JPS58370A - 物品の鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、改良されに物品の改良された鋳造法に関し、
とくに、檀々の方向に配回された単位立方格子を有てる
タービン翼ある−１は羽根のような金ｌｌＡｇ１Ｊ品の
鋳造法に関する。

物品の縦の軸線に平行な望まい・方向（００１］をもつ
細長い結晶を有てるタービン翼σ）ような物品を鋳造す
る着想が米国特許第５．４１７，８０９号。

第６，４８５，２９１号、および第３，５７２，４１９
号に開示されている。これらの特許に開示された方法ハ
、物品の＠型のキャビティの縦方向を冷し金の面に垂直
として、冷し金に近接した競争成長帯域に生ずる湯の初
期凝固を特徴とする。

この競争成長帯域は１面心立方格子を有する金員が冷し
金に対して鋳込まれた場合に、形成される初期の結晶の
全てが望ましい方向ＣＯＯ１）ではなく、むしろかなり
不規則に配回されている為に生ずるものである。凝固が
冷し金から始まる為。

湯の中で凝固する樹枝状結晶は［００１）の方向に最も
願−に成長するので、冷し金に喬直な（００１）方向の
これら樹枝状結晶は物品の縦の軸線に沿って優先的に成
長する。結局、好ましい樹枝状結晶は競争成長帯域から
発生して、成長の方向に配回される（００１）方向の一
連の柱状の結晶粒あるいは結晶となる。好ましい、即ち
［００１）方向の柱状粒を発生させる成長帯域の機能は
、軸線を外れて配回された結晶あるいは結晶粒を鋳込物
品から取り除くことである。

前述の特許に開示されたようにして指向性の凝固からも
たらされた結晶学的配回の（００１）という方向は、耐
熱疲労性のような、ある種の望ましい特性をそなえてい
るが、他の結晶学的な配向方向によって、より高い値の
クリープ強さと’ｒソング数とがもたらされることがよ
（知られている。

適用例によっては、より高いクリープ強さとヤング係数
との値が重要なものとなり得る。しかし。

在来の指向性凝固技法でより高い値の強さとヤング係数
とをもたらす結晶学的な配向方向を得ることは不可能で
ある。

過去においては、単結晶物品を鋳造する際の結晶の配向
は、単結晶材料の種晶あるいは固形体を用いて制御され
て来た。鋳造される間に、単結晶の種晶から金義の凝固
が始まり、そのためｉ＃Ｉ型のギヤ１テイ内全体に単結
晶が広がることになる。

米国特許第１，７９５．６７２号、　！！５，１５９．
６５５号、！３，７５９．６１０号、第５．８５７．４
５６号。

および第４，０１５，６５７号に史に説述されている方
法で望ましい効果を収める為には、種晶の制御と、適切
な冷却方法とが必要である。しかし、これらの特許に開
示された方法にあっては、望ましい結晶学的配回をもつ
複数の細長い結晶を有する指向性凝固物品ではなくて、
単結晶物品を形成する為に単結晶の種晶が用いられてい
た。

幾多の配回された結晶粒あるいは結晶を含む細長い結晶
構造を有する物品を得るために、インイットの製造に際
して、好ましい結晶学的性′ｊ［をそなえた種晶のスラ
ブあるいはスターターを使用することが、英国特許第８
７０．２１５号に説かれている。種晶のスラブあるいは
出発元素は、体心単位立方格子の側面に対応する結晶面
１００が種晶のスラブの細長い結晶粒または結晶の縦の
軸線とほぼ垂直になるように配回された細長い結晶粒を
有する。単位立方格子の他の側面、即ち結晶粒または結
晶の縦の軸線に平行に延在する側面、は不規則に配向さ
れており、他の細長い結晶粒または結晶の同様な結晶面
に平行となることは滅多にない。

鋳造作業中、英ｗＡ特許の種晶スラブまたは出発元素は
、結晶の縦の軸線を水平に、即ち鋳型の縦の軸線Ｋ１１
ｉ直に延在させ【鋳型の底部に置かれる。

次いで湯が種晶スラブに向けて＃型のキャビティに注が
れる。その結果作られた指向性凝固物品は。

結晶または結晶粒の縦の軸線に垂直ならびく平行にそれ
ぞれ延在する対をなす各側面をそなえるように配回され
た単位立方格子を有する細長い結晶または結晶粒で形成
される。縦の軸線に沿った結晶学的配回は〔口０１〕で
、ｖＪ述のガス・タービンを作る際の相同性凝固中に、
冷し金の面力・らの競争結晶成長によって生じたものと
同じである。

したがってこの技術には、多結晶物品につ−・て・ま。

強さあるいはヤング係数における望まし一１変ｆヒを得
るために冷し金の面に垂直に鋳造されに物品の縦の軸線
に沿って［００１）以外の方図を（・力箋にして達成で
きるか、については何も教えられるものがない。

本発明によれは、新しく且つ改良された鋳造像間物品を
形成する新しく且つ改良された方法力を得られる。この
改良された方法により多植の改良された物品を作り得る
ことが予想される力１．この方法は、がス・タービンに
使用されるブレードまたはベーンのような物品を含む翼
の形成に用（％るのが有利である。これらの物品は一般
にニッケル基の超合金で作られ、いわゆる面心立方結晶
構造を有する。ブレード、ベーンの如何を問わず、改良
された物品には、檀々に配向された単位立方格子を有す
る部分が設けられる。これは、鋳造作業中における物品
の凝固を１種々の方向に配回されに単位立方格子を含む
結晶を有する出発元素力１ら始めることによって達成さ
れる。出発元素の単位立方格子の配回が檀々の方向に行
われることによって、物品の種々の部分で檀々に配回さ
れる単位立方格子を有する鋳造物品の結晶の核生成と成
長とが行われる。

