JPH10118764A - ＴｉＡｌ製タービン羽根車とローターシャフトとの接合 方法 - Google Patents
ＴｉＡｌ製タービン羽根車とローターシャフトとの接合 方法Info
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- JPH10118764A JPH10118764A JP31114396A JP31114396A JPH10118764A JP H10118764 A JPH10118764 A JP H10118764A JP 31114396 A JP31114396 A JP 31114396A JP 31114396 A JP31114396 A JP 31114396A JP H10118764 A JPH10118764 A JP H10118764A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＴｉＡｌローター羽根車と構造用鋼あるいは
耐熱鋼のシャフトとの接合において、低コスト、かつ接
合強度の高い接合法を提供する。 【構成】 本発明の接合方法は、ＴｉＡｌ製タービン羽
根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼からなるローターシャフ
トとの被接合界面に、ろう材を挿入し、ろう材と被接合
材との界面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上でかつ接合温
度において軸部およびローター羽根車の降伏応力以下の
圧力を負荷し、不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中
で、高周波誘導加熱によって接合界面部をろう材の液相
線温度以上でかつ液相線温度＋１００℃以内に加熱、保
持しつつろう付けを行うことによって接合する。
耐熱鋼のシャフトとの接合において、低コスト、かつ接
合強度の高い接合法を提供する。 【構成】 本発明の接合方法は、ＴｉＡｌ製タービン羽
根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼からなるローターシャフ
トとの被接合界面に、ろう材を挿入し、ろう材と被接合
材との界面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上でかつ接合温
度において軸部およびローター羽根車の降伏応力以下の
圧力を負荷し、不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中
で、高周波誘導加熱によって接合界面部をろう材の液相
線温度以上でかつ液相線温度＋１００℃以内に加熱、保
持しつつろう付けを行うことによって接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用の過給
機に使用されるＴｉＡｌ製タービン羽根車と、構造用鋼
あるいは耐熱鋼からなるローターシャフトとの接合に関
するものである。
機に使用されるＴｉＡｌ製タービン羽根車と、構造用鋼
あるいは耐熱鋼からなるローターシャフトとの接合に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、内燃機関用過給機のタービン
羽根車には、高温強度に優れたＮｉ基鋳造用超合金Ｉｎ
ｃｏｎｅ１７１３Ｃなどの精密鋳造品のタービン羽根車
に構造用鋼からなるシャフトを摩擦接合や電子ビーム溶
接によって接合した物が用いられてきた。
羽根車には、高温強度に優れたＮｉ基鋳造用超合金Ｉｎ
ｃｏｎｅ１７１３Ｃなどの精密鋳造品のタービン羽根車
に構造用鋼からなるシャフトを摩擦接合や電子ビーム溶
接によって接合した物が用いられてきた。
【０００３】近年、上記過給機タービン羽根車の耐熱性
を改善するとともに、軽量化によるイナーシャの低下に
よってエンジンの応答性を向上させるため、窒化珪素か
らなるセラミックスローターが実用化された。
を改善するとともに、軽量化によるイナーシャの低下に
よってエンジンの応答性を向上させるため、窒化珪素か
らなるセラミックスローターが実用化された。
【０００４】しかし、このセラミックス羽根車にも、 １）靭性が乏しく従来の金属性ローターの羽根車に比
べ、肉厚を厚くしなければならない。２）熱膨張が小さ
いためケーシング等の周囲の部品との熱膨張のバランス
が取りにくい。などの欠点があった。
べ、肉厚を厚くしなければならない。２）熱膨張が小さ
いためケーシング等の周囲の部品との熱膨張のバランス
が取りにくい。などの欠点があった。
【０００５】そこで、最近セラミックス替わる新しい材
料として、比重が３．８とセラミックスに近く、高温の
比強度（強度を密度で割った値）はＮｉ基超合金Ｉｎｃ
ｏｎｅ１７１３Ｃと同等以上で、しかも、セラミックス
の欠点であった靭性を有し、かつ熱膨張率が金属に近い
ＴｉＡｌ金属間化合物が、タービン羽根車に提案された
（例えば、特開昭６１−２２９９０１）。
料として、比重が３．８とセラミックスに近く、高温の
比強度（強度を密度で割った値）はＮｉ基超合金Ｉｎｃ
ｏｎｅ１７１３Ｃと同等以上で、しかも、セラミックス
の欠点であった靭性を有し、かつ熱膨張率が金属に近い
ＴｉＡｌ金属間化合物が、タービン羽根車に提案された
（例えば、特開昭６１−２２９９０１）。
【０００６】このタービン羽根車は、精密鋳造あるいは
恒温鍛造によって製造され、この羽根車と構造用鋼のシ
ャフトを接合してローターが製造される。このＴｉＡｌ
は、セラミックスにない靭性を有するものの、室温延性
は１％程度のため、従来のＮｉ基超合金羽根車と構造用
鋼のシャフトの接合で行われている摩擦接合を適用する
と、冷却時の構造用鋼がオーステナイトからマルテンサ
