JPH11320028A - 高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子 - Google Patents
高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子Info
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- JPH11320028A JPH11320028A JP12903098A JP12903098A JPH11320028A JP H11320028 A JPH11320028 A JP H11320028A JP 12903098 A JP12903098 A JP 12903098A JP 12903098 A JP12903098 A JP 12903098A JP H11320028 A JPH11320028 A JP H11320028A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱合金溶湯に対して反応することの少ない
高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子を提
供する。 【解決手段】 珪酸ハフニウム：２０〜４０重量％を含
有し、さらに酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウム
の内の１種または２種を合計で３〜１５重量％を含有
し、残部：二酸化珪素および不可避不純物からなる成分
組成のセラミックスからなる高温強度および耐熱衝撃性
に優れた精密鋳造用中子。
高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子を提
供する。 【解決手段】 珪酸ハフニウム：２０〜４０重量％を含
有し、さらに酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウム
の内の１種または２種を合計で３〜１５重量％を含有
し、残部：二酸化珪素および不可避不純物からなる成分
組成のセラミックスからなる高温強度および耐熱衝撃性
に優れた精密鋳造用中子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、Ｎｉ基超合金な
どの耐熱合金溶湯を精密鋳造して複雑形状中空部分を有
する各種耐熱機械部品（例えば、タービンブレードやベ
ーンなど）を製造する際に使用する高温強度および耐熱
衝撃性に優れかつ耐熱合金溶湯に対して反応しにくい精
密鋳造用中子に関するものである。
どの耐熱合金溶湯を精密鋳造して複雑形状中空部分を有
する各種耐熱機械部品（例えば、タービンブレードやベ
ーンなど）を製造する際に使用する高温強度および耐熱
衝撃性に優れかつ耐熱合金溶湯に対して反応しにくい精
密鋳造用中子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、Ｎｉ基超合金などの耐熱合金か
らなるタービンブレードやベーンには、使用中に過度の
高温にならないように中心部に空気、水または蒸気など
の流体を流して冷却するための中空部分が設けられてお
り、この中空部分は、中空部分と同一形状を有するセラ
ミックス中子を鋳型にセットし、鋳型とセラミックス中
子で構成されるキャビティに耐熱合金溶湯を鋳込み、得
られた鋳物の中空部分のセラミック中子を水酸化カリウ
ム溶液などの苛性液体で浸出除去することにより形成さ
れる。この時使用される従来のセラミックス中子は、二
酸化珪素を主成分とするＳｉＯ2 系セラミックス、Ｓｉ
Ｏ2 −ＺｒＳｉＯ4 系セラミックスまたはＳｉＯ2 −Ａ
ｌ2 Ｏ3 系セラミックスで構成されている。前記ＳｉＯ
2 系セラミックスはＳｉＯ2 からなる組成を有し、前記
ＳｉＯ2 −ＺｒＳｉＯ4 系セラミックスはＺｒＳｉ
Ｏ4 ：２０〜４０％を含有し、残部：ＳｉＯ2 からなる
組成を有し、さらに前記ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系セラミ
ックスはＡｌ2 Ｏ3 ：３〜１０％を含有し、残部：Ｓｉ
Ｏ2 からなる組成を有ることも知られている。
らなるタービンブレードやベーンには、使用中に過度の
高温にならないように中心部に空気、水または蒸気など
の流体を流して冷却するための中空部分が設けられてお
り、この中空部分は、中空部分と同一形状を有するセラ
ミックス中子を鋳型にセットし、鋳型とセラミックス中
子で構成されるキャビティに耐熱合金溶湯を鋳込み、得
られた鋳物の中空部分のセラミック中子を水酸化カリウ
ム溶液などの苛性液体で浸出除去することにより形成さ
れる。この時使用される従来のセラミックス中子は、二
酸化珪素を主成分とするＳｉＯ2 系セラミックス、Ｓｉ