ガス・タービンのブレードまたはベーンの作動特性は、
翼の部分を、一つの方向に配回された単位立方格子を有
する前縁お工び／または後縁部分と、他の方図に配向さ
れた単位立方格子を有する中央部分とで形成することに
よって同上される。

かクシ【翼の部分は、前縁お工び／または後縁部分の耐
熱疲労性を向上させる為に、翼の縦の軸線に平行な〔口
０１〕万同に配回された単位立方格子を前縁お工び／ま
たは後縁部分か有する状態でこれを鋳造することができ
る。熱疲労の観点からは本位立方格子の（００１）とい
う配回は有利であるが、クリープ強さの観点からすれば
、これは最適ではない。より大きい強さを得る為には、
翼の中央部分が、翼の縦の軸線に平行な（１１１）方図
に配回された単位立方格子を持つことが有利である。

単位立方格子が（００１）方向に配回されている前縁お
よび／または後縁部分と（１１１）方向に配回されてい
る中央部分とを有する翼は、その各部分を豪数の細長い
結晶あるいは単結晶の−１ずれかで形成して、これを有
利に鋳造することができる。翼が、前縁および後縁部分
ならびに中央部分の各ｔ−１個を超える細扱い結晶で形
成し【鋳造される場合には、結晶の縦の軸線が相互に、
且つ翼の縁の部分および中央部分の中心軸線に平行に延
在する。翼が単結晶の縁部分ならびに中央部分で形成さ
れる場合は、翼の中央部分ならびに前縁および／まｋは
後縁部分がおのおの単結晶として形成される。これＫよ
って翼が、６個の単結晶。

即ち単結晶の前縁部分と、単結晶の後縁部分と。

前縁および後縁部分間に延在する単結晶の中央部分とで
形成される結果となり得る。本発明は樵々の形式の翼に
関して有利に冥施されるが１本発明は他の物品に関して
も実施できるものである。

したがって１本発明の目的は、様々に配向されに単位立
方格子を有する部分から成る新しく且つ改良された物品
を形成する新しく且つ改良された方法を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、物品の単位立方格子の配回と同様
に配回されに単位立方格子を有する部分より成る出発元
素を物品の鋳造中に使用する前述の目的に述べたとおり
の新しく且つ改良された物品を形成する新しく且つ改良
された方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、得られる物品におけると同様
に単位立方格子が配向された湯の＃固を行うために、縦
の軸線に平行な［００１）方向に単位立方格子が配回さ
れる部分と、縦の軸線に平行な［１１１］方回に単位立
方格子が配回される他の部分とを出発元素が有するガス
ター♂ンのブレードまたはベーンのような゛物品・を含
む新しく且つ改良されに翼を形成する新しく且つ改良さ
れた方法を提供することにある。

本発明のまたの目的は、単結晶としての前縁ならびに後
縁部分と、前縁ならびに後縁部分間に延在し且つまた単
結晶として形成される中央部分とを有する新しく且つ改
良された翼を提供することにある。

本発明の更にまたの目的は、縦に延在するＷＮ鰍および
後縁部分ならびに中央部分を有し、様々に配回された単
位立方格子で檀々の部分が形成される新しく且つ改良さ
れた翼を形成する新しく且つ改良された方法を提供する
ことにある。

本発明の前記その他の緒目的ならびに諸特徴をζ以下の
説明を添付図面と併せて検討することにより更に明りよ
うとなろう。

」Ｌｌ興１ヨ 鋳ａｌｌｌＧ（第１図）へ湯を注ぐ前に周知の炉組立て
体１２内で鋳をが予熱される。炉組立て体１２には、誘
導加熱コイル１８に取り巻かれた耐火外Ｉ！１６が設け
られる。黒鉛磁化１１２０が外蕾１６に囲まれ、コイル
１８の誘導効果によって加熱される。炉組立て体１２に
は、湯を鋳ａｌｌＩＯに注ぐ為の漏斗２４を備えた上板
２２が設けられる。

炉組立て体１２全体は、真空炉の中に配設されることが
考えられる。

＃１１１０には湯だまり３２が設けられ、湯はここを経
て、湯だまり３２の周りに円形に配列された複数の鋳型
キャビティ３８に連結されｙ、＝ｍ数の湯道または通路
３４に流入する。円形、に並んだ鋳個キャげティ３８の
内側には円筒状の鐘熱材４０を設けることができる。

鋳！１０は綱の冷し金４２上に配設される。冷し金４２
は、鋳型キャビティ３８の縦の中心軸線（１！ｉ直軸線
］に概ね平行な方向に結晶粒が配回される柱状の結晶粒
構造を有する鋳物を得る為に。

鋳型キャビティ内の湯の指向性の凝固を促進てる。

炉１２およ＃ｔｓ皺１ａが多くの異なった構造をもち得
たとしても、それらは米国特許第３，６８０，６２５号
に開示された炉と鋳型と同一の一般構造であることは注
意しておくべきである。

鋳型キャピテイ３８の下端部内に出発元素５゜（第２図
参照］が置かれる。円筒−状の出発元素５０は、冷し金
４２と鋳型中ヤビテイ３８の双方に露出される。かくし
て、出発光＄５０の下面または底Ｍ５４は、冷し金４２
の上面まには頂面５６に当接契合して配設される。出発
元素５０の反対側の面５８は鋳型キャビティ３Ｂに直接
露出される。

湯が漏斗２４に注がれ、湯だま９３２から湯道３４へ、
そして鋳型キャビティ３８へと流れた湯は、出発元素５
．０の上１ｉ５Ｂに同かつて流下丁へ出発元素５０から
冷し金４２への急速な熱の伝導の為に、＃ｔＪＪｉキャ
ビティ３８内の湯の凝固は出発元素５０の上面５８から
開始される。湯の凝固は鋳型キャビティ３Ｂ内で上に同
かつて進行するので、冷し金４２と鋳型１０とは、周知
の方法で炉１２から鋳ＷＩＧを撤去する。Ｃ５に、これ
らを下降させるのが有利である。

