JPH10176231A - 繊維強化金属製品およびその製造方法 - Google Patents
繊維強化金属製品およびその製造方法Info
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- JPH10176231A JPH10176231A JP33607596A JP33607596A JPH10176231A JP H10176231 A JPH10176231 A JP H10176231A JP 33607596 A JP33607596 A JP 33607596A JP 33607596 A JP33607596 A JP 33607596A JP H10176231 A JPH10176231 A JP H10176231A
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- reinforced metal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製品製造精度の向上を図り、非破壊検査の実
施の容易性と作業性とを高め、製造コストの低減を図
り、耐衝撃性を向上する。 【解決手段】 強化用繊維と金属箔とを成形する工程
と、これらを交互に積層して外側金属材に装填する工程
と、強化用繊維と金属箔と外側金属材とをＨＩＰ処理に
より一体化する工程と、ＨＩＰ処理された複合材を機械
加工する工程と、複合材の非破壊検査を行う工程と、複
合材をクリープ変形させる工程と、複合材を切削により
所望形状とする工程と、複合材に表面加工を行う工程と
を有する。
施の容易性と作業性とを高め、製造コストの低減を図
り、耐衝撃性を向上する。 【解決手段】 強化用繊維と金属箔とを成形する工程
と、これらを交互に積層して外側金属材に装填する工程
と、強化用繊維と金属箔と外側金属材とをＨＩＰ処理に
より一体化する工程と、ＨＩＰ処理された複合材を機械
加工する工程と、複合材の非破壊検査を行う工程と、複
合材をクリープ変形させる工程と、複合材を切削により
所望形状とする工程と、複合材に表面加工を行う工程と
を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化金属製品
製造方法に係り、特にタービンエンジンのファン動翼等
の製作に用いて好適な技術に関する。
製造方法に係り、特にタービンエンジンのファン動翼等
の製作に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属に人工的に繊維を付与した繊維強化
型金属複合材料（Fiber Reinforced Metals ; ＦＲＭ）
には、強化繊維として、例えば１０００℃を越えても強
度が低下しないカーボンファイバー，炭化珪素繊維が用
いられ、マトリックス金属として、軽量化を目的とする
場合にＡｌ，Ｍｇ，Ｔｉ等が用いられる。
型金属複合材料（Fiber Reinforced Metals ; ＦＲＭ）
には、強化繊維として、例えば１０００℃を越えても強
度が低下しないカーボンファイバー，炭化珪素繊維が用
いられ、マトリックス金属として、軽量化を目的とする
場合にＡｌ，Ｍｇ，Ｔｉ等が用いられる。
【０００３】この繊維強化金属をタービンエンジンのフ
ァン動翼等の製作に用いる際には、例えば、Ｔｉにより
金属箔を形成し、ＳｉＣ繊維により薄板状を形成し、Ｔ
ｉ箔とＳｉＣ繊維とを交互に積層し、ＨＩＰ(Hot Isost
atics Press ; 熱間静水圧プレス)処理により拡散融合
させて一体化させ、機械加工、ケミカルリーニング（化
学的仕上げ）を行うことにより製作していた。
ァン動翼等の製作に用いる際には、例えば、Ｔｉにより
金属箔を形成し、ＳｉＣ繊維により薄板状を形成し、Ｔ
ｉ箔とＳｉＣ繊維とを交互に積層し、ＨＩＰ(Hot Isost
atics Press ; 熱間静水圧プレス)処理により拡散融合
させて一体化させ、機械加工、ケミカルリーニング（化
学的仕上げ）を行うことにより製作していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＨＩＰ処理に
より一体化したファン動翼１Ｂは、超音波やＸ線探傷検
査等の非破壊検査によって、健全性を確認する必要があ
るが、ファン動翼等のように表面形状の複雑なもので
は、表面形状に倣って検査プローブ等を移動させること
が必要であるため、検査労力が多大になる。このため、
図７に示すように、欠陥Ｚを検査する際の作業性が低下
する。
より一体化したファン動翼１Ｂは、超音波やＸ線探傷検
査等の非破壊検査によって、健全性を確認する必要があ