Ｏ2 −ＺｒＳｉＯ4 系セラミックスまたはＳｉＯ2 −Ａ
ｌ2 Ｏ3 系セラミックスで構成されている。前記ＳｉＯ
2 系セラミックスはＳｉＯ2 からなる組成を有し、前記
ＳｉＯ2 −ＺｒＳｉＯ4 系セラミックスはＺｒＳｉ
Ｏ4 ：２０〜４０％を含有し、残部：ＳｉＯ2 からなる
組成を有し、さらに前記ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系セラミ
ックスはＡｌ2 Ｏ3 ：３〜１０％を含有し、残部：Ｓｉ
Ｏ2 からなる組成を有ることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、タービンブレ
ードやベーンを製造するためのＮｉ基超合金などの耐熱
合金は融点が高く、かかる高融点の耐熱合金溶湯が厚さ
の薄い従来のセラミックス中子に接するとセラミックス
中子は急激に高温に加熱され、熱衝撃性を受けて亀裂が
発生し、さらにセラミックス中子が高温に加熱されると
その強度が大幅に低下し、薄く細長い形状の従来のセラ
ミックス中子は耐熱合金溶湯の流れに抗し切れずに折損
することがある。
ードやベーンを製造するためのＮｉ基超合金などの耐熱
合金は融点が高く、かかる高融点の耐熱合金溶湯が厚さ
の薄い従来のセラミックス中子に接するとセラミックス
中子は急激に高温に加熱され、熱衝撃性を受けて亀裂が
発生し、さらにセラミックス中子が高温に加熱されると
その強度が大幅に低下し、薄く細長い形状の従来のセラ
ミックス中子は耐熱合金溶湯の流れに抗し切れずに折損
することがある。
【０００４】さらに従来のセラミックス中子は、高融点
の耐熱合金溶湯に対して反応しやすい。耐熱合金溶湯が
セラミックス中子と反応すると、鋳造終了後、中子を水
酸化カリウム溶液などの苛性液体で浸出除去しようとし
ても、タービンブレードやベーンの中空部分の内面に中
子の残査が張り付いて離れず、これを機械的に剥離する
ことは困難である。また耐熱合金の溶湯がセラミックス
中子と反応すると、耐熱合金の成分組成がずれると共に
中空部分の内面の鋳肌が荒れて表面性状が悪化し、さら
に中空部分の内面に欠陥が発生することがある。中空部
分の内面の鋳肌が荒れて表面性状が悪いと中空部分を流
れる流体の流れが悪くなって冷却効率が低下し、さらに
中空部分の内面に欠陥が生じると不良鋳物となって廃棄
処分にしなければならなくなる。
の耐熱合金溶湯に対して反応しやすい。耐熱合金溶湯が
セラミックス中子と反応すると、鋳造終了後、中子を水
酸化カリウム溶液などの苛性液体で浸出除去しようとし
ても、タービンブレードやベーンの中空部分の内面に中
子の残査が張り付いて離れず、これを機械的に剥離する
ことは困難である。また耐熱合金の溶湯がセラミックス
中子と反応すると、耐熱合金の成分組成がずれると共に
中空部分の内面の鋳肌が荒れて表面性状が悪化し、さら
に中空部分の内面に欠陥が発生することがある。中空部
分の内面の鋳肌が荒れて表面性状が悪いと中空部分を流
れる流体の流れが悪くなって冷却効率が低下し、さらに
中空部分の内面に欠陥が生じると不良鋳物となって廃棄
処分にしなければならなくなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
これらの課題を解決すべく研究を行った結果、従来の二
酸化珪素を主成分とするセラミックスに珪酸ハフニウム
を添加した成分組成のセラミックスからなる中子は、高
温強度および耐熱衝撃性が向上すると共に耐熱合金溶湯
とセラミックス中子表面との反応が減少し、中子に接触
する部分の鋳肌の荒れが無くなり、表面欠陥もなくなっ
て中子の残査が鋳肌に残ることがないと云う知見を得た
のである。
これらの課題を解決すべく研究を行った結果、従来の二
酸化珪素を主成分とするセラミックスに珪酸ハフニウム
を添加した成分組成のセラミックスからなる中子は、高
温強度および耐熱衝撃性が向上すると共に耐熱合金溶湯
とセラミックス中子表面との反応が減少し、中子に接触
する部分の鋳肌の荒れが無くなり、表面欠陥もなくなっ
て中子の残査が鋳肌に残ることがないと云う知見を得た
のである。
【０００６】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、（１）二酸化珪素を主成分とし、さら
に珪酸ハフニウムを含むセラミックスからなる高温強度
および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子に特徴を有す
るものであり、さらに好ましくは、（２）珪酸ハフニウ
ム：２０〜４０重量％を含有し、残部：二酸化珪素およ
び不可避不純物からなる成分組成のセラミックスからな
る高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子に