出発元素　　□ 出発元素５０は、出発元素の反対側の両面５４゜５Ｂに
ほぼ画直な縦の軸線を有する複数のｌ１ｌｆｌ長い金嬌
の結晶または結晶粒６２　（８ｇ２図参照）で形成され
る。結晶粒６２の大部分は出発元素５ｏを完全に貫通す
る。

細長い結晶粒６２は一方の端面を１ｌＩ１面５４に、他
方の端面を側面５８に位置させる。縦に延在てる結晶粒
６２の若干は二つの側面５４と５８との１、　間で終わ
っている。しかし、側面５８で終わる結晶粒の全てがそ
の他端を側面５４に有している・ＩＩｍ長い結晶粒また
は結晶６２は、鋳型キャビティ３８の縦の中心軸！１６
６と平行な相対関係に置かれた縦の中心軸線を有する。

出発元素５ｏの構造ならびに使用方法は、１９８１年６
月２日出願の「物品の鋳造法」と称する同時係属出願第
２５９、６４０号に説述されたものと同じであり、そこ
に開示されたものは１本明ａ曹によって、これを参照し
て、ここに具体化されるものである。

結晶の核生成−細長い結晶 細長い結晶６２は、その端部を出発元素５ｏの上１ｆｉ
５８に置いているので、出発元素の各結晶は、湯の凝固
の開始とともに鋳型キャビティ３８内の湯の中に縦に延
在する該当の結晶または結晶粒の核生成を行うことがで
きる・これＫより、キャビティ３８内の湯が、多数の縦
に延在する結晶または結晶粒を伴って凝固する結果とな
る。結晶は、出発元素５００面５８にその端を発てる。

結晶は。

鋳型キャビティ３８の縦の中心軸線６６に平行な方向に
上に同かつて成長する。

鋳型キャビティ３８内で凝固する細長い結晶は。

鋳型の軸線６６（第２図参照）と出発元８５０内の結晶
６２の縦の軸線とに平行に延在する縦の軸線をそなえる
。出発元素の端面５８で望ましく配回される鋳造製品の
結晶の核生成によって、望ましい縦の方向が［００１）
の場合に多くの崗知の指向性凝固過程を特徴づける競争
成長帯域を除くことができる。

本発明の特徴に従えば、出発元素５０は、種々に配回さ
れた単位立方格子を有する結晶または結晶粒の核生成に
対して効果的である。鋳造される物品または製品の種々
の部分に、様々に配向されに単位立方格子を配すること
により、鋳造物品の樵々の部分の物理的特性は様々なも
のＫなる。これによって鋳造物品の全ての作動特性を向
上させることができるが、それは、物品の徨々の部分の
ｔ＃ＩＩ理的ならびに機械的特性を、書体のその部分が
直面する個々の作動条件に対して最適なものとすること
ができるからである。

単位立方格子−細長い結晶 結晶の基本的な構成単位である単位立方格子＆六三次元
的に槓入重ねられて結晶の全体構造を作る原子配置をそ
なえている。単位立方格子の構成＆民結晶を形成する材
料によって異なる。物品１２を含む翼を形成するニッケ
ル基の超合金の場合、単位立方格子は％第２図、第６図
、第６図、および第７図に示すように、立方体の各かど
に一つずつの原子と、各面の中心に一つずつの原子とか
ら成る面心立方構成を有する。各単位立方格子内の配回
は、直焚するＸ、Ｙ、Ｚ＠に関するその座標で表示され
る。結晶内の方向を表示する場合、原点からＸ、Ｙ、　
ｚを座標とする点に至る直線の方向を示す為に記号［Ｉ
ＹＺ］が用いられる。慣習により、大括弧が用いられ１
分数の座標は使われな（ゝＯ かくして、単位立方格子のりようの一つに沿う方向は三
輪の一つにも平行で、（１００）。

（１００）、［０１０）、［０１０）、［００１）。

あるいは（００１１のごとくに表示される。谷の場合、
数字の上の負号は原点からの負の方向を示す。これらの
方向の谷は等価であり、且つ＜１ＱＱ＞系に員するもの
とされている。縦の軸線がｍｉ［ＬＫ並べられ、中の単
位立方格子の軸線の一つもまた垂直に並んでいる結晶は
、垂直軸を２と表示する慣習を表して、［００１］とい
う配回を有するものとされる。単位立方格子の空間的な
位置は、置かれる水平面に縦の中心軸線１１８を垂直に
して、その一つの面上に平らに置かれた立方体のそれの
ように簡単に表現することができる。

立方体の対角線上反体側の各丁みを結ぶ方向に。

単位立方格子の極端な形の配回が生ずる。これは、−万
の丁みが水平な面と点接触し、対角線上反対側の、他方
の丁みが、二つの丁みをつなぎ且つ水平支持面に画直な
線上に来るように置かれた立方体として表現することが
できる。単位立方格子には、全て＜１１１＞系の一部と
して、幾つかのこのような等価の方向がある。この系の
方向が縦の中心軸線１１８に平行な結晶は、（１１１）
なる配回を有するものとされる。これら二つの極趨な配
回［００１）と［１１１）との中間に数多（の他のもの
かあｐ得る。これらに用いられた表示は結晶学の分野で
は周知のものであり、本発明の特徴をａ述する上に重要
なものではない。

金属を水平に設けられた銅の冷し金に接触して凝固させ
る指向性凝固法によって製作されるタービンのブレード
およびベーンは１面心立方の結晶構造を有するニッケル
基超合金の使用を必要とする典型的なものである。この
方法で生まれる細長い結晶の配回はｃｏｏｉ）である。

