JPH11247614A - 羽根及び羽根を製作する方法 - Google Patents

羽根及び羽根を製作する方法

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JPH11247614A
JPH11247614A JP10356176A JP35617698A JPH11247614A JP H11247614 A JPH11247614 A JP H11247614A JP 10356176 A JP10356176 A JP 10356176A JP 35617698 A JP35617698 A JP 35617698A JP H11247614 A JPH11247614 A JP H11247614A
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fine
grained
coarse
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JP10356176A
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Mohamed Dr Nazmy
ナツミー モーハメット
Markus Staubli
シュタウブリ マルクス
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ABB AB
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 羽根の疲れ強さ及びクリープ破断強さを増大
させる。 【解決手段】 羽根ブレード（２）と羽根基部（３）と
を有する羽根（１）はドーピング物質を含有するγチタ
ンアルミニドをベースとする合金から成っている。羽根
（１）の表面層（４）の少なくとも一部分が細粒の組織
を有し，かつ心部（５）が粗粒の組織を有している。細
粒の表面層（４）の延性が粗粒の心部（５）よりも増大
せしめられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，羽根ブレードと羽
根基部とを有する羽根であって，ドーピング物質を含有
するγチタンアルミニドをベースとする合金から成って
いる形式のものに関する。
【０００２】更に本発明はこのような羽根を製作する方
法に関する。
【０００３】
【従来の技術】ＥＰ ０ ５１３ ４０７ Ｂ１には，ドー
ピング物質を含有するγチタンアルミニドをベースとす
る合金から成っている羽根が記載されており，この羽根
においては，羽根基部が細粒の組織を有し，羽根ブレー
ドが粗粒の組織を有している。これによって羽根ブレー
ドが高い温度で大きなクリープ破断強さ及び引っ張り強
さを有し，羽根基部が大きな延性を有しているようにす
るのである。しかしながら問題となることは，粗粒の組
織によって羽根ブレードの疲れ強さがわずかになり，羽
根の制作費が比較的に高価なことである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は，最初
に述べた形式の羽根及び羽根を製作する方法において，
疲れ強さ及びクリープ破断強さを増大させることであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に，本発明の構成では，羽根の表面層の少なくとも一部
分が細粒の組織を有し，かつ心部が粗粒の組織を有して
おり，細粒の表面層の延性が粗粒の心部よりも増大せし
められているようにした。
【０００６】
【発明の効果】本発明によって得られる効果は，なかん
ずく，羽根の心部の粗粒の組織と表面の細粒の組織との
組み合わせによって，表面の延性が増大せしめられ，疲
れ強さ並びに引っ張り強さ及びクリープ破断強さが従来
公知の羽根よりも増大せしめられることである。γチタ
ンアルミニドの粒度は割れ目成長のための臨界値を形成
するので，表面における粒度の減少によって公差が増大
せしめられ，ひいては羽根の寿命が増大せしめられる。
更に熱機械的な疲れ強さが表面における細粒の層によっ
て改善される。
【０００７】特に有利には，羽根ブレードだけに細粒の
表面層を設ける。それは，羽根ブレードは熱機械的な疲
れ負荷の影響を特に受けるからである。これによって羽
根ブレードの寿命を増大させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は請求項２〜
８に記載したとおりである。
【０００９】
【実施例】以下においては図面に示した実施例に基づい
て本発明の構成を具体的に説明する。
【００１０】図面には，本発明を理解するのに重要な部
分だけが示されている。
【００１１】図１及び２において，本発明によって製作
された，羽根ブレード２と羽根基部３とを有する羽根１
が示されている。羽根１の表面における細粒の領域４は
羽根の心部の粗粒の領域５を取り囲んでおり，羽根の組
織は大体において羽根の製作プロセスによって決定され
ている。
【００１２】細粒とは，ほぼ１０〜１００μｍの範囲あ
るいはそれ以下の粒度を意味し，粗粒とは粒度がほぼ２
００〜６００μｍの範囲にあることを意味する。
【００１３】図面に示した鋳造体は大体において，例え
ばＥＰ ０ ４５５ ００５ Ａ１から公知になっているよ
うな，ドーピング物質を含有するγチタンアルミニドを
ベースとする合金から成っている。粗粒の組織（領域）
５は大きな引っ張り強さ及びクリープ破断強さを有する
組織をもたらす。細粒の組織（領域）４は粗粒の組織５
よりも大きな延性，大きな公差及び良好な疲れ強さを有
している。これによって羽根の長い寿命が達成される。
【００１４】本発明によるタービン羽根は，中間の及び
高い温度において，換言すれば２００〜１０００℃の温
度において，特にガスタービン及び圧縮機において，有
利に使用することができる。ガスタービン又は圧縮機の
構造に応じて，この場合，付加的に図示していない羽根
カバーブレードが存在していてもよい。
【００１５】図示の羽根１は次のようにして製作され
る。例えばアルゴンのような保護ガスの下で，あるいは
真空の下で，誘導炉内で，ドーピング物質としてクロー
ムを有するγチタンアルミニドをベースとする以下の合
金が溶融せしめられる： Ａｌ ＝ ４８ 原子％ Ｃｒ ＝ ３ 原子％ Ｔｉ ＝ 残部 別の適当な合金はＥＰ ０ ４５５ ００５ Ａ１に記載さ
れているような，ドーピング物質として元素Ｂ，Ｃｏ，
Ｃｒ，Ｇｅ，Ｈｆ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｐｄ，Ｓｉ，Ｔ
ａ，Ｖ，Ｙ，Ｗ並びにＺｒの少なくとも１つ又は複数が
含有されているγチタンアルミニドである。添加される
ドーピング物質の量は有利には０．５〜８原子百分率で
ある。
【００１６】溶融物は製作すべきタービン羽根に相応す
る鋳型内に注入される。次いで鋳造体から鋳肌及びスケ
ール層が取り除かれる。この場合例えば約１ｍｍの厚さ
の表面層が機械的な又は化学的な手段で取り除かれる。
スケール除去された鋳造体は軟質の炭素鋼から成る適合
したカプセル内に挿入され，カプセルと気密に溶着す
る。カプセル内に封入された鋳造体は今や１２６０℃の
温度で３時間ほぼ１７２Ｍｐａの圧力の下で高温等静圧
プレス（ＨＩＰ）され，冷却される。
【００１７】高温等静圧のプレスはその都度の合金の組
成に応じて，有利には，１２００〜１３００℃の温度で
かつ１５０〜１９０Ｍｐａの圧力で１時間ないし最高で
５時間の間行う。
【００１８】形成された鋳造体は，高温等静圧プレスさ
れた羽根の延性を増大させるために，約１２７０〜１３
３０℃で，特に１３００℃で，例えば１〜１０時間アル
ゴン雰囲気中で焼きなまし，次いで室温に冷却すること
ができる。
【００１９】高温等静圧プレスされた羽根は次いでショ
ットブラストされる。圧力はこの場合２〜４ｂａｒにす
ることができ，ショットブラスト媒体としては約１ｍｍ
の直径のガラス球を使用することができ，かつショット
ブラスト時間は数分，特に２〜３分にすることができ
る。室温における変形度は最低でほぼ１％である。
【００２０】ショットブラスト及び後述する熱処理のパ
ラメータによって，細粒の層４の厚さ及び粒度を調整す
ることができる。有利な層厚は０．１〜０．５ｍｍであ
る。
【００２１】ショットブラストの後で行われる熱処理
は，ショット噴流によって変形せしめられた表面層の再
結晶焼きなましである。この再結晶焼きなましは１００
０〜１４００℃で０．５〜１０時間の間行われる。次い
で羽根は炉内でアルゴンガスの添加の下で，室温ＲＴに
冷却された。
【００２２】羽根を特定の温度に長く維持することによ
って，表面層の粒子の大きさを調整することができる。
換言すれば羽根を特定の温度に長く維持すると，表面層
の粒子の大きさが増大する。
【００２３】特に有利な熱処理は次の表のとおりであ
る： 処理 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ 鋳造及び高温等静厚プレス × × × × １３００℃で１時間 × １３００℃で１０時間 × ショットブラスト × × × × １４００℃で０．５時間 × １１００℃で３時間 × １０００℃で６時間 × × × アルゴンガスを有する炉内でのＲＴへの冷却 × × × × この表にしたがって製作された羽根Ａ〜Ｄは０．１〜
０．５ｍｍの層厚を有する細粒の，延性の表面層を示し
た。
【００２４】もちろん本発明は図示の実施例に限定され
るものではない。表面の変形のためにショットブラスト
以外の任意の変形法を使用することができる。もちろん
単に羽根ブレードだけに細粒の表面層を設けることもで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による羽根の縦断面図である。
【図２】本発明による羽根の横断面図である。
【符号の説明】
１ 羽根， ２ 羽根ブレード， ３ 羽根基部， ４
細粒の領域， ５粗粒の領域

