JPS5842703A - ２種以上の粉末合金から一体の粉末合金部品のプレフオ−ムを造る方法 - 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】 ガスタービンロータ等の高負荷構造物や構成部品の場合
、必要とされる特性の範囲は単一の合金で得られるそれ
を越えることが多い。このため２つの部分を溶接、はん
だ付け、拡散接合等で結合させて１つの構成部品とする
ための種種の案が立案及び／又は試みられている。しか
しながら、今までこれらの方法では所望の結合性が得ら
れず、又、２つの部分の接合面付近で性質劣化すること
が多い。

本発明では、相異なる合゛金を粉末状で隣接せしめてか
ら粉末圧密（ｐｏｗｄｅｒ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏ
ｎ）を行なうことによりそれら合金の特性が一体の部品
中に生かされる。粉末圧密としては、高温均衡プレス（
ＨＩＰ）や大気圧圧密（ＣＡＰ）等が用いられる。

本発明の一局面によれば、２種以上の相異なる粉末合金
から一体の粉末合金部品のプレフォーム（ｐｒｅｒｏｒ
ｍ　＞を造る方法は、粉末合金を相互隣接させて圧密し
、圧密段階前又は圧密段階中又は、場合によってはその
後の冶金処理中に、界面領域の粉末合金粒子又は要素に
調整混合又は分散を生じさせることがら成る。

本発明は、又、所望プレフォームの外形に対応する内形
を有する外モールド又はカンに粉末合金を導入し、２種
の相異なる合金をほぼ分割して界面を形成する境界づけ
手段を設けることにより各粉末合釡の大部分をプレフォ
ームの所定部にほぼ境界づけしてがら前記境界づけ手段
をほぼ除去し、前記粉末合金を圧密してプレフォームに
し、圧密段階前又は圧密段階中又は場合によってはその
後の冶金処理中に、界面領域の粉末合金粒子又は要素に
調整混合又は分散を生じさせて、界面合金を造ることが
ら成る、粉末冶金により予合金構成要素のプレフォーム
を造る方法からも成る。

本発明のその他の特徴、目的及び利点は半径流タービン
ホイールに関する以下の記述から更に明らかになるであ
ろう。

第１図及び第２図に示した半径流タービンのプレフォー
ム１０は合金Ｂでできた内ハブ部と合金Ａでできた外ハ
ブ部から成り、これらが界面領域１１で結合されて一体
の部品となっている。

牽３図は同芯状合金部を有する円筒ディスク形状のプレ
フォームを造る方法を概略的に示している。プレフォー
ムの形は外モールド又はカン１２によって予め定められ
、これに粉末合金を充たす。外モールド又はカン１２は
、粉末粒子の酸化防止のため公知の如く真空で又は不活
性ガスを詰めて包囲体１３内に配置する。２種の粉末合
金をほぼ分離の状態にしておくためバスケットの形をし
た境界づけ手段１４を外モールド又はカン１２と同志に
配置する。境界づけ手段１４の内外側にある２つの同芯
状隔室に図示の如く２種の粉末合金を充たす。境界を形
成する境界づけ手段１４は格子又はスクリーン状構造物
であってよく、多孔板から作ることもでき、多孔を有す
る又は有しないジグザグ状の壁、平坦な壁等として形成
できる。境界づけ手段の目的は下記のうちの１つ又は２
つ以上である。

１）２種の合金の大部分を分割すること。

２）　合金界面のマクロ的な形状を定めること。

３）　合金Ａ及びＢの両方と相いれる界面合金から成る
界面領域を形成するよう、界面を形成する境界づけ手段
の両側の界面領域に粉末合金粒子のいくらかの調整混合
を許すこと。このような界面領域は、替わりに、一方の
合金の粒子又は要素を他方に拡散することによって形成
することもできる。

４）（１）　界面合金自体のために必要な、又は＋ｂ＋
　　合金Ａから合金Ｂへ又は合金Ｂから合金へへの拡散
により生ずる合金粒子の 消耗を補うため合金Ａ又はＢのいずれ かに合金粒子又は要素を供給するのに 必要な 合金粒子又は要素源を形成すること。