単位立方格子の側面あるいは各面は、物品１２を含む翼
の縦の中心軸線１１８に対して垂直あるいは平行のいず
れかの方向に置かれる。この配向は、その場合のヤング
係数が低いので、耐熱疲労性の観点から１丁ぐれｋもの
とみなされている。しかし。

他の配回、とくに［１１１］はクリープ強さを犠牲にす
ることなしに非常に同上したヤング係数が得られる可能
性をもたらすものである。立方晶系の結晶の場合には、
（１１１）配回によって最高のヤング係数値が得られる
。冨温においては、ニッケルに対するこの値は約！ｉ、
１００．０００　ｈ／ｃｍ２’（４４，０００＊０００
　ｐｓｉ）、一方（００１）配回の場合は約１，２７０
，０００Ｋｅ／ｃｍ”（１８，０００，０００ｐｓｉ）
である。ニッケル基超合金の個々の結晶を用いて行われ
た試験で、高温におけるクリープ速度と応力破断寿命に
ついて測定された高いクリープ強さに関しても［１１１
］配同の場合について報告されている。合金ならびに特
定の応力および温良の試験東件によっては、（１１１）
配向によれば、（００１）配回におけるよりもかなり少
ない第１期クリープと、（００１）配回にみられるも・
のに匹敵し、ある場合には、これに勝る応力破断寿命が
得られることがわかつｙ、：、（１１１）配回によれば
、［００１］もしくはその他の配回の場合に比べて最高
の耐クリープ性とクリープ破断寿命とが得られることが
２？Ｉｌｌ類のニッケル基超合金についての有効なデー
タにもとづいた一つの公開研究Ｖｃ１１ａ！められてい
る。

本発明の特徴に従えに、物品の作動特性は、一つの配向
による単位立方格子を有する一部の結晶と１種々の配回
による単位立方格子を有する他の一部の結晶とをそなえ
た細長い金員結晶で物品を形成することによって向上さ
れる。様々に配回されｒｓ　ｊｌＬ位立方格子を有する
結晶をそなえた種々の部分を有する物品を鋳造するため
に、出発元素５０（第２図参照）には、細長い金−結晶
６２が様々に配向されに単位立方格子を有する部分が設
けられる。

細長い金員結晶６２は、鋳造物品の結晶の核生成を開始
させた出発元素の結晶の単位立方格子と同様に配回され
た単位立方格子を有する結晶の鋳造物品内における核生
成を行う。しにがって、望ましく配回された単位立方格
子を有する鋳造物品の結晶の核生成が行われるように互
いに位置する細長い結晶６２を出発元素５０にそなえる
ことにより１ｗａ造物品を、予め選択された配回をもっ
て配判された単位立方格子をそなえる細長い結晶を有す
る前身て選択されに部分で形成することができるＯ 本方法は、これを多（の異なり艷形式の鋳造物品を形成
する為に用いることができるが、この方法は、ガス・タ
ービン機関に使用されるブレード７２（第６図）のよう
な物品を含む翼の形成に有利に用いられる。ブレードＴ
２には、ペースあるいはプラットホーム１４と、ペース
７４と一体に鋳造された翼７６とが含まれる。一体構造
の翼７６は、前縁部分７Ｂと後縁部分８０とを有する。

前縁ならびに後縁部分７８．８０は中央部分８４によっ
て互いに連結される。図示の物品の場合。

翼７６の前縁部分７８．後縁部分８０．および中央部分
８４の結晶構造がペースあるいはプラットホーム７４を
貫通していることに注意すべきである。

デｖ−ｙｒ２の作動特性を同上させる為に、翼１６の、
ならびにプレード１２の、前縁および後縁部分の単位立
方格子は、ブレードの中心軸線１１８に平行なＣＯＤ　
１　）方向に配回され、翼の中央部分８４の単位立方格
子は中心軸線１１ａ＆Ｃ平行な［１１１］方向に配回さ
れる。翼Ｔ６の前縁および後縁部分７８．８０ならびに
中央部分８４の巣位立方格子の配回が第６図の単位立方
格子８Ｂ、９０．９２によって暗示されている。これら
の結晶配向は翼１６の下端部からペース１４を経て延在
する。

ブレードの前縁および後縁部分７８．８０は、単位立方
格子８８．９２によって暗示された［００１）配回の単
位立方格子を有する複数の細長い金属結晶で形成するの
が有利である。プレードの前縁および後縁部分７８．８
０の細長い結晶における巣位立方格子の［００１）配向
は、耐熱疲労性を向上して、熱疲労割れの形成を遅れさ
せる。

プレード７２の翼７６の中央部分８４は、第６図の単位
立方格子９０によって暗示された（１１１）配回の本位
立方格子を有する複数の細長い金属結晶で形成される。

翼１６およびブレード７２の中心軸線１１８に平行な［
１１１］方向を有する巣位立方格子で翼の中央部分８４
を形成しているため、翼７６の中央部分８４の耐クリー
プ性ならびにヤング係数は、翼の縁部分７８．８０の耐
クリープ性ならびにヤング係数よりも大きい。しかし。

翼の中央部分８４の耐熱疲労性は、翼の前縁および後縁
部分７８．８０の耐熱疲労性はど大きくはない。熱疲労
割れは翼Ｔ６の前縁および／または後縁部分に形成され
る傾向があるので、このブレード７２の構造によれば、
熱疲労割れが翼の前縁および後縁部分７８．８０に形成
される傾向は弱められ、−力、翼の中央部分８４の全体
的なりリープ強さは増大される。

物品を含めた翼の鋳造 （００１）配回の単位立方格子をもつ翼７６の前縁およ
び後縁部分７８．８０を鋳造し、［１１１］配同の単位
立方格子をもつプレードの中央部分を形成するため、出
発元素５０（第２図）には、翼７６の巣位立方格子の望
ましい配回に相応した配回の単位立方格子をそなえた部
分が設けられる。