特徴を有するものである。
たものであって、（１）二酸化珪素を主成分とし、さら
に珪酸ハフニウムを含むセラミックスからなる高温強度
および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子に特徴を有す
るものであり、さらに好ましくは、（２）珪酸ハフニウ
ム：２０〜４０重量％を含有し、残部：二酸化珪素およ
び不可避不純物からなる成分組成のセラミックスからな
る高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子に
特徴を有するものである。
【０００７】この発明は、前記（１）または（２）記載
のセラミックスに、さらに酸化アルミニウムおよび酸化
ジルコニウムの内の１種または２種を添加すると、耐熱
合金溶湯とセラミックス中子表面との反応が一層減少す
る。
のセラミックスに、さらに酸化アルミニウムおよび酸化
ジルコニウムの内の１種または２種を添加すると、耐熱
合金溶湯とセラミックス中子表面との反応が一層減少す
る。
【０００８】従って、この発明は、（３）二酸化珪素を
主成分とし、さらに珪酸ハフニウムを含み、さらに酸化
アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの内の１種または
２種を含むセラミックスからなる高温強度および耐熱衝
撃性に優れた精密鋳造用中子に特徴を有するものであ
り、さらに好ましくは、（４）珪酸ハフニウム：２０〜
４０重量％を含有し、さらに酸化アルミニウムおよび酸
化ジルコニウムの内の１種または２種を合計で３〜１５
重量％を含有し、残部：二酸化珪素および不可避不純物
からなる成分組成のセラミックスからなる高温強度およ
び耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子に特徴を有するも
のである。
主成分とし、さらに珪酸ハフニウムを含み、さらに酸化
アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの内の１種または
２種を含むセラミックスからなる高温強度および耐熱衝
撃性に優れた精密鋳造用中子に特徴を有するものであ
り、さらに好ましくは、（４）珪酸ハフニウム：２０〜
４０重量％を含有し、さらに酸化アルミニウムおよび酸
化ジルコニウムの内の１種または２種を合計で３〜１５
重量％を含有し、残部：二酸化珪素および不可避不純物
からなる成分組成のセラミックスからなる高温強度およ
び耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子に特徴を有するも
のである。
【０００９】この発明の高温強度および耐熱衝撃性に優
れた精密鋳造用中子を構成するセラミックスに含まれる
珪酸ハフニウムの含有量を２０〜４０重量％に限定した
のは、珪酸ハフニウムの含有量が２０重量％未満では高
温強度および耐熱衝撃性を十分に改善することができ
ず、一方、珪酸ハフニウムの含有量が４０重量％を越え
ると水酸化カリウム水溶液中による浸出除去性が悪化す
るので好ましくないという理由によるものである。
れた精密鋳造用中子を構成するセラミックスに含まれる
珪酸ハフニウムの含有量を２０〜４０重量％に限定した
のは、珪酸ハフニウムの含有量が２０重量％未満では高
温強度および耐熱衝撃性を十分に改善することができ
ず、一方、珪酸ハフニウムの含有量が４０重量％を越え
ると水酸化カリウム水溶液中による浸出除去性が悪化す
るので好ましくないという理由によるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】平均粒径：２μｍのＳｉＯ2 粉
末、平均粒径：５μｍのＨｆＳｉＯ4 粉末、平均粒径：
２μｍのＺｒＯ2 粉末、平均粒径：２μｍのＡｌ2 Ｏ3
粉末、平均粒径：５μｍのＺｒＳｉＯ4 粉末およびワッ
クス系の有機バインダーを用意し、これら粉末と有機バ
インダーを配合し、混練したのち射出成形し、得られた
射出成形体を温度：４００℃に１０時間保持することに
より脱脂し、さらに温度：１２５０℃に４時間保持する
ことにより焼成して、長さ：１２０ｍｍ、幅：１２ｍ
ｍ、厚さ：６ｍｍの寸法を有し表１〜表３に示される成
分組成のセラミックスからなる本発明精密鋳造用中子１
〜１６、比較精密鋳造用中子１〜２および従来精密鋳造
用中子１〜２を作製した。
末、平均粒径：５μｍのＨｆＳｉＯ4 粉末、平均粒径：
２μｍのＺｒＯ2 粉末、平均粒径：２μｍのＡｌ2 Ｏ3
粉末、平均粒径：５μｍのＺｒＳｉＯ4 粉末およびワッ
クス系の有機バインダーを用意し、これら粉末と有機バ
インダーを配合し、混練したのち射出成形し、得られた
射出成形体を温度：４００℃に１０時間保持することに
より脱脂し、さらに温度：１２５０℃に４時間保持する
ことにより焼成して、長さ：１２０ｍｍ、幅：１２ｍ