界面領域を形成するための粉末合金粒子又は要素の調整
混合は、格子又はスクリーン等の形状の境界づけ手段１
４を介し一方の粉末合金を他方へと調整可能に流入させ
ることにより得ることができる。この目的のため、充填
作業を調整して一方の隔室での粉末合金高さの上昇が他
方の隔室でのそれより一定又は可変高さくΔｈ）だけ先
んじるようにすれば、一方から他方への粉末合金流を他
方の隔室の合金高さの上方で起こすことができ、その場
合、制限を加えるのは単に格子自体だけである。Δｈを
決めるのには２種の粉末合金の比重その他の、粉末合金
流の動きに影響する要因を考慮せねばならない。高さΔ
ｈ及び／又は格子による制限を調整することにより一方
の合金から他方の合金への混合聞及び／又は生じる界面
領域の厚みを変えることができる。界面領域厚の変更は
、後工程であるプレフォームの鍛造中に細くなる界面領
域を補償するのに利用できる。一方の粉末合金の一部を
隣接する他方の粉末合金へ調整可能に移すことは別の方
法、例えば境界づけ手段１４を回転させるか境界づけ手
段１４と外モールド又はカン１２を回転させて遠心力を
利用することにより、達成することもできる。又、替わ
りに、撹拌を用いてもよい。粉末粒子を移動させなくと
も中間領域は形成できる。これは圧密段階前又は圧密段
階中又は場合によっては後の冶金処理中に境界づけ手段
を除去することにより拡散を生じさせて達成することが
できる。

第４図に示すジグザグ状の境界づけ手段１４では拡散の
みにより相当の界面領域が形成される。

境界づけ手段１４は、その材料を溶融又は分解させ、溶
融又は分解された材料を抽出及び／又は蒸発させること
により除去してもよいし、境界づけ手段１４の材料を合
金Ａ又はＢの一方又は両方又は界面合金に組入れてもよ
い。

第５図に示すように、最良の最終外形及び界面形状を与
えるため境界づけ手段１４と外モールド又はカン１２と
を相異なる形状にしてもよい。

高温均衡プレス等により粉末合金を圧密した後、超プラ
スチツク鍛造又は高温ダイス鍛造することによりほぼ最
終形状に近いものとすることができる。このようにして
できたタービンホイール未完成品が熱処理及び最終機械
加工を受けることになる。高温均衡プレスを用いること
により単に圧密だけでなくほぼ最終形状へのプレフォー
ム成形をも行なうことができる。

上述した方法によれば固体部品の拡散接合に伴なう多く
の不確定要因のない堅固な一体構造物を造ることができ
る。又、粉末合金の圧密後、界面合金は合金Ａ、Ｂの中
間の膨張係数等を有する２合金の中間領域となる。プレ
ス及び／又は鍛造作業を更に行なうことにより第６図に
例示として示したように機械加工前の最終寸法となる。

第６図において、参照番号１１は鍛造前の界面、１５は
鍛造後の界面、１６はプレフォームの外側輪郭、１７は
最終のタービンホイールの外側輪郭、１６′はタービン
ホイールの羽根とハブ部との間の輪郭を示す。最終部品
において所望の界面形状１５となるようなプレフォーム
１０の界面形状１１を決めるためには試行錯誤法を用い
ねばならない。界面合金は合金Ａ、Ｂの中間の性質を有
する。従って、２種の合金間にははっきりした「結合線
」はない。

本発明によるプレフォームは３種以上の合金と２つ以上
の境界づけ手段１４を用いて造ることもできる。又、バ
スケット状の境界づけ手段１４に粉末合金を予め充たし
てから境界づけ手段１４を外モールド又はカン１２に挿
入することもできる。これを示したのが第７図であって
、粉末合金Ｂを予め充たした境界づけ手段１４′　と粉
末合金Ｃを予め充たした境界づけ手段１４″とを外モー
ルド又はカン１２に置いてから２つの境界づけ手段間の
スペースに粉末合金Ａを充たす。この例の場合、境界づ
け手段は内部気密シール１８を有する。内部気密シール
１８は圧密の作業湿度にさらされたとき又はその他の影
響により容易に分解されて抽出、又は境界づけ手段両側
の粉末合金に吸収されることができる。

第７図の例では、粉末合金Ｃは＾温での耐腐蝕性・耐摩
耗性“に優れた合金であってよく、極限引張強さは合金
Δ、Ｂ程でなくてよい。合金Ｂは最高の極限引張強さを
有する合金である。