第２図の９８に示される出発元素５０の前記部分は、指
向的に凝固される翼１６の前縁７８を形成する縦に延在
する金−結晶の核生成を開始させる。

したがって、出発元素５０の前記部分９８における細長
い結晶の単位立方格子は、鋳型キャビティ３８および出
発元素の中心軸線６６に平行な（００１）方向の、第２
図１０２に暗示された単位立方格子を有する。同様に、
出発元素５０の前記部分１０４は、翼１６の後縁部分８
００指向性凝固を開始させ、軸線６６に平行な（００１
）方向の単位立方格子をそなえた細長い金属結晶６２を
有する。

出発元素５０の中央部分１１０は、指向的に凝固される
翼７６の中央部分８４を形成する縦に延在する金属結晶
の核生成を開始させる。したがって、出発元′ａ５０の
前記部分１１０の細長い金属結晶６２は、軸線６６に平
行な（１１１）方向の、第２図の１１２に暗示される単
位立方格子を有する。前記各部分９８．１０４．１１０
の前述の結晶配向は、出発元素の頂面５４とａ面５８と
の間に延在する。

溶融ニッケル基超合金が鋳型キャピテイ３８に注がれる
と、この湯は出発元素５０の上面５８に契合する。出発
元素５０の細長い金員元′Ａ６２が。

物品、即ちブレード７２を含めた翼の細長い＊属結晶１
１６の形成を開始させる。プレード１２の細長い結晶１
１６は、プレード７２および翼７６の縦の中心軸線１１
８ならびに同時に縦に延在する鋳型ギャビテイ３８の中
心軸４ｉ６６に平行に延在する。

湯は、出発元素５０の細長い結晶６２の端面部分に契合
するので、出発元素は、ブレードＴ２を形成する為に、
同様に配向され′ｒＳ細長い結晶の凝固を速やかに開始
させるのに効果的である。ブレード７２内の細長い結晶
１１６は、出発元素５０の細長い結晶６２の上端で核生
成される。

したがって、プレード７２内の細長い結晶１１６は、こ
れらの凝固を開始させる出発元素内の細長い結晶６２０
本位立方格子と同じ配向の単位立方格子を有する・ 翼７６の前縁ならびに後縁部分７８．８０に現れるａ長
い金属結晶１１６の凝固は、出発元素５０の間隔を置い
て並べられた部分９８．１０４（第２図）によって開始
される。出発元Ｘ５０の各部分９８，１０４は（００１
）配向の単位立方格子を有しているので、凝固して翼Ｔ
６の縁部分子８．８０を形成する細長い金属結晶もまた
［００１）配向の単位立方格子を有する。出発元素５０
の中央部分１１０の細長い金員結晶６２ｔ−！。

〔１１１〕配向の単位立方格子を有する。これによって
、結合された翼部分７６を含むブレード７２の中央部分
８４に（１１１）配向の単位立方格子を有する細長い金
属結晶１１６が凝固する結果となる。実際問題としては
、中央部分８４の縁から縁に至る方向での幅は一定せず
、冷し金からの距離が増重と共に狭くなるものと予想さ
れる。

同様に、縁部分７８．８０は、冷し金からの距離の増大
と共に１幅が広くなる傾向となろう。

Ｊｉｉ！７６の前縁部分７８の細長い金属結晶１１６の
谷は、その全てが単位立方格子８Ｂ（第４図参照）の（
００１）という配向をもつ複数の単位立方格子で形成さ
゛れる。ブレード７２は面心単位立方格子を有するニッ
ケル基超合金で形成されるが。

図示を明確にでるために、第４図においては単位立方格
子８８の表現が巣純化されている。

単位立方、格子８８は、細長い金属結晶１１６の縦の中
心軸線とブレード１２の軸線１１Ｂとに画直に延在する
上方および下方の側面１２４．１２６を有する。単位立
方格子８８は、長方形′に並べて配設され、且つ細長い
金員結晶１１６の縦の中心軸線とブレード７２の中心軸
線１１Ｂとく平行に延在する四備面１３０．１３２．１
・３４．１３６（第４図）を有する。細長い結晶１１６
の中心軸線に対する単位立方格子８８のこの配向は、出
発元素５０の細長い金属結晶６２の中心軸線に対する単
位立方格子１０２（第２図ンの配向と同じである。結果
として生じた単位立方格子８８の配置は、翼の前縁部分
１８の耐熱疲労性を増大させて前縁部分における熱疲労
割れの形成を遅らせる。

翼Ｔ６の後縁部分８０は、翼の前縁部分１８の構造と同
様な結晶構造を有する。このように、翼の後縁部分８０
は、相互に、またブレードの中心軸線１１８に対しても
平行に延在する細長い金員結晶１１６で形成される。後
縁部分８０の谷金楓結晶１１６の単位立方格子９２は、
細長い結晶の中心軸線とブレード軸線１１８とに垂直に
延在てる平行な頂面と底面とを有する。さらに、単位立
方格子９２は、金員結晶８８の側面１３０ないし１３６
と等価で、結晶１１６の中心軸線に平行に延在する側面
を有する。

前縁部分７８または後縁部分８００個々の細長い結晶１
１６内では、全ての単位立方格子が、縦の中心軸［１１
８に関して、全ての単位立方格子の対応側面が平行とな
るように、共通の回転配向を有する。他の細長い結晶１
１６は同様な回転配向を必要としないが、共通の縦の配
向（００１］が存在し、ブレード１２および対応する翼
７６の前縁および後縁部分内に共通の一連のヤング係数
その他の機械的挙動特性を与える。

プレーｙ７２ならびにこれに結合される翼１６の中央部
分８４の単位立方格子９０（第５図］は［１１１］の配
向をもつ。この配向を有する単位立方格子９０を第５図
に略図で示す。単位立方格子９０は面心立体構造である
が、本位立方格子９０のｑ！ｒ丁みにある格子点のみが
第５図に示されており、各面の中心にある格子点が、図
示を平明にするために省略されていることに注意′丁べ
きである。第５図においては、結晶１１６の縦の軸線と
ブレード７２の縦の中心軸線１１８とに平行な［１１１
］刀同が矢印１４９で表されている。