ｍ、厚さ：６ｍｍの寸法を有し表１〜表３に示される成
分組成のセラミックスからなる本発明精密鋳造用中子１
〜１６、比較精密鋳造用中子１〜２および従来精密鋳造
用中子１〜２を作製した。
【００１１】これら本発明精密鋳造用中子１〜１６、比
較精密鋳造用中子１〜２および従来精密鋳造用中子１〜
２について、温度：１５５０℃で抗折試験を行い、その
結果を表１〜表３に示した。
較精密鋳造用中子１〜２および従来精密鋳造用中子１〜
２について、温度：１５５０℃で抗折試験を行い、その
結果を表１〜表３に示した。
【００１２】一方、Ｃｒ：１０％、Ｃｏ：４．５％、
Ｗ：６．０％、Ａｌ：５．５％、Ｔｉ：２．１％、Ｔ
ａ：５．６％、Ｔｌ：２．１％、Ｍｏ：０．７％、Ｒ
ｅ：０．２％を含有し、残りがＮｉからなる成分組成を
有するＮｉ基超合金を真空溶解し、得られた溶湯を温
度；１５５０℃に保持し、前記本発明精密鋳造用中子１
〜１６、比較精密鋳造用中子１〜２および従来精密鋳造
用中子１〜２をそれぞれセットしたロストワックス鋳型
に鋳込むと共に鋳型底部から冷却することにより単結晶
Ｎｉ基超合金鋳物を鋳造した。
Ｗ：６．０％、Ａｌ：５．５％、Ｔｉ：２．１％、Ｔ
ａ：５．６％、Ｔｌ：２．１％、Ｍｏ：０．７％、Ｒ
ｅ：０．２％を含有し、残りがＮｉからなる成分組成を
有するＮｉ基超合金を真空溶解し、得られた溶湯を温
度；１５５０℃に保持し、前記本発明精密鋳造用中子１
〜１６、比較精密鋳造用中子１〜２および従来精密鋳造
用中子１〜２をそれぞれセットしたロストワックス鋳型
に鋳込むと共に鋳型底部から冷却することにより単結晶
Ｎｉ基超合金鋳物を鋳造した。
【００１３】得られた単結晶Ｎｉ基超合金鋳物を鋳型か
らはずし、さらに上記中子を含む鋳物を水酸化カリウム
水溶液中に浸漬し、中子を浸出除去することにより中空
部分を有する単結晶Ｎｉ基超合金鋳物を作製した。得ら
れた単結晶Ｎｉ基超合金鋳物を切断し、中子と接する中
空部分内面の鋳肌表面を目視にて観察し、中子の熱衝撃
による亀裂にＮｉ基超合金溶湯が浸透してできた突起物
の有無を調べ、さらに中空部分の鋳肌表面を光学顕微鏡
で観察して表面粗さＲｍａｘを求め、その結果を表１〜
表３に示した。
らはずし、さらに上記中子を含む鋳物を水酸化カリウム
水溶液中に浸漬し、中子を浸出除去することにより中空
部分を有する単結晶Ｎｉ基超合金鋳物を作製した。得ら
れた単結晶Ｎｉ基超合金鋳物を切断し、中子と接する中
空部分内面の鋳肌表面を目視にて観察し、中子の熱衝撃
による亀裂にＮｉ基超合金溶湯が浸透してできた突起物
の有無を調べ、さらに中空部分の鋳肌表面を光学顕微鏡
で観察して表面粗さＲｍａｘを求め、その結果を表１〜
表３に示した。
【００１４】さらに得られた単結晶Ｎｉ基超合金鋳物の
中空部分内面を蛍光浸透探査検査することにより中空部
分内面に発生した欠陥数を測定し、その結果を表１〜表
３に示した。
中空部分内面を蛍光浸透探査検査することにより中空部
分内面に発生した欠陥数を測定し、その結果を表１〜表
３に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】表１〜表３に示される結果から、本発明精
密鋳造用中子１〜１６は従来精密鋳造用中子１〜２およ
び比較精密鋳造用中子１に比べて抗折強度が優れている
ところから高温強度に優れ、さらに単結晶Ｎｉ基超合金
鋳物の中空部分内面に突起物が見られないところから耐
熱衝撃性に優れており、さらに単結晶Ｎｉ基超合金鋳物
の中空部分内面の表面粗さＲｍａｘが小さくかつ中空部
分内面に発生する欠陥数が少ないことから、従来よりも
優れたセラミックスからなる精密鋳造用中子であること
がわかる。また、ＨｆＳｉＯ4 を４０重量％を越えて含
有する比較精密鋳造用中子２は水酸化カリウム水溶液に
よる浸出除去ができなくなるので好ましくないことがわ
かる。
密鋳造用中子１〜１６は従来精密鋳造用中子１〜２およ
び比較精密鋳造用中子１に比べて抗折強度が優れている
ところから高温強度に優れ、さらに単結晶Ｎｉ基超合金
鋳物の中空部分内面に突起物が見られないところから耐
熱衝撃性に優れており、さらに単結晶Ｎｉ基超合金鋳物
の中空部分内面の表面粗さＲｍａｘが小さくかつ中空部
分内面に発生する欠陥数が少ないことから、従来よりも
優れたセラミックスからなる精密鋳造用中子であること
がわかる。また、ＨｆＳｉＯ4 を４０重量％を越えて含
有する比較精密鋳造用中子２は水酸化カリウム水溶液に
よる浸出除去ができなくなるので好ましくないことがわ
かる。
【００１９】
【発明の効果】上述のように、この発明の高温強度およ
び耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子を使用すると耐熱
合金鋳物の複雑な形状を有する中空部分の鋳肌を平滑に
かつ欠陥が発生することなく製造することができ、鋳物