合金Ａの性質は合金ＢとＣの中間である。

本発明の方法によれば、不充分で信頼性の低い結合によ
る失敗の虞れのなく超高温・超速度で作動できる能力を
タービンに与えることができる。又、本発明の方法によ
れば、タービンの構造的特性を最良とするために界面形
状をいろいろ選択することができる。

水明ＩＢ！においては、「合金」なる詔は、少なくとも
１つが金属である２つ以上の化学的要素から成り圧密等
の粉末冶金処理法を受【プることができる固体合成物を
指すものとする。従って、金属元素の混合物のみならず
金属カーバイトやセラミック材等の合成物も本明細書で
使われている「合金」の範噴に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は半径流タービンホイールのブレフオームの一部
の軸方向断面図、第２図は第１図のＴＩ−ＩＩ線断面図
、第３図は同志合金部を有するディスク形状のプレフォ
ームの製造において外モールド又はカンに粉末合金を導
入するｌｉｔを示す概略断面図、第４図はジグザグ形状
の界面を形成する境界づけ手段を含む外モールド又はカ
ンの一部の断面図、第５図は非円筒形の境界づけ手段を
含む外モールド又はカンの縦断面図、第６図は第１図で
示したタイプのプレフォームからタービンホイールを造
る際の外形と界面の典型的な変化を示す概略図、第７図
は３種の粉末合金から成るプレフォームの概略断面図で
ある。 １０・・・プレフォーム、１１・・・界面領域、１２・
・・外モールド又はカン、１４．１４’　、　１４″・
・・境界づけ手段、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・粉末合金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　粉末合金を相互隣接させて圧密し、圧密段階前又
   は圧密段階中又は場合によってはその後の冶金処理中に
   、界面領域の粉末合金粒子又は要素に調整混合又は拡散
   を生じさせることを特徴とする、２種以上の粉末合金か
   ら一体の粉末合金部品のプレフォームを造る方法。 ２）　所望プレフォームの外形に対応する内形を有する
   外モールド又はカンに粉末合金を導入し、２種の相異な
   る合金をほぼ分割して界面を形成する境界づけ手段を設
   けることにより各粉末合金の大部分をプレフォームの所
   定部にほぼ境界づけしてから前記境界づけ手段をほぼ除
   去し、粉末合金を圧密してプレフォームにし、圧密段階
   前又は圧密段階中又は場合によ・ではその後の冶金処理
   中に、界面領−の粉末合金粒子又は要素の調整混合又は
   拡散を生１じさせて界面合金を造ることを特徴とす一方
   を造る方法。 ３）　境界づけ手段の材料が境界づけ手段によっで作ら
   れる界面に隣接する合金の一方又は両番 方であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   ２種以上の粉末合金から一体の粉末合金部品のプレフォ
   ームを造る方法。 ４）　境界づけ手段によって作られる界面の両側の合金
   と相いれる界面合金にするよう、一方の合金の一部が他
   方の合金内へと調整可能に移ることを境界づけ手段が許
   すことを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記
   載の２種以上の粉末合金から一体の粉末合金部品のプレ
   フォームを造る方法。 ５）　境界づけ手段が格子又はスクリーン構造を有し、
   境界づけ手段の一側に粉末合金粒子がない場合境界づけ
   手段の他側の粉末合金粒子の一部が前記格子又はスクリ
   ーン構造を介し調整可能に流入することを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の２種以上の粉末合金から一体
   の粉末合金部品のプレフォームを造る方法。 ６）　圧密段階前又は圧密段階中、境界づけ手段は一方
   の゛合金の一部が他方の合金へと拡散するのを許すこと
   を特徴とする特許請求の範囲第４項又は第５項記載の２
   種以上の粉末合金から一体の粉末合金部品のプレフォー
   ムを造る方法。 ７）　境界づけ手段が境界づけ手段の全体形状に対し多
   数の突出及び／又はくぼみを有する界面を限定し、粉末
   合金粒子の界面通過なしに結合界面領域を形成するよう
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第
   ６項のいずれか記載の２種以上の粉末合金から一体の粉
   末合金部品のプレフォームを造る方法。 ８）　境界づけ手段の挿入された外モールド又はカンの
   一方側に一方の粉末合金を予め充たしてから外モールド
   又はカンの他方側に別の粉末合金を充たすことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項乃至第７項のいずれか記載の
   ２種以上の粉末合金から一体の粉末合金部品のプレフォ
   ームを造る方法。