単位立方格子が第５図に示される（１１１）配向をなす
場合、単位立方格子９０の各側面は、縦の中心軸１１８
に対し鋭角をなして延在する。

（１１１）配向全なす単位立方格子の対角線上反対側に
ある各型みの間に延在する線１４７は軸線１１Ｂ、Ｆ６
に平行である。第５図には単一の単位立方格子９０のみ
か示されているが、細長い結晶１１６の他の単位立方格
子が同じ縦方向の配回をなしていることｆ理解丁べきで
ある。個々の細長い結晶１１６の中で、全ての単位立方
格子の対応する側面が平行（なるよ５Ｋ、全ての単位立
方格子がまた。縦の中心軸＆１１１８のＮＩＪｌ）Ｋ共
通の回転配向を共有する。他の細長い結晶１１６は同様
な回転配向を必要としないが、共通の縦の配回（１１１
）が存在し、ブレード１２および対応する翼７６の中央
部分内に、縦の中心軸線１１８に沿って、共通の一連の
ヤング係数その他の機械的挙動特性を与える。

面心単位立方格子９０は、１１１７１５０．１５２に喬
直に延在する艇万形に並んだ側面１４２゜１４４．１４
６．１４８を有する。側面１４２ないし１５２は盆て、
細長い金員結晶１１６の中心軸線と、翼およびブレード
の中心軸線１１８とに対して鋭角をなして延在する。結
果として生じた単位立方格子９ｏの斜めの配回は、翼の
中央部分の強さまたは弾性係数を増大させる。

＠４図および第５図には、翼Ｔ６の前縁部分７８および
中央部分８４に対する単位立方格子８８．９０のみしか
示されていないが、出発元素５０の単位立方格子１０２
，１１２が同様な構造を有し、出発元素のａ長い金属結
晶６２に対して同じ様に縦に配回されていることを理解
丁べきである。また、出発元素５０の部分１０４におけ
る金属結晶６２０単位立方格子１０６（第２図参照）が
、出発元素の部分９８における単位立方格子１０２なら
びに４７６０単位立方格子８８と同じ縦の配回を有する
ことも理解すべきである。

物品を含めた翼−第２実施例 第１図ないし＠５図に示す本発明の実施例において、ブ
レード１２の構造は、ｇの前縁および後縁部分１８．８
ｏならびに翼の中央部分８４に多数の平行な細長い金属
結晶１１６を有するものである。しかし、様々に配回さ
れた単位立方格子で鋳造物品を形成することからもたら
される利益は。

より少数の金属結晶を有する鋳造物品によって達成され
得るものと予想される。か（して、様々に配回されに単
位立方格子を有する鋳造物品の檀々）部分は、その谷を
単結晶として形成することができる。これが実施される
場合、出発元素には。

鋳造物品の対応部分の核生成を行う本結晶で形成された
複数の部分が設けられる。

様々に単位立方格子が配回され、単結晶として形成され
る物品の鋳造に用いられる出発光＄　１７０を第６図に
示で。鋳型キャビティ３８の下端部に出発元素１７０′
ｆｒ置く。出発元素１７Ｇは冷し金４２ならびに鋳型キ
ャビティ３８の双方に露出される。か（して、出発元素
１７０の下面または底面１７４が冷し金４２の上面１７
６に当″ｆｉ！契合して配設される。出発元素１７０の
反対側の側面１７Ｂは鋳型キャビティ３Ｂに直接露出さ
れる。

湯が鋳型キャビティ３８に注がれると、湯は出発元素１
７０の上面１７Ｂに同かって流下する。

出発光＄１７０から冷し金４２への急速な熱の伝導によ
り、鋳型キャビティ３８内での湯の＠固は出発光ｘ１ｒ
ｏの上面１１８において開始される。

鋳型キャピテイ３８内で、湯の凝固が上に同かって進む
につれ、冷し金４２と鋳ａｌｌＩＯとを下降させ、鋳型
を炉１２から＊Ｃ出丁ことかできる。

出発元素１７Ｇは、ブレード１８４を形成する為に、鋳
型キャビティ３８内で湯の凝固を行うのに用いられる。

ブレード１８４は、鋳型キャビティ３８の形状に対応す
る形状をそなえにベース１８６と翼１８Ｂとを有する。

本発明のとの笑／Ｍ例の特徴に従えば、翼１８８の前縁
部分１９２は単結晶として形成される。同様に、翼１８
８の後縁部分１９４は単結晶として形成される。Ｒ１８
８の単結晶の前縁おＪび後縁部分１９２．１９４は、翼
７６の前縁および後縁部分７８．８０の単位立方格子８
Ｂ、９２（第３図ンと同じ［００１］配同の、第７図１
９６゜１９８に暗示された単位立方格子を有する。しか
し、翼１８Ｂの前縁および後縁部分１９２％１９４（第
７図）は、拭７６の縁部分７Ｂ、８ｏのように＊ａの細
長い結晶としてでなく、単結晶として谷が形成される。

翼１８８の単結晶の縁部分１９２，１９４は。

画部分の間に延在する単結晶の中央部分２０２（第７図
）に二って互いに連結される。図示の一品の場合には、
翼１８８の前縁部分１９２と、後縁部分１９４と、中央
部分２０２とがペース部分１８６を貫通していることに
注意丁べきである＠単結晶の中央部分２０２０単位立方
格子２０６は。

ブレード１２の中央部分８４０単位立方格子９０（第６
図および第５図）の配回と同じ（１１１）配回を有する
。ブレード１８４の各部分１９２゜１９４．２０２の各
を単結晶として形成することにより、単結晶翼構造の周
知の利点の多くが得られる。