イトに変態する際に発生する体積膨張によって残留応力
が発生し、ＴｉＡｌが割れるという問題や、また、接合
界面に構造用鋼中の炭素とＴｉＡｌ中のＴｉが反応し炭
化物を生成し、界面強度を低下させるという問題があっ
た。そこで、これらの問題を解決するために、真空ろう
付けや、ＴｉＡｌ羽根車とシャフトとの間に変態のない
オーステナイト系材料を中間材として摩擦接合する方法
が提案された（例えば、特開平２−１３３１８３）。
恒温鍛造によって製造され、この羽根車と構造用鋼のシ
ャフトを接合してローターが製造される。このＴｉＡｌ
は、セラミックスにない靭性を有するものの、室温延性
は１％程度のため、従来のＮｉ基超合金羽根車と構造用
鋼のシャフトの接合で行われている摩擦接合を適用する
と、冷却時の構造用鋼がオーステナイトからマルテンサ
イトに変態する際に発生する体積膨張によって残留応力
が発生し、ＴｉＡｌが割れるという問題や、また、接合
界面に構造用鋼中の炭素とＴｉＡｌ中のＴｉが反応し炭
化物を生成し、界面強度を低下させるという問題があっ
た。そこで、これらの問題を解決するために、真空ろう
付けや、ＴｉＡｌ羽根車とシャフトとの間に変態のない
オーステナイト系材料を中間材として摩擦接合する方法
が提案された（例えば、特開平２−１３３１８３）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記真空ろう
付けおよびオーステナイト系材料を中間材とする摩擦接
合法においては、前者は高真空中で接合を行わなければ
ならず、真空引きを含め処理に時間がかかりコストが高
く、また、後者は１回目に中間材を例えばシャフトに摩
擦接合した後、２回目に中間材を接合したシャフトを羽
根車に接合するといったように２回の接合をしなければ
ならず、また、中間材の接合後の厚さのコントロールが
難しいばかりでなく、接合コストが高いという問題があ
った。
付けおよびオーステナイト系材料を中間材とする摩擦接
合法においては、前者は高真空中で接合を行わなければ
ならず、真空引きを含め処理に時間がかかりコストが高
く、また、後者は１回目に中間材を例えばシャフトに摩
擦接合した後、２回目に中間材を接合したシャフトを羽
根車に接合するといったように２回の接合をしなければ
ならず、また、中間材の接合後の厚さのコントロールが
難しいばかりでなく、接合コストが高いという問題があ
った。
【０００８】また、接合後のローターは軸部の調質を行
うため、焼き入れ・焼き戻し後、軸受け部の耐摩耗性を
向上させため、接合部近傍の軸受け部について高周波焼
き入れ、あるいはレーザー焼き入れが行われる。この場
合、真空ろう付け接合においては、軸材のオーステナイ
ト化温度がろう材の溶融温度以上にあると、焼き入れ時
にろう材が再溶融し、酸化が起こり、接合部の強度低下
が起こるばかりでなく、場合によっては、取り扱い中に
羽根車が取れてしまうという不都合が発生する。
うため、焼き入れ・焼き戻し後、軸受け部の耐摩耗性を
向上させため、接合部近傍の軸受け部について高周波焼
き入れ、あるいはレーザー焼き入れが行われる。この場
合、真空ろう付け接合においては、軸材のオーステナイ
ト化温度がろう材の溶融温度以上にあると、焼き入れ時
にろう材が再溶融し、酸化が起こり、接合部の強度低下
が起こるばかりでなく、場合によっては、取り扱い中に
羽根車が取れてしまうという不都合が発生する。
【０００９】現在ＴｉＡｌタービンローターは未だ実用
化されておらず、実用化を阻む壁は製造コストに有る。
そこで、本発明の目的は、ＴｉＡｌローター羽根車と構
造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフトとの接合において、低
コスト、かつ接合強度の高い接合法を提供することにあ
る。
化されておらず、実用化を阻む壁は製造コストに有る。
そこで、本発明の目的は、ＴｉＡｌローター羽根車と構
造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフトとの接合において、低
コスト、かつ接合強度の高い接合法を提供することにあ
る。
【００１０】
【発明が解決するための手段】本発明の接合方法は、Ｔ
ｉＡｌ製タービン羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼から
なるローターシャフトとの被接合界面にろう材を挿入
し、ろう材と被接合材との界面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ
２以上でかつ接合温度において軸部およびローター羽根
車の降伏応力以下の圧力を負荷し、不活性ガスあるいは
還元性ガス雰囲気中で、高周波誘導加熱によって接合界
面部をろう材の液相線温度以上でかつ液相線温度＋１０
０℃以内に加熱、保持しつつろう付けを行うことによっ
て接合することを特徴とする。また、用いるろう材がＡ
ｇ、Ｃｕ、ＮｉあるいはＴｉを主成分とすることを特徴
とし、さらに用いるろう材と軸材との組み合わせにおい
て、ろう材の液相線温度が、軸材のオーステナイト化温
度以上あることを特徴とする。また、軸部全体を高周波
誘導加熱によってオーステナイト化温度以上に加熱し、
ろう付け後、冷却ガスあるいは冷却液を軸部に吹きつけ
冷却することによって、ろう付けと軸部の焼き入れを同
時に行うことを特徴とする。
ｉＡｌ製タービン羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼から
なるローターシャフトとの被接合界面にろう材を挿入
し、ろう材と被接合材との界面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ
２以上でかつ接合温度において軸部およびローター羽根