産業上すぐれた効果を奏するものである。
び耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子を使用すると耐熱
合金鋳物の複雑な形状を有する中空部分の鋳肌を平滑に
かつ欠陥が発生することなく製造することができ、鋳物
産業上すぐれた効果を奏するものである。
Claims (4)
- 【請求項１】 二酸化珪素を主成分とし、さらに珪酸ハ
フニウムを含むセラミックスからなることを特徴とする
高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子。 - 【請求項２】 珪酸ハフニウム：２０〜４０重量％を含
有し、残部：二酸化珪素および不可避不純物からなる成
分組成のセラミックスで構成されていることを特徴とす
る高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子。 - 【請求項３】 二酸化珪素を主成分とし、さらに珪酸ハ
フニウムを含み、さらに酸化アルミニウムおよび酸化ジ
ルコニウムの内の１種または２種を含むセラミックスか
らなることを特徴とする高温強度および耐熱衝撃性に優
れた精密鋳造用中子。 - 【請求項４】 珪酸ハフニウム：２０〜４０重量％を含
有し、さらに酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウム
の内の１種または２種を合計で３〜１５重量％を含有
し、残部：二酸化珪素および不可避不純物からなる成分
組成のセラミックスで構成されていることを特徴とする
高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12903098A JPH11320028A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12903098A JPH11320028A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11320028A true JPH11320028A (ja) | 1999-11-24 |
Family
ID=14999394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12903098A Withdrawn JPH11320028A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 高温強度および耐熱衝撃性に優れた精密鋳造用中子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11320028A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7125530B2 (en) | 2000-08-26 | 2006-10-24 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Method of precipitating slags from flue gas with a ceramic |
| WO2009069716A1 (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-04 | Tohoku University | 内歯車の製造方法および金属ガラス製の内歯車 |
| WO2014192819A1 (ja) * | 2013-05-29 | 2014-12-04 | 三菱重工業株式会社 | 精密鋳造用中子及びその製造方法、精密鋳造用鋳型 |
| JP2014231081A (ja) * | 2013-05-29 | 2014-12-11 | 三菱重工業株式会社 | 精密鋳造用中子及びその製造方法、精密鋳造用鋳型 |
| JP2014231076A (ja) * | 2013-05-29 | 2014-12-11 | 三菱重工業株式会社 | 精密鋳造用中子及びその製造方法、精密鋳造用鋳型 |
| JP2015131309A (ja) * | 2014-01-10 | 2015-07-23 | 三菱重工業株式会社 | 中子補修剤、中子、及び中子の補修方法 |
| CN114585462A (zh) * | 2019-12-23 | 2022-06-03 | 本田金属技术株式会社 | 铸造方法及铸造装置 |
-
1998
- 1998-05-12 JP JP12903098A patent/JPH11320028A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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