るが、ファン動翼等のように表面形状の複雑なもので
は、表面形状に倣って検査プローブ等を移動させること
が必要であるため、検査労力が多大になる。このため、
図７に示すように、欠陥Ｚを検査する際の作業性が低下
する。
【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 製品製造精度の向上を図ること。 非破壊検査の実施の容易性を高めること。 製造コストの低減を図ること。 耐衝撃性を向上すること。 非破壊検査の作業性を高めること。
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 製品製造精度の向上を図ること。 非破壊検査の実施の容易性を高めること。 製造コストの低減を図ること。 耐衝撃性を向上すること。 非破壊検査の作業性を高めること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】強化用繊維と金属箔とを
成形する工程と、これらを交互に積層して外側金属材に
装填する工程と、強化用繊維と金属箔と外側金属材とを
ＨＩＰ処理により一体化する工程と、ＨＩＰ処理された
複合材を機械加工する工程と、機械加工後に複合材の非
破壊検査を行う工程と、非破壊検査後に複合材をクリー
プ変形させる工程と、クリープ変形後の複合材を切削に
より所望形状とする工程と、複合材外表にケミカルミー
リング等の表面加工を行う工程とを有する。繊維強化金
属によりタービンエンジン等の動翼が作成される。金属
箔と外側金属材とが同種類の金属からなり、該金属がＴ
ｉとされ、強化用繊維がＳｉＣ繊維とされる。金属箔と
強化用繊維との輪郭形状が、積層厚みを変化するよう設
定される。
成形する工程と、これらを交互に積層して外側金属材に
装填する工程と、強化用繊維と金属箔と外側金属材とを
ＨＩＰ処理により一体化する工程と、ＨＩＰ処理された
複合材を機械加工する工程と、機械加工後に複合材の非
破壊検査を行う工程と、非破壊検査後に複合材をクリー
プ変形させる工程と、クリープ変形後の複合材を切削に
より所望形状とする工程と、複合材外表にケミカルミー
リング等の表面加工を行う工程とを有する。繊維強化金
属によりタービンエンジン等の動翼が作成される。金属
箔と外側金属材とが同種類の金属からなり、該金属がＴ
ｉとされ、強化用繊維がＳｉＣ繊維とされる。金属箔と
強化用繊維との輪郭形状が、積層厚みを変化するよう設
定される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る繊維強化金属
製品およびその製造方法の一実施形態を、図面に基づい
て説明する。図１ないし図６において、符号１は複合
材、１Ａは変形材、１Ｂはファン動翼、２，２ａ〜２ｇ
は強化用繊維（ＳｉＣ繊維）、３は金属箔（Ｔｉ箔）、
４は外側金属材である。
製品およびその製造方法の一実施形態を、図面に基づい
て説明する。図１ないし図６において、符号１は複合
材、１Ａは変形材、１Ｂはファン動翼、２，２ａ〜２ｇ
は強化用繊維（ＳｉＣ繊維）、３は金属箔（Ｔｉ箔）、
４は外側金属材である。
【０００８】複合材１は、ＳｉＣ繊維２とＴｉ箔３と外
側金属材４とから形成され、ＳｉＣ繊維２およびＴｉ箔
３は、例えば図２ないし図４に符号２ａ〜２ｇで示すよ
うに、複数形状のものが用意されて、例えば１４枚とさ
れる。ＳｉＣ繊維２およびＴｉ箔３は、例えば厚み０．
１３９ｍｍとされ、それぞれが製品となった際に中心部
が膨らむように、個々の輪郭形状が設定される。外側金
属材４は、ともにＴｉ製の下容器体４ａと上蓋体４ｂと
からなり、下容器体４ａには、図１に示すように、積層
させたＴｉ箔３およびＳｉＣ繊維２を装填するための凹
部４ｃが配され、上蓋体４ｂは、凹部４ｃに装填可能な
形状に設定される。
側金属材４とから形成され、ＳｉＣ繊維２およびＴｉ箔
３は、例えば図２ないし図４に符号２ａ〜２ｇで示すよ
うに、複数形状のものが用意されて、例えば１４枚とさ
れる。ＳｉＣ繊維２およびＴｉ箔３は、例えば厚み０．
１３９ｍｍとされ、それぞれが製品となった際に中心部
が膨らむように、個々の輪郭形状が設定される。外側金
属材４は、ともにＴｉ製の下容器体４ａと上蓋体４ｂと
からなり、下容器体４ａには、図１に示すように、積層
させたＴｉ箔３およびＳｉＣ繊維２を装填するための凹
部４ｃが配され、上蓋体４ｂは、凹部４ｃに装填可能な
形状に設定される。
【０００９】以下、本発明に係る繊維強化金属製品の製
造方法の実施状況について、図１ないし図６に基づいて
説明する。
造方法の実施状況について、図１ないし図６に基づいて
説明する。
【００１０】〔Ｓ１：強化用繊維と金属箔との成形〕Ｓ