車の降伏応力以下の圧力を負荷し、不活性ガスあるいは
還元性ガス雰囲気中で、高周波誘導加熱によって接合界
面部をろう材の液相線温度以上でかつ液相線温度＋１０
０℃以内に加熱、保持しつつろう付けを行うことによっ
て接合することを特徴とする。また、用いるろう材がＡ
ｇ、Ｃｕ、ＮｉあるいはＴｉを主成分とすることを特徴
とし、さらに用いるろう材と軸材との組み合わせにおい
て、ろう材の液相線温度が、軸材のオーステナイト化温
度以上あることを特徴とする。また、軸部全体を高周波
誘導加熱によってオーステナイト化温度以上に加熱し、
ろう付け後、冷却ガスあるいは冷却液を軸部に吹きつけ
冷却することによって、ろう付けと軸部の焼き入れを同
時に行うことを特徴とする。
【００１１】本発明は、いずれのＴｉＡｌからなるター
ビン羽根車に適用可能であるが、高温の使用条件下で、
高速回転する部品であるため、高温強度および延性に優
れ、かつ耐酸化性に優れることが必要であり、したがっ
て、本発明の適用を推奨すべきＴｉＡｌの代表組成は、
次の組成をもつものである。 １）Ａ１：３１〜３５％を含有し、実質的に残部がＴ１
からなるＴｉＡｌ。 ２）１）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｃｒ、Ｍｎ，Ｖの
中から、１種または１種以上を合計で０．２〜４．０％
を含むＴｉＡｌ． ３）１）または２）のＴｉＡｌの組成に加え、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｗの中から、１種または１種以上を合計で０．２〜
８．０％を含むＴｉＡｌ。 ４）１）ないし３）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｓｉ：
０．０１〜１．００％を含むＴｉＡｌ。 ５）１）ないし４）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｚｒ：
＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、Ｃ：＜０．２％、Ｏ：
＜０．２％、Ｎ：＜０．２％に規制したことを特徴とす
るＴｉＡｌ。
ビン羽根車に適用可能であるが、高温の使用条件下で、
高速回転する部品であるため、高温強度および延性に優
れ、かつ耐酸化性に優れることが必要であり、したがっ
て、本発明の適用を推奨すべきＴｉＡｌの代表組成は、
次の組成をもつものである。 １）Ａ１：３１〜３５％を含有し、実質的に残部がＴ１
からなるＴｉＡｌ。 ２）１）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｃｒ、Ｍｎ，Ｖの
中から、１種または１種以上を合計で０．２〜４．０％
を含むＴｉＡｌ． ３）１）または２）のＴｉＡｌの組成に加え、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｗの中から、１種または１種以上を合計で０．２〜
８．０％を含むＴｉＡｌ。 ４）１）ないし３）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｓｉ：
０．０１〜１．００％を含むＴｉＡｌ。 ５）１）ないし４）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｚｒ：
＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、Ｃ：＜０．２％、Ｏ：
＜０．２％、Ｎ：＜０．２％に規制したことを特徴とす
るＴｉＡｌ。
【００１２】以下に、本発明について具体的に図を参照
して具体的に説明する。本発明は、基本的にはろう付け
法を採用し、真空ろう付けの処理時間が長く、コストが
高いという問題を解決するために、加熱速度の速い高周
波加熱方式を採用した。図１に示すように、ＴｉＡｌ製
タービン羽根車と軸材との間にろう材を挿入し、接合部
を高周波加熱によってろう材の液相線温度以上に加熱す
ることによりろう付けを行う。
して具体的に説明する。本発明は、基本的にはろう付け
法を採用し、真空ろう付けの処理時間が長く、コストが
高いという問題を解決するために、加熱速度の速い高周
波加熱方式を採用した。図１に示すように、ＴｉＡｌ製
タービン羽根車と軸材との間にろう材を挿入し、接合部
を高周波加熱によってろう材の液相線温度以上に加熱す
ることによりろう付けを行う。
【００１３】このとき、軸材の一端に荷重をかけ、接合
界面に圧力を負荷することにより、ろう材と被接合材の
界面の濡れ性が良くなり、未接合部の生成による接合強
度の低下を防止することが可能である。特に、０．０１
ｋｇｆ／ｍｍ２以上の圧力を負荷することにより、濡れ
性は良くなるが、接合面の表面荒さが大きい場合には、
圧力を高くすることが望ましい。しかし、接合温度にお
いて軸部およびローター羽根車の降伏応力以上になる
と、接合部に塑性変形が生じるため、それぞれの降伏応
力以下の圧力にする必要が有る。また、ろう付けはろう
材の液相線温度以上で可能であるが、温度が高くなると
被接合材とろう材とが反応し、接合界面に化合物を生成
して、接合強度が低下するため、ろう材の液相線温度以
上＋１００℃以下にする必要が有る。
界面に圧力を負荷することにより、ろう材と被接合材の
界面の濡れ性が良くなり、未接合部の生成による接合強
度の低下を防止することが可能である。特に、０．０１
ｋｇｆ／ｍｍ２以上の圧力を負荷することにより、濡れ
性は良くなるが、接合面の表面荒さが大きい場合には、
圧力を高くすることが望ましい。しかし、接合温度にお
いて軸部およびローター羽根車の降伏応力以上になる
と、接合部に塑性変形が生じるため、それぞれの降伏応
力以下の圧力にする必要が有る。また、ろう付けはろう