単結晶の前縁および後縁部分１９２，１９４は、ブレー
ドの単結晶の中央部分２０２０単位立方格子の配回と異
なった配回の単位立方格子を有するため、ブレードの種
々の部分が種々の物理的特性をそなえ、ブレードの全体
的な作動特性を高める。

かくして、単位立方格子１９６，１９８の［００１）配
回により、単結晶の前縁および後縁部分１９２゜１９４
の耐熱疲労性が高められる。単位立方格子２０６の（１
１１）配回により、単結晶の中央部分２０２０強さとヤ
ング係数とが高められる。

出発元素１ＴＯ（第６図］は、ブレード１８４の単結晶
部分の核生成を行う複数の単結晶部分で形成される。こ
うして、出発元素１７Ｇは、ブレード１８４の単結晶の
前縁部分１９２（第７図）の核生成を行う単結晶部分２
１０を有する。出発元素１１０の単結晶部分２１２がブ
レード１８４の単結晶の後縁部分１９４の核生成を行う
。

出発元素１７０の単結晶部分２１０．２１２は。

翼の単結晶の前縁および後縁部分１９２．１９４の単位
立方格子と同様に配回される単位立方格子で形成される
。か（て、出発元素１７０の単結晶部分２１０．２１２
の面心単位立方格子は２１４および２１６に暗示され［
：００１　］方向に配回される。単位立方格子２１４．
２１６は、鋳型キャビティ３８の中心軸４１６ｇに僑直
に延在する上面および下面と、長方形に並んで配設され
且つ鋳型キャビティ３８の中心軸線６６に平行に延在す
る四偶面とを有する。

出発元素１１０の単結晶側面２１０．２１２は、単結晶
の中央部分２２０によって互いに連結される。単結晶の
中央部分２２Ｇの単位立方格子２２４は（１１１）配回
をもつ。かくして、単結晶の中央部分２２００単位立方
格子２２４は、第５図の単位立方格子９０の配回と同じ
配回をもつ。単位立方格子２２４の各側面は全て中心軸
線６６に対して傾斜し、または鋭角をなして延在する。

出発元素１１０の上面１１８に向かって湯が凝固すると
、出発元素の単結晶部分２１０がブレード１８４の単結
晶の前縁部分１９２の核生成を行う。翼１８８の前縁部
分１９２を形成する単結晶は、出発元素１７０の部分２
１０の単位立方格子と同じ結晶配向、即ち（００１］配
向の単位立方格子を有する。同様に、出発元素１７０の
部分２１２は、翼１８８の後縁部分１９４を形成する単
結晶の核生成を行う。翼１８８の単結晶の後縁部分１９
４は、出発元素１７０の部分２１２の単位立方格子２１
６と同じ配回をなす単位立方格子１９８會有する。

出発元素１７０の中央部分２２０は、ブレード１８４の
中央部分を形成てる単結晶を核生成し。

且つ前縁および後縁部分１９２．１９４の間に延在する
。単結晶２０２は、出発元素１７０の中央部分２２０の
単位立方格子と同じ配回管なす単位立方格子にＪｖ１即
ち（１１１）配回をなす単位立方格子により核生成され
る。

前述に鑑みて１本発明によれば、新しく且つ改良された
鋳造像域物品を形成でる新しく且つ改良された方法が得
られることがあきらかである。この改良された方法によ
って多くの各種の改良された物品が形成されることは予
想されるが、本方法は、がスｅタービン・ニンジンに使
用できるブレード７２．１８４の形成に有利に用いられ
る。それがブレード７２，１８４であろうと他の物体で
あろうと、改良された物品には、様々に配回された単位
立方格子８８．９０．９２，１９６．１９８゜２０６を
有する部分が設けられる。これは、鋳造作業に際して、
種々の方向に配向されに単位立方格子１０２，１０６，
１１２．２１４．２１６％２２４ｆ−そなえる結晶を有
する出発元素５０．１７０を用いて物品の凝固を開始す
ることによって達成される。出発元素７２．１８４の単
位立方格子の種々な方向の配回によって、物品の種々の
部分において様々に配回された単位立方格子を有てる鋳
造物品における結晶１１６，１９２，１９４゜２０２の
核生成と成長とがもたらされる。

物品７２．１８４の作動特性は、ある方間に単位立方格
子を配回させた前縁おＪび／または後縁部分７Ｂ、８０
．１９２．１９４と、他の方間に単位立方格子を配回さ
せた中央部分８４．２０２とで翼を形成することによっ
て同上される。かくして、ブレード７２または１８４は
、翼の前縁および／または後縁部分の耐熱疲労性を高め
る［００１）方向に配回された単位立方格子８８゜９２
．１９６．１９８を翼の前縁および／または後縁部分に
持りせて、これを鋳造でることができる０本位立方格子
の［００１）配向は熱疲労の見地からは有利であるが、
クリープ強さ、あるいはτング係数の見地からは鍾適で
ない。より良い強さとこわさを達成するためには、ブレ
ードおよびこれに結合された翼が〔１１１〕方回に配回
されに単位立方格子９９．２０６を持つことが有利であ
る。

単位立方格子を（（１０１）方向に配回させた前縁およ
び／まｋは後縁部分と、［１１１３万同に配向された中
央部分とを有する翼は、各部分の各を。

複数の細長い結晶（第６図）または単結晶（第７図〕の
いずれかで形成させて、これを有利に鋳造することがで
きる。ブレードＴ２のような物品が、前縁および後縁部
分７８．８０と中央部分８４とを細長い結晶１１６で形
成して鋳造される場合は。

結晶の縦の軸線が相互に、且つまたブレードの縁部分と
中央部分との中心軸線に平行に延在する。

ブレード１８４のような物品が単結晶部分で形成される
場合は、ブレード１８４の中央部分２０２と前縁および
／まＬは後縁部分１９２，１９４とは、おのおの単結晶
で形成される。これによって。