ｉＣ繊維２およびＴｉ箔３は、図２に示すように、例え
ばＳｉＣ繊維２ａ〜２ｇのように、異なる輪郭形状に切
断され、Ｔｉ箔３も、同様に異なる輪郭形状に切断され
る。
ｉＣ繊維２およびＴｉ箔３は、図２に示すように、例え
ばＳｉＣ繊維２ａ〜２ｇのように、異なる輪郭形状に切
断され、Ｔｉ箔３も、同様に異なる輪郭形状に切断され
る。
【００１１】〔Ｓ２：積層して外側金属材に装填〕Ｓｉ
Ｃ繊維２ａ〜２ｇおよびＴｉ箔３は、図３に示すよう
に、１対づつ積層された状態とされ、下容器体４ａの凹
部４ｃに装填され、さらに上蓋体４ｂが凹部４ｃに装填
されて、上蓋体４ｂを下容器体４ａに例えばエレクトロ
ンビームで溶接することにより複合材１とされる。
Ｃ繊維２ａ〜２ｇおよびＴｉ箔３は、図３に示すよう
に、１対づつ積層された状態とされ、下容器体４ａの凹
部４ｃに装填され、さらに上蓋体４ｂが凹部４ｃに装填
されて、上蓋体４ｂを下容器体４ａに例えばエレクトロ
ンビームで溶接することにより複合材１とされる。
【００１２】〔Ｓ３：ＨＩＰ処理〕形成された複合材１
を、圧力１４５０atm ，９００℃の温度状態で１時間保
持するＨＩＰ処理を行うことにより、ＳｉＣ繊維２とＴ
ｉ箔３と外側金属材４とを拡散結合させ複合材１を形成
させる。
を、圧力１４５０atm ，９００℃の温度状態で１時間保
持するＨＩＰ処理を行うことにより、ＳｉＣ繊維２とＴ
ｉ箔３と外側金属材４とを拡散結合させ複合材１を形成
させる。
【００１３】〔Ｓ４：機械加工処理〕複合材１の底部の
一部を切断してＳｉＣ繊維２の位置を確認し、複合材１
の表面を機械加工することで、図１（ｄ）に示すよう
に、平板状とする。
一部を切断してＳｉＣ繊維２の位置を確認し、複合材１
の表面を機械加工することで、図１（ｄ）に示すよう
に、平板状とする。
【００１４】〔Ｓ５：非破壊検査〕超音波やＸ線探傷検
査等の非破壊検査によって、健全性を確認する。このと
き、複合材１は平板状とされているので、検査プローブ
が複雑な移動をする必要がない。非破壊検査の時点で欠
陥の生じた製品は排除される。
査等の非破壊検査によって、健全性を確認する。このと
き、複合材１は平板状とされているので、検査プローブ
が複雑な移動をする必要がない。非破壊検査の時点で欠
陥の生じた製品は排除される。
【００１５】〔Ｓ６：クリープ変形〕非破壊検査によ
り、健全性の確認された複合材１を、図４に示すよう
に、ファン動翼の形状にするため、圧力１０５０atm ，
９００℃の熱間において、ねじ曲げてクリープ変形させ
変形材１Ａとする。
り、健全性の確認された複合材１を、図４に示すよう
に、ファン動翼の形状にするため、圧力１０５０atm ，
９００℃の熱間において、ねじ曲げてクリープ変形させ
変形材１Ａとする。
【００１６】〔Ｓ７：底面部の切断〕変形材１Ａは、図
２における底部１ｂ側を切断し、ＳｉＣ繊維２の位置を
確認し、外周部の切削の基準とする。
２における底部１ｂ側を切断し、ＳｉＣ繊維２の位置を
確認し、外周部の切削の基準とする。
【００１７】〔Ｓ８：外周部の切削〕図５のようにクリ
ープ変形された変形材１Ａを切削し、図２に示すよう
に、ファン動翼１Ｂの形状とする。この際、切削部分を
Ｔｉの部分に制限することが望ましい。 〔Ｓ９：表面加工処理〕最終仕上げ工程として、例えば
ケミカルミーリングあるいは研磨により表面を仕上げ
る。
ープ変形された変形材１Ａを切削し、図２に示すよう
に、ファン動翼１Ｂの形状とする。この際、切削部分を
Ｔｉの部分に制限することが望ましい。 〔Ｓ９：表面加工処理〕最終仕上げ工程として、例えば
ケミカルミーリングあるいは研磨により表面を仕上げ
る。
【００１８】上述の実施形態では、ファン動翼を例とし
たが、他の製品の製作に適用できる。また、Ｔｉ、Ｓｉ
Ｃ繊維以外の素材にも適用可能である。
たが、他の製品の製作に適用できる。また、Ｔｉ、Ｓｉ
Ｃ繊維以外の素材にも適用可能である。
【００１９】
【発明の効果】本発明の繊維強化金属製品およびその製
造方法によれば、以下の効果を奏する。 （１）クリープ変形の工程以前に非破壊検査を行い、製
品の健全性を確保するため、製品製造精度の向上を図る
ことができる。 （２）平板状の製品に検査を実施するために、非破壊検
査の実施を容易にして、作業性を高めることができる。 （３）クリープ変形の工程以前に非破壊検査を行い、製
品の健全性を確保するため、製造コストの低減を図るこ
とができる。 （４）マトリックス金属と強化用繊維の積層部分が内部
に位置し、外部を金属で覆っているため、耐衝撃性を向
上することができる。
造方法によれば、以下の効果を奏する。 （１）クリープ変形の工程以前に非破壊検査を行い、製