材の液相線温度以上で可能であるが、温度が高くなると
被接合材とろう材とが反応し、接合界面に化合物を生成
して、接合強度が低下するため、ろう材の液相線温度以
上＋１００℃以下にする必要が有る。
【００１４】このとき、ろう材としては、Ａｇ、Ｃｕ、
ＮｉあるいはＴｉを主成分とするろう材を用いることが
可能であり、箔状および粉末状のいずれであってもよ
い。
ＮｉあるいはＴｉを主成分とするろう材を用いることが
可能であり、箔状および粉末状のいずれであってもよ
い。
【００１５】さらに、加熱中のろう材および被接合面の
酸化によるろう材の濡れ性悪化による未接合部の増加は
接合強度の低下をもたらすため、ＴｉＡｌ製タービン羽
根車および軸材を耐熱ガラスで覆い、耐熱ガラスとこれ
らの間に不活性ガスあるいは還元性ガスを流し、酸化を
防止した。特に、ろう材に活性金属を含む場合には、還
元性ガス（例えば水素を５％含むＨｅガス）を流すのが
望ましい。
酸化によるろう材の濡れ性悪化による未接合部の増加は
接合強度の低下をもたらすため、ＴｉＡｌ製タービン羽
根車および軸材を耐熱ガラスで覆い、耐熱ガラスとこれ
らの間に不活性ガスあるいは還元性ガスを流し、酸化を
防止した。特に、ろう材に活性金属を含む場合には、還
元性ガス（例えば水素を５％含むＨｅガス）を流すのが
望ましい。
【００１６】以上のような方法によって、ろう付けの時
間の調査を行った結果、３０秒で十分な接合強度が得ら
ることが判明し、直径１７ｍｍの軸の場合、加熱開始か
らの時間を含め接合終了まで、約９０秒という短時間で
接合が可能となった。
間の調査を行った結果、３０秒で十分な接合強度が得ら
ることが判明し、直径１７ｍｍの軸の場合、加熱開始か
らの時間を含め接合終了まで、約９０秒という短時間で
接合が可能となった。
【００１７】また接合後、軸材の調質を行うため、焼き
入れ・焼き戻しを行う場合には、軸材の焼き入れ時に接
合界面が再溶融およびこれに伴う劣化が起こらないよう
に、用いるろう材と軸材との組み合わせにおいて、ろう
材の液相線温度が、軸材のオーステナイト化温度以上で
あることが必要である。実際には、接合後の接合部のろ
う材は接合中に被接合部からの他元素の拡散によって、
液相線温度がろう材そのものの液相線温度より若干高く
なっているため、ろう材の液相線温度が、軸材のオース
テナイト化温度と同じ場合の組み合わせであっても適用
可能である。
入れ・焼き戻しを行う場合には、軸材の焼き入れ時に接
合界面が再溶融およびこれに伴う劣化が起こらないよう
に、用いるろう材と軸材との組み合わせにおいて、ろう
材の液相線温度が、軸材のオーステナイト化温度以上で
あることが必要である。実際には、接合後の接合部のろ
う材は接合中に被接合部からの他元素の拡散によって、
液相線温度がろう材そのものの液相線温度より若干高く
なっているため、ろう材の液相線温度が、軸材のオース
テナイト化温度と同じ場合の組み合わせであっても適用
可能である。
【００１８】また、ろう付けと同時に軸部の焼き入れを
行うためには、図２に示すように軸部全体を高周波加熱
によって加熱し、ろう付け後、耐熱ガラスのノズルより
ＡｒおよびＨｅガスなどの冷却ガスあるいは水などの冷
却液を軸部に吹きつけ急冷することによって可能であ
る。
行うためには、図２に示すように軸部全体を高周波加熱
によって加熱し、ろう付け後、耐熱ガラスのノズルより
ＡｒおよびＨｅガスなどの冷却ガスあるいは水などの冷
却液を軸部に吹きつけ急冷することによって可能であ
る。
【００１９】本接合法において接合するＴｉＡｌ製ター
ビン羽根車は、精密鋳造あるいは高温鍛造のいずれの方
法によって製造されてもよい。さらに、ＴｉＡｌ製ター
ビン羽根車は１２００℃〜１３５０℃の範囲での熱処理
によって延性を改善することが可能で、精密鋳造材につ
いては、１２００℃〜１３５０℃の範囲で、１０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ２以上の圧力でＨＩＰ熱処理を加えることに
より、内部の鋳造欠陥を無くし、信頼性を向上させると
ともに、強度および延性を改善することが可能である。
ビン羽根車は、精密鋳造あるいは高温鍛造のいずれの方
法によって製造されてもよい。さらに、ＴｉＡｌ製ター
ビン羽根車は１２００℃〜１３５０℃の範囲での熱処理
によって延性を改善することが可能で、精密鋳造材につ
いては、１２００℃〜１３５０℃の範囲で、１０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ２以上の圧力でＨＩＰ熱処理を加えることに
より、内部の鋳造欠陥を無くし、信頼性を向上させると
ともに、強度および延性を改善することが可能である。
【００２０】
【作用】以下に本発明に関わるＴｉＡｌ製タービン羽根
車の組成を限定した理由を示す。 Ａｌ：３１〜３５％ ＡｌはＴｉと結合して金属間化合物ＴｉＡｌならびにＴ
ｉ３Ａｌを生成する元素である。ＴｉＡｌおよびＴｉ３
Ａｌの単相はいずれも脆く、強度が低い化合物である
が、Ａｌが３１〜３５％の範囲になると、ＴｉＡｌ相中
にＴｉ３Ａｌが体積率で５〜３０％を含まれるようにな
り、２相状態になって延性および強度が高くなる。しか
しながら、Ａｌが３１％以下になってＴｉ３Ａｌが多く
なり、あるいは、Ａｌが３５％以上になってＴｉ３Ａｌ
が少なくなると、強度および延性が著しく低下する。
車の組成を限定した理由を示す。 Ａｌ：３１〜３５％ ＡｌはＴｉと結合して金属間化合物ＴｉＡｌならびにＴ
ｉ３Ａｌを生成する元素である。ＴｉＡｌおよびＴｉ３
Ａｌの単相はいずれも脆く、強度が低い化合物である
が、Ａｌが３１〜３５％の範囲になると、ＴｉＡｌ相中
にＴｉ３Ａｌが体積率で５〜３０％を含まれるようにな
り、２相状態になって延性および強度が高くなる。しか
しながら、Ａｌが３１％以下になってＴｉ３Ａｌが多く