翼が三つの単結晶、即ち単結晶の前縁部分１９２と、単
結晶の後縁部分１９４と、前縁および後縁画部分の間に
延在する単結晶の中央部分２０２とで構成されるという
結果をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は湯を注入する前の両温を冷し金の上に支え、出
発元素を冷し金と鋳型キャビティに露出させた状態を示
す略図、１１２図は第１図の出発元素と＃４ａｌｌキャ
ビティと冷し金との間の関係を示す拡大部分断面図で、
出発元素の単位立方格子の配回を略本した図、第６図は
第２図の冷し金を用いて鋳造した、改良された物品を含
む翼、いわゆるブレードを示す図で、物品と（に翼の檀
にの部分における細長い結晶粒あるいは結晶の単位立方
格子の配回を略本した図、第４図は第６図の翼の前縁お
よび後縁部分における単位立方格子の配回を更に示す拡
大略図で１図示を平明にするために単位立方格子の構造
を単純化した図、第５図は第３図の翼の中央部分におけ
る単位立方格子の配回を更に示す拡大略図で１図示を平
明にするために単位立方格子の構造を単純化した図、＠
６図は出発元素と鋳滌キャビティと冷し金との間の関係
を示す概ね纂２図と同様の拡大部分断面図、第７図は第
６図の冷し金を用いて鋳造した。改良された物品を含む
翼、即ちブレードを示す概ねＩ！６図と同様の図で、物
品とくに翼の前縁および後縁部分ならびに中央部分を形
成する単結晶の単位立方格子の配回を略本した図である
。 １０：鋳ｆｉｌ　　　　　　　　１１８：中心軸線３８
：鋳型キャビティ　　１ＴＯ＝出発元素４２：冷し金　
　　　　　１８−・８：ＪＩ！５０：出発元素　　　　
　１９２：前縁部分７６：翼　　　　　　　　１９４：
後縁部分７８：前縁部分　　　　　２０２：中央部分８
０：後縁部分 ８４：中央部分 １１６：細長い金属結晶 代理人浅村　晧 外４名

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　第一の方向に配回された金属結晶の単位格子
   で形成される纂−の部分と、＊−の方向を横切って延在
   する第二の方向に配向された金属結晶の単位格子で形成
   される第二の部分とを有する物品の鋳造法において、第
   一の方向に配回された金属結晶の単位格子で形成される
   第一の部分と、第一の方向を横切って延在する第二の方
   向に配向された金属結晶の単位格子で形成される第二の
   部分とを舊する出発元素を用意し、冷し金を用意し、物
   品を鋳造する開口端部分とキャビティとを有する１置を
   用意し、鋳■内に出発元素を置いて出発元素の纂−の部
   分と第二の部分の各を冷し金と１置の中ヤーテイとの双
   方に露出させ、１置のキャビティＫｆＩｋを注ぎ、出発
   元素の第一の部分を湯と契合させて第一の方向に配向さ
   れた金属結晶の単位格子の一１１１１ヤＣティ内での形
   成を開始し且つ第二の方向く配回された金属結晶の単位
   格子の＠ｌｉキャビティ内での形成を開始する、という
   各段階を具備する物品の鋳造法。
2. （２）前縁部分を具備し、前記前縁部分が第一の複数の
   ｍ長い金属結晶で形成され、前記の第一の複数の細長い
   金属結晶の各結晶が第一の方向に配回された複数の単位
   立方格子で形成され、第二の複数の細長い金属結晶で形
   成される後縁部分を具備し、前記の第二の複数の細長い
   金属結晶の各結晶が第一の方ｒＩｉＪＫ＆！同されり複
   数の単位立方格子で形成され、前記前縁部分と前記後縁
   部分との間に延在し且つ第三の複数の細長い金属結晶で
   形成される中央部分を具備し、前記の第三の傾数の細長
   い金属結晶の各結晶が前記の第一の方向を横切って延在
   する第二の方向に配向された複数の単位立方格子で形成
   される翼。
3. （３）縦に延在する前縁部分と、縦に延在する後縁部分
   と、前記の前縁ならびに後縁部分の間に延在する中央部
   分とを有する翼の鋳造法において、少な（共一部分が翼
   の形状に対応した形状をなすキヤビテイを有する１証を
   用意し、第一の配回をな′ｆ複数の単位立方格子で形成
   される第一の部分と、前記第一の配回と異なる第二の配
   回をなす便数の単位立方格子で形成される第二の部分と
   を有する出発元素を用意し、＠型と出発元素とを相互に
   関係するように置いて出発元素の第一お工び第二の内部
   分をｗａ型のキャビティに露出させ、鋳型のキャビティ
   に湯を注ぐ、という各段階を具備し、前記の６４Ｍのキ
   ャビティに湯を注ぐ段階が出発元素の第一および第二の
   部分を湯と契合させる段階を含み、＠証内で湯を凝固さ
   せる段階を具備し、前記の湯を凝固させる段階が　ｇ−
   の配回を■する単位立方格子で翼の縁部分−力一つを形
   成する為に湯を凝固させ、第二の配向を有する単位立方
   格子で翼の中央部分を形成する為に湯を凝固させるとい
   う各段階を含む翼の―進法。
4. （４）　　前縁部分と、後縁部分と、前記の前縁ならび
   に後縁部分の間に延在し且つ中心軸線を有する中央部分
   とを具備し、各が中央部分の中心軸線に垂直に延在する
   複数の側面と中央部分の中心軸線に平行に延在する複数
   の側面とを有する単位立方格子で前記縁部分の一つか形
   成され、側面の全てカを前記中央部分の中心軸線に対し
   て鋭角をなす方向に延在する単位立方格子で前記中央部
   分力ｉ形成される金楓翼。