品の健全性を確保するため、製品製造精度の向上を図る
ことができる。 （２）平板状の製品に検査を実施するために、非破壊検
査の実施を容易にして、作業性を高めることができる。 （３）クリープ変形の工程以前に非破壊検査を行い、製
品の健全性を確保するため、製造コストの低減を図るこ
とができる。 （４）マトリックス金属と強化用繊維の積層部分が内部
に位置し、外部を金属で覆っているため、耐衝撃性を向
上することができる。
【図１】 本発明に係る繊維強化金属製品およびその製
造方法の一実施形態を示す作業行程図である。
造方法の一実施形態を示す作業行程図である。
【図２】 本発明に係る繊維強化金属製品の一実施形態
のファン動翼を示す正面図である。
のファン動翼を示す正面図である。
【図３】 図２のファン動翼の金属箔と強化用繊維との
配置を示す模式図である。
配置を示す模式図である。
【図４】 図２のファン動翼のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 本発明に係る繊維強化金属製品の一実施形態
のクリープ変形例を示す正面図，平面図および側面図で
ある。
のクリープ変形例を示す正面図，平面図および側面図で
ある。
【図６】 本発明に係る繊維強化金属製品の製造方法の
一実施形態を示すフローチャートである。
一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】 被破壊検査対象のファン動翼の例を示す横断
面図である。
面図である。
１…複合材 １Ａ…変形材 １Ｂ…ファン動翼 １ｂ…底部 ２，２ａ〜２ｇ…強化用繊維（ＳｉＣ繊維） ３…金属箔（Ｔｉ箔） ４…外側金属材 ４ａ…下容器体 ４ｂ…上蓋体 ４ｃ…凹部 Ｚ…欠陥
Claims (9)
- 【請求項１】 強化用繊維（２）と金属箔（３）とを成
形する工程と、これらを交互に積層して外側金属材
（４）に装填する工程と、強化用繊維と金属箔と外側金
属材とをＨＩＰ処理により一体化する工程と、ＨＩＰ処
理された複合材（１）を機械加工する工程と、複合材の
非破壊検査を行う工程と、複合材をクリープ変形させる
工程と、複合材を切削により所望形状とする工程と、複
合材に表面加工を行う工程とを有することを特徴とする
繊維強化金属製品の製造方法。 - 【請求項２】 複合材（１）が非破壊検査後の工程の後
にクリープ変形させる工程が行われることを特徴とする
請求項１記載の繊維強化金属製品の製造方法。 - 【請求項３】 金属箔（３）と外側金属材（４）とが同
種類の金属からなり、該金属がＴｉとされ、強化用繊維
（２）がＳｉＣ繊維とされることを特徴とする請求項１
または２記載の繊維強化金属製品の製造方法。 - 【請求項４】 強化用繊維（２ａ〜２ｇ）と金属箔
（３）との輪郭形状が、積層厚みを変化するよう設定さ
れることを特徴とする請求項１、２、または３記載の繊
維強化金属製品の製造方法。 - 【請求項５】 タービンエンジンのファン動翼（１Ｂ）
が作成されることを特徴とする請求項１、２、３または
４記載の繊維強化金属製品の製造方法。 - 【請求項６】 強化用繊維（２）と金属箔（３）とが成
形され、これらが交互に積層された状態で外側金属材
（４）に装填された複合材（１）がＨＩＰ処理により一
体化され、該複合材が非破壊検査のために機械加工さ
れ、複合材が非破壊検査後にクリープ変形され、複合材
が切削により所望形状とされて表面加工が行われること
を特徴とする繊維強化金属製品。 - 【請求項７】 金属箔（３）と外側金属材（４）とが同
種類の金属からなり、該金属がＴｉとされ、強化用繊維
がＳｉＣ繊維とされることを特徴とする請求項６記載の
繊維強化金属製品。 - 【請求項８】 強化用繊維（２）と金属箔（３）との輪
郭形状が、積層厚みを変化するよう設定されることを特
徴とする請求項６または７記載の繊維強化金属製品。 - 【請求項９】 タービンエンジンのファン動翼（１Ｂ）
が作成されることを特徴とする請求項６、７または８記
載の繊維強化金属製品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33607596A JPH10176231A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | 繊維強化金属製品およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33607596A JPH10176231A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | 繊維強化金属製品およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10176231A true JPH10176231A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=18295446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33607596A Withdrawn JPH10176231A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | 繊維強化金属製品およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10176231A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011508677A (ja) * | 2007-12-28 | 2011-03-17 | メシエ−ドウテイ・エス・アー | セラミック繊維で補強された金属部品の製造プロセス |
| JP2013002450A (ja) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Alstom Technology Ltd | 複合素材のタービン翼およびその製造方法 |
| JP2013527313A (ja) * | 2010-04-01 | 2013-06-27 | スネクマ | 金属マトリックス複合体から作製された細長いインサートを製造する方法 |
| WO2015011961A1 (ja) * | 2013-07-25 | 2015-01-29 | 昭和電工株式会社 | 金属と炭素繊維との複合材及びその製造方法 |
| CN104707888A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-06-17 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种纤维-金属混杂复合材料零件叠层成型工艺方法 |
-
1996
- 1996-12-16 JP JP33607596A patent/JPH10176231A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011508677A (ja) * | 2007-12-28 | 2011-03-17 | メシエ−ドウテイ・エス・アー | セラミック繊維で補強された金属部品の製造プロセス |
| JP2013527313A (ja) * | 2010-04-01 | 2013-06-27 | スネクマ | 金属マトリックス複合体から作製された細長いインサートを製造する方法 |
| JP2013002450A (ja) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Alstom Technology Ltd | 複合素材のタービン翼およびその製造方法 |
| US9587497B2 (en) | 2011-06-21 | 2017-03-07 | General Electric Technology Gmbh | Turbine airfoil of composite material and method of manufacturing thereof |
| US10072505B2 (en) | 2011-06-21 | 2018-09-11 | General Electric Technology Gmbh | Turbine airfoil of composite material and method of manufacturing thereof |
| WO2015011961A1 (ja) * | 2013-07-25 | 2015-01-29 | 昭和電工株式会社 | 金属と炭素繊維との複合材及びその製造方法 |
| JP2015025158A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 昭和電工株式会社 | 金属と炭素繊維との複合材及びその製造方法 |
| CN104707888A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-06-17 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种纤维-金属混杂复合材料零件叠层成型工艺方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040302 |