なり、あるいは、Ａｌが３５％以上になってＴｉ３Ａｌ
が少なくなると、強度および延性が著しく低下する。
【００２１】Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ：０．２〜４．０ Ｃｒ、Ｍｎ、ＶはいずれもＴｉＡｌの延性を改善する元
素である。これらの元素が延性改善効果を示すのは、こ
れらの元素の１種あるいは１種以上の合計が０．２％以
上であり、４％を超えると耐酸化性が著しく劣化すると
ともに、β相の生成が起こり、高温強度が低下するとい
う不都合がある。
素である。これらの元素が延性改善効果を示すのは、こ
れらの元素の１種あるいは１種以上の合計が０．２％以
上であり、４％を超えると耐酸化性が著しく劣化すると
ともに、β相の生成が起こり、高温強度が低下するとい
う不都合がある。
【００２２】Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ ：０．２〜８．０％ Ｎｂ、Ｔａ、ＷはＴｉＡｌの耐酸化性を改善する元素で
ある。これらの元素が耐酸化性改善効果を示すのは、こ
れらの元素の１種あるいは１種以上の合計が０．２％以
上であり、８％を超えると延性が低下するとともに、Ｔ
ｉＡｌの密度が高くなって、ＴｉＡｌの低密度であると
いう特徴が失われるという不都合がある。
ある。これらの元素が耐酸化性改善効果を示すのは、こ
れらの元素の１種あるいは１種以上の合計が０．２％以
上であり、８％を超えると延性が低下するとともに、Ｔ
ｉＡｌの密度が高くなって、ＴｉＡｌの低密度であると
いう特徴が失われるという不都合がある。
【００２３】Ｓｉ：０．０１〜１．００％ Ｓｉは、Ｔｉと反応しそれぞれ珪化物（ＴｉＳｉ３）を
生成し、ＴｉＡｌのクリープ特性を改善するするばかり
でなく、耐酸化性を改善する元素である。これらの効果
が表れるのは、０．０１％以上であり、１．００％を超
えて添加すると延性が低下する。
生成し、ＴｉＡｌのクリープ特性を改善するするばかり
でなく、耐酸化性を改善する元素である。これらの効果
が表れるのは、０．０１％以上であり、１．００％を超
えて添加すると延性が低下する。
【００２４】Ｚｒ：＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、
Ｃ：＜０．２％、Ｏ：＜０．２％、Ｎ：＜０．２％ Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃ、Ｏ、およびＮは、ＴｉＡｌ製ローター
羽根車の精密鋳造の工程および原料から混入する不純物
元素でり、これらが多量に混入すると、ＴｉＡｌの延性
が著しく低下する。そこで、これらの元素の上限値をそ
れぞれ、１．０％、１．０％、０．２％、０．２％およ
び０．２％とした。
Ｃ：＜０．２％、Ｏ：＜０．２％、Ｎ：＜０．２％ Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃ、Ｏ、およびＮは、ＴｉＡｌ製ローター
羽根車の精密鋳造の工程および原料から混入する不純物
元素でり、これらが多量に混入すると、ＴｉＡｌの延性
が著しく低下する。そこで、これらの元素の上限値をそ
れぞれ、１．０％、１．０％、０．２％、０．２％およ
び０．２％とした。
【００２５】
実施例１ 表１に接合を実施したろう材および軸材ならびにＴｉＡ
ｌ製タービン羽根車の組み合わせおよび接合条件を示
す。軸材ＳＮＣＭ４３９は、ＪＩＳＧ４１０３に規定の
構造用鋼のニッケルークロム−モリブデン鋼であり、Ｓ
ＵＨ１１はＪＩＳＧ４３１１に規定のマルテにンサイト
系耐熱鋼である。さらに、ろう材ＢＡｇ−７および１３
ＡはＪＩＳＺ３２６１に規定の銀ろうであり、ＢＮｉ−
３はＪＩＳＺ３２６５に規定のニッケルろうである。ま
た、ろう材ＡはＡｇ−３５．３Ｃｕ−１．７Ｔｉ（ｗｔ
％）の組成を有する銀ろうで、ろう材ＢはＣｕ−１０Ｃ
ｏ−３１．５Ｍｎ（ｗｔ％）の組成を有する銅ろうで、
さらに、ろう材Ｃは、Ｔｉ−１５Ｎｉ−１５Ｃｕ（ｗｔ
％）の組成を有するチタンろうである。
ｌ製タービン羽根車の組み合わせおよび接合条件を示
す。軸材ＳＮＣＭ４３９は、ＪＩＳＧ４１０３に規定の
構造用鋼のニッケルークロム−モリブデン鋼であり、Ｓ
ＵＨ１１はＪＩＳＧ４３１１に規定のマルテにンサイト
系耐熱鋼である。さらに、ろう材ＢＡｇ−７および１３
ＡはＪＩＳＺ３２６１に規定の銀ろうであり、ＢＮｉ−
３はＪＩＳＺ３２６５に規定のニッケルろうである。ま
た、ろう材ＡはＡｇ−３５．３Ｃｕ−１．７Ｔｉ（ｗｔ
％）の組成を有する銀ろうで、ろう材ＢはＣｕ−１０Ｃ
ｏ−３１．５Ｍｎ（ｗｔ％）の組成を有する銅ろうで、
さらに、ろう材Ｃは、Ｔｉ−１５Ｎｉ−１５Ｃｕ（ｗｔ
％）の組成を有するチタンろうである。
【００２６】これらを、図１に示すように、精密鋳造で
製造した直径５２ｍｍのＴｉＡｌ製タービン羽根車１
と、直径１７ｍｍ、長さ１１０ｍｍに加工した軸材３と
の接合界面にろう材２を挿入し、軸材上部を加圧し、接
合界面に０．５ｋｇｆ／ｍｍ２の圧力を負荷した。接合
面はいずれも平面で研削仕上げとした。ろう材はいずれ
も厚さ０．０５ｍｍの箔状のものを用いた。さらに、接
合部を不活性雰囲気にするため、被接合材の周囲を耐熱
ガラスで覆い、被接合材と耐熱ガラスとの間にＡｒガス
を流し、大気とのシールを行った。高周波誘導加熱は耐
熱ガラスの外側に加熱コイルを置き、ろう材の液相線温
度＋５０℃の温度まで加熱し、温度が一定になってから
３０秒間保持後、電源を切り冷却を行った。
製造した直径５２ｍｍのＴｉＡｌ製タービン羽根車１
と、直径１７ｍｍ、長さ１１０ｍｍに加工した軸材３と
の接合界面にろう材２を挿入し、軸材上部を加圧し、接
合界面に０．５ｋｇｆ／ｍｍ２の圧力を負荷した。接合
面はいずれも平面で研削仕上げとした。ろう材はいずれ
