
    し、該スラリーを鋳物面側の表面層としたことを特徴と
    するガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型。
  4. 【請求項４】交互にスラリーと耐火物とが重ね合わさる
    複数層を有し、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなる
    ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型であって、該ス
    ラリーがフィラーとバインダーとからなり、該フィラー
    はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化ジルコニア（Ｚｒ
    Ｏ2）とを有し、かつ該Ａｌ2Ｏ3と該ＺｒＯ2の混合物中
    で該ＺｒＯ2 含有割合が重量％で１０〜７０％であり、
    前記バインダーはコロイダルシリカとし、該スラリーを
    鋳物面側の表面層としたことを特徴とするガスタービン
    ブレードの精密鋳造用鋳型。
  5. 【請求項５】請求項１から請求項４に記載のガスタービ
    ンブレードの精密鋳造用鋳型において、前記部分安定化
    ジルコニアを１種又は２種の混合粉をフィラーとし、前
    記部分安定化ジルコニアがカルシア（ＣａＯ）又はイッ
    トリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化されていることを特徴とする
    ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型。
  6. 【請求項６】請求項５に記載のガスタービンブレードの
    精密鋳造用鋳型において、前記CaOの割合が重量％で４.
    ０〜６.０％の範囲であることを特徴とするガスタービ
    ンブレードの精密鋳造用鋳型。
  7. 【請求項７】請求項５に記載のガスタービンブレードの
    精密鋳造用鋳型において、前記Ｙ2Ｏ3の割合が重量％の
    ８.０〜１０.０％の範囲であることを特徴とするガスタ
    ービンブレードの精密鋳造用鋳型。
  8. 【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれかに記載のガ
    スタービンブレードの精密鋳造用鋳型において、前記Ａ
    ｌ2Ｏ3と前記ＺｒＯ2の混合物中で前記ＺｒＯ2含有割合
    が重量％で２０〜７０％であることを特徴とするガスタ
    ービンブレードの精密鋳造用鋳型。
  9. 【請求項９】請求項１〜請求項８のいずれかに記載のガ
    スタービンブレードの精密鋳造用鋳型において、前記Ａ
    ｌ2Ｏ3と前記ＺｒＯ2の混合物中で前記ＺｒＯ2含有割合
    が重量％で３０〜６０％であることを特徴とするガスタ
    ービンブレードの精密鋳造用鋳型。
  10. 【請求項１０】請求項１〜請求項９のいずれかに記載の
    ガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型において、前記
    Ａｌ2Ｏ3の平均粒子径が１０.０μｍであり、かつ前記
    ＺｒＯ2の平均粒子径が１２.０μｍ であることを特徴
    とするガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型。
  11. 【請求項１１】請求項１〜請求項１０のいずれかに記載
    のガスタービンブレードの精密鋳造用鋳型において、前
    記Ａｌ2Ｏ3の通過質量百分率が １.０μｍ以下が１２.９％ １.５μｍ以下が１５.９％ ２.０μｍ以下が２１.３％ ３.０μｍ以下が２６.６％ ４.０μｍ以下が３１.８％ ６.０μｍ以下が３８.３％ ８.０μｍ以下が４５.８％ １２.０μｍ以下が５４.６％ １６.０μｍ以下が６３.０％ ２４.０μｍ以下が７２.６％ ３２.０μｍ以下が８２.８％ ４８.０μｍ以下が９４.６％ ６４.０μｍ以下が９７.３％ ９６.０μｍ以下が１００％ であり、前記ＺｒＯ2 の通過質量百分率が １.０μｍ以下が６.４％ １.５μｍ以下が７.３％ ２.０μｍ以下が８.９％ ３.０μｍ以下が１２.３％ ４.０μｍ以下が１７.２％ ６.０μｍ以下が２４.９％ ８.０μｍ以下が３４.３％ １２.０μｍ以下が５２.６％ １６.０μｍ以下が７１.６％ ２４.０μｍ以下が９０.２％ ３２.０μｍ以下が９９.０％ ４８.０μｍ以下が１００％ であることを特徴とするガスタービンブレードの精密鋳
    造用鋳型。
  12. 【請求項１２】ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなる
    ガスタービンブレードの製造方法において、鋳物面側の
    少なくとも表面層がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化
    ジルコニア（ＺｒＯ2 ）とを有する精密鋳造用鋳型に、
    ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金の溶融金属を注湯して鋳
    造することを特徴とするガスタービンブレードの製造方
    法。
  13. 【請求項１３】ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金からなる
    ガスタービンブレードの製造方法において、鋳物面側の
    少なくとも表面層がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と部分安定化
    ジルコニア（ＺｒＯ2 ）とを有し、かつ該アルミナと該
    部分安定化ジルコニアの混合物中で該部分安定化ジルコ
    ニア含有割合が重量％で１０〜７０％である精密鋳造用
    鋳型に、ＣとＨｆを含有するＮｉ基合金の溶融金属を注
    湯して鋳造することを特徴とするガスタービンブレード
    の製造方法。
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