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 羽根ブレード（２）と羽根基部（３）と
    を有する羽根（１）であって，ドーピング物質を含有す
    るγチタンアルミニドをベースとする合金から成ってい
    る形式のものにおいて，羽根（１）の表面層（４）の少
    なくとも一部分が細粒の組織を有し，かつ心部（５）が
    粗粒の組織を有しており，細粒の表面層（４）の延性が
    粗粒の心部（５）よりも増大せしめられていることを特
    徴とする，羽根。
  2. 【請求項２】 羽根ブレード（２）の表面層（４）が細
    粒の組織を有していることを特徴とする，請求項１記載
    の羽根。
  3. 【請求項３】 表面層（４）が０．１〜０．５ｍｍの厚
    さを有していることを特徴とする，請求項１又は２記載
    の羽根。
  4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１項記載
    の羽根を製作する方法において，羽根（１）を鋳造し，
    かつ高温等静圧プレスした後に，表面を変形させ，変形
    せしめられた表面層（４）を再結晶焼きなましすること
    を特徴とする，羽根を製作する方法。
  5. 【請求項５】 表面を変形させる前に，羽根の延性を増
    大させるために，羽根を熱処理することを特徴とする，
    請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 再結晶焼きなましを１０００℃と１４０
    ０℃との間で０．５〜１０時間行うことを特徴とする，
    請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 表面を変形させる前の熱処理を１２７０
    ℃と１３３０℃との間で１〜１０時間行うことを特徴と
    する，請求項５又は６記載の方法。
  8. 【請求項８】 表面をショットブラストによって変形さ
    せることを特徴とする，請求項４から７までのいずれか
    １項に記載の方法。
JP10356176A 1997-12-18 1998-12-15 羽根及び羽根を製作する方法 Pending JPH11247614A (ja)

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