も厚さ０．０５ｍｍの箔状のものを用いた。さらに、接
合部を不活性雰囲気にするため、被接合材の周囲を耐熱
ガラスで覆い、被接合材と耐熱ガラスとの間にＡｒガス
を流し、大気とのシールを行った。高周波誘導加熱は耐
熱ガラスの外側に加熱コイルを置き、ろう材の液相線温
度＋５０℃の温度まで加熱し、温度が一定になってから
３０秒間保持後、電源を切り冷却を行った。
【００２７】このときの、加熱開始からろう付け終了ま
での所用時間は、加熱温度が最も高いもので９０秒と短
時間で接合が終了した。接合したタービンローターは、
接合ままの状態と、表１に示す各条件でそれぞれ焼き入
れ・焼き戻しを行い、接合部を直径１６ｍｍに機械加工
し、捩り試験を室温で実施した。焼き入れ・焼き戻しは
ＪＩＳＧ４１０３および４３１１の指定範囲で実施し
た。接合ままの状態では、いずれも８ｋｇｆ・ｍ以上の
捩り破断トルクを有し、タービンローター軸部の接合強
度として十分な強度を示した。
での所用時間は、加熱温度が最も高いもので９０秒と短
時間で接合が終了した。接合したタービンローターは、
接合ままの状態と、表１に示す各条件でそれぞれ焼き入
れ・焼き戻しを行い、接合部を直径１６ｍｍに機械加工
し、捩り試験を室温で実施した。焼き入れ・焼き戻しは
ＪＩＳＧ４１０３および４３１１の指定範囲で実施し
た。接合ままの状態では、いずれも８ｋｇｆ・ｍ以上の
捩り破断トルクを有し、タービンローター軸部の接合強
度として十分な強度を示した。
【００２８】しかし、焼き入れ・焼き戻しを行ったもの
の内、ろう材の液相線温度が軸材のオーステナイト化温
度より低い組み合わせのＮｏ．２、７および９では、熱
処理後の強度が熱処理前に比べ著しく低下する結果とな
った。
の内、ろう材の液相線温度が軸材のオーステナイト化温
度より低い組み合わせのＮｏ．２、７および９では、熱
処理後の強度が熱処理前に比べ著しく低下する結果とな
った。
【００２９】
【表１】
【００３０】実施例２ 図２に示すように、軸部全体を高周波誘導によって加熱
し、ろう付けと同時に焼き入れを行った。用いたＴｉＡ
ｌ製タービン羽根車、軸材、ろう材および接合条件は実
施例１のＮｏ８の場合と同じである。ただし、加熱・保
持完了時に耐熱ガラスと軸材との間にシールドガスとし
て流していたＡｒガスに代わり、耐熱ガラスの冷却ガス
吹き出しノズルから、Ａｒガスを軸材に吹きつけ軸部を
急冷し、焼き入れを行った。接合を行ったローターは、
室温で接合部の捩り試験を行うとともに、軸部各部位の
硬さを測定した。室温の捩り破断トルクは、１７．４ｋ
ｇｆ・ｍと実施例１の表１に示した結果と同等の強度を
示した。また各部位の硬さは、表２に示すように中心部
が表層に比べ若干硬さが低いものの、いずれもＨＲＣ５
３以上と十分な焼き入れ硬さを示し、ろう付けと同時に
焼き入れを行うことが可能であった。
し、ろう付けと同時に焼き入れを行った。用いたＴｉＡ
ｌ製タービン羽根車、軸材、ろう材および接合条件は実
施例１のＮｏ８の場合と同じである。ただし、加熱・保
持完了時に耐熱ガラスと軸材との間にシールドガスとし
て流していたＡｒガスに代わり、耐熱ガラスの冷却ガス
吹き出しノズルから、Ａｒガスを軸材に吹きつけ軸部を
急冷し、焼き入れを行った。接合を行ったローターは、
室温で接合部の捩り試験を行うとともに、軸部各部位の
硬さを測定した。室温の捩り破断トルクは、１７．４ｋ
ｇｆ・ｍと実施例１の表１に示した結果と同等の強度を
示した。また各部位の硬さは、表２に示すように中心部
が表層に比べ若干硬さが低いものの、いずれもＨＲＣ５
３以上と十分な焼き入れ硬さを示し、ろう付けと同時に
焼き入れを行うことが可能であった。
【００３１】
【表２】
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、耐熱性に優れたＴｉＡ
ｌローター羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフト
とが短時間で接合できることにより低コスト化が図れ、
かつ、高い接合部強度を得ることが可能である。また、
接合後に焼き入れ・焼き戻しを行っても、接合部の強度
低下がなく、さらに、ろう付けと同時に軸部の焼き入れ
が可能で、さらに低コストととなり、ＴｉＡｌローター
羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフトとの接合法
として極めて有効である。
ｌローター羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフト
とが短時間で接合できることにより低コスト化が図れ、
かつ、高い接合部強度を得ることが可能である。また、
接合後に焼き入れ・焼き戻しを行っても、接合部の強度
低下がなく、さらに、ろう付けと同時に軸部の焼き入れ
が可能で、さらに低コストととなり、ＴｉＡｌローター
羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフトとの接合法
として極めて有効である。
【図１】本発明の接合方法の実施例を示す説明図であ
る。
る。
【図２】本発明の接合方法において、ろう付け接合と軸
部の焼き入れを同時に行う実施例を示す説明図である。
部の焼き入れを同時に行う実施例を示す説明図である。
１ ＴｉＡｌ製タービン羽根車 ２ ろう材 ３ 軸材 ４ 高周波加熱コイル ５ 耐熱ガラス ６ ＴｉＡｌ製タービン羽根車支え台 ７ Ａｒガス ８ 冷却ガスおよび冷却液吹きつけノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｃ２２Ｆ 1/18 Ｈ Ｆ０１Ｄ 5/04 Ｆ０１Ｄ 5/04 25/00 25/00 Ｘ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５１Ｂ ６９１ ６９１Ｂ ６９２ ６９２Ａ
Claims (12)
- 【請求項１】 ＴｉＡｌ製タービン羽根車と構造用鋼あ
るいはマルテンサイト系耐熱鋼からなるローターシャフ
トとの被接合界面に、ろう材を挿入し、ろう材と被接合
材との界面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上でかつ接合温
度において軸部およびローター羽根車の降伏応力以下の
圧力を負荷し、不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中
で、高周波誘導加熱によって接合界面部をろう材の液相
線温度以上でかつ液相線温度＋１００℃以内に加熱、保
持しつつろう付けを行うことを特徴とする接合方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の接合方法において、Ａｇ
を主成分とするろう材を用いたことを特徴とする接合方
法。 - 【請求項３】 請求項１記載の接合方法において、Ｃｕ
を主成分とするろう材を用いたことを特徴とする接合方
法。 - 【請求項４】 請求項１記載の接合方法において、Ｎｉ
を主成分とするろう材を用いたことを特徴とする接合方
法。 - 【請求項５】 請求項１記載の接合方法において、Ｔｉ
を主成分とするろう材を用いたことを特徴とする接合方
法。 - 【請求項６】 請求項１ないし５項記載の接合方法にお
いて、用いるろう材と軸材との組み合わせにおいて、ろ
う材の液相線温度が、軸材のオーステナイト化温度以上
であることを特徴とする接合方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし５項に記載の接合方法に
おいて、軸部全体を高周波誘導加熱によってオーステナ
イト化温度以上に加熱し、ろう付け後、冷却ガスあるい
は冷却液を軸部に吹きつけ急冷することによって、ろう
付けと軸部の焼き入れを同時に行うことを特徴とするの
接合方法。 - 【請求項８】 請求項１ないし７項記載の接合方法にお
いて、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の組成が、重量％で
Ａｌ：３１〜３５％を含有し実質的に残部がＴｉからな
ることを特徴とする接合方法。 - 【請求項９】 請求項８記載の接合方法におけるＴｉＡ
ｌ製タービン羽根車において、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖの内、１
種あるいは１種以上を合計で０．２〜４．０重量％を含
むことを特徴とする接合方法。 - 【請求項１０】 請求項８ないし９項記載の接合方法に
おけるＴｉＡｌ製タービン羽根車において、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｗの内、１種または１種以上を合計で０．２〜８．
０重量％を含むことを特徴とする接合方法。 - 【請求項１１】 請求項８ないし１０項記載の接合方法
におけるＴｉＡｌ製タービン羽根車において、重量％
で、Ｓｉ：０．０１〜１．００％を含むことを特徴とす
る接合方法。 - 【請求項１２】 請求項８ないし１１項記載の接合方法
におけるＴｉＡｌ製タービン羽根車において、重量％
で、Ｚｒ：＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、Ｃ：＜０．
２％、Ｏ：＜０．２％、Ｎ：＜０．２％に規制したこと
を特徴とする接合方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31114396A JPH10118764A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | ＴｉＡｌ製タービン羽根車とローターシャフトとの接合 方法 |
| US08/953,249 US6007301A (en) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | TiAl turbine rotor and method of manufacturing |
| DE69724730T DE69724730T2 (de) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | Turbinenrotor aus Ti-Al und Verfahren zur Herstellung dieses Rotors |
| AT97118046T ATE249571T1 (de) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | Turbinenrotor aus ti-al und verfahren zur herstellung dieses rotors |
| EP97118046A EP0837221B1 (en) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | Ti-Al turbine rotor and method of manufacturing said rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31114396A JPH10118764A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | ＴｉＡｌ製タービン羽根車とローターシャフトとの接合 方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10118764A true JPH10118764A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=18013639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31114396A Pending JPH10118764A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | ＴｉＡｌ製タービン羽根車とローターシャフトとの接合 方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10118764A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001205443A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-31 | Daido Steel Co Ltd | 鋼材とチタン材との接合方法 |
| JP2007077428A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Akita Prefecture | タービンシャフトへのレーザ焼き入れ方法 |
| CN100340749C (zh) * | 2001-05-10 | 2007-10-03 | 株式会社秋田精密冲压 | 可适用于可变几何形状涡轮增压器的排气引导器组件的耐热部件的制造方法 |
| EP1961915A2 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method of manufacturing a rotor and exhaust turbocharger incorporating the rotor |
| WO2013129410A1 (ja) | 2012-02-29 | 2013-09-06 | 三菱重工業株式会社 | 過給機のタービンロータおよびその製造方法 |
| EP2786827A4 (en) * | 2011-12-01 | 2016-01-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | RELATED COMPONENT |
-
1996
- 1996-10-18 JP JP31114396A patent/JPH10118764A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001205443A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-31 | Daido Steel Co Ltd | 鋼材とチタン材との接合方法 |
| JP4538878B2 (ja) * | 2000-01-19 | 2010-09-08 | 大同特殊鋼株式会社 | 鋼材とチタン材との接合方法 |
| CN100340749C (zh) * | 2001-05-10 | 2007-10-03 | 株式会社秋田精密冲压 | 可适用于可变几何形状涡轮增压器的排气引导器组件的耐热部件的制造方法 |
| JP2007077428A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Akita Prefecture | タービンシャフトへのレーザ焼き入れ方法 |
| EP1961915A2 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method of manufacturing a rotor and exhaust turbocharger incorporating the rotor |
| JP2008202544A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ロータの製造方法及びこのロータをそなえた排気ターボ過給機 |
| EP1961915A3 (en) * | 2007-02-21 | 2013-07-03 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method of manufacturing a rotor and exhaust turbocharger incorporating the rotor |
| EP2786827A4 (en) * | 2011-12-01 | 2016-01-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | RELATED COMPONENT |
| US10105778B2 (en) | 2011-12-01 | 2018-10-23 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | Joint part |
| WO2013129410A1 (ja) | 2012-02-29 | 2013-09-06 | 三菱重工業株式会社 | 過給機のタービンロータおよびその製造方法 |
| US9556738B2 (en) | 2012-02-29 | 2017-01-31 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine rotor for supercharger and manufacturing method thereof |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051214 |
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