JPS5980762A - 高い弾性係数を有する物品及びその製造法 - Google Patents

高い弾性係数を有する物品及びその製造法

Info

Publication number
JPS5980762A
JPS5980762A JP58176123A JP17612383A JPS5980762A JP S5980762 A JPS5980762 A JP S5980762A JP 58176123 A JP58176123 A JP 58176123A JP 17612383 A JP17612383 A JP 17612383A JP S5980762 A JPS5980762 A JP S5980762A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
modulus
elasticity
texture
elastic modulus
deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP58176123A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0373621B2 (ja
Inventor
ジユ−ル・ポインタ−・ウインフリ−
ハ−バ−ト・ア−サ−・ジヨセフ・チン
ト−マス・エドワ−ド・オコ−ネル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RTX Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of JPS5980762A publication Critical patent/JPS5980762A/ja
Publication of JPH0373621B2 publication Critical patent/JPH0373621B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Springs (AREA)

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、高い弾性係数を有する軸及びその製造法に係
る。
動力伝達軸は多くの形式の装置に用いられている。本発
明は特にタービンエンジン軸を対象として開発され、ま
たそれを対象として説明されている。しかし、本発明は
ガスタービンエンジンに制限されるものではない。
一般に、ガスタービンエンジンは中空ケーシングとその
内部に配置された回転軸とを含んでおり、中空ケーシン
グには固定ベーンの列が取f=J #fられており、ま
た回転軸にはディスクが取付けられてa3す、その端に
複数個のブレードが取付けられている。交互に配置され
た固定ブレード及びベーンの列は、まず空気を圧縮し、
次いで先に圧縮された空気により燃料を燃焼′g′るこ
とによりiqられたエネルギを吸収する役割をする。回
転部分と固定部分どの間の間隙を最小に保つことが、こ
のようなエンジンの効率を畠くする上で重要である。タ
ービン軸の機能は、回転のためにディスク及びブレード
を取付け、■エンジンのタービン部分からエンジンの圧
縮機部分へ動力を伝達することCある。高い効率での運
転を可能にするためには、ケースに対してブレードの位
置を正確に保つ必要がある。タービン軸が剛固であり振
れ及び振動か1う自由であることが特に重要である。振
れ及び撮動を生ずる応力は内部のエンジン動作からも航
空機の運動に伴う外部の負荷からも生じ1qる。
通常、タービン軸は合金鋼から製作され、■最大の(固
有)剛性を4りるため中空形態に製作されている。
タービン軸のような物品に生ずる撮れは弾性係数又はヤ
ング率に反比例している。従って、できる限り高い弾性
係数を有する材料を用いることが望ましい。
金属材料は一般に結晶形態を有している。即ち、材料の
個々の原子はそれらの隣接原子に対して予測可能な関係
を有し、この関係が特定の結晶又は結晶粒を通じて繰返
し形態で延びている。ニッケル基超合金は面心立方構造
を右づ−る。このにうな結晶の性質は方向によって著し
く変化する。
大抵の金属物品は数千の個別結晶又は結晶粒を含/υで
おり、そのよ“うな物品の特定の方向に於GJる性質は
物品を栴或する個別結晶の平均方向の反映である。もし
結晶粒又は結晶がランダム方向を有していれば、物品の
性質は等方性であり、1べての方向で等しい。広(仮定
されているけれども、これは希なケースである。何故な
らば、大抵の鋳造及び成形過程は優先結晶方向又は集合
組織を生ずるからである。変形の際、このような優先方
向は幾つかの因子から生ずる。特定方向の結晶は他の結
晶よりも変形に対して強く抵抗する。これらの変形に抵
抗する方向の結晶は変形中に回転ザる傾向を有し、それ
にJ:り優先方向を生ずる。再結晶化の間、優先方向は
優先核生成及び(又は)特定方向の結晶粒の成長から生
ずる。
集合組織化(tOXtured)材料の01究が広範囲
に行われ、幾つかの用途に実際に用いられている。
特に変IE器鋼板のような磁性材料の分野では、集合組
織化により顕著な性能改善が実現されている。
これについては、例えば米国特許第3,219゜496
号明ma及びMetal  Progress 、、 
1953J−J12月、第71〜75頁の論文に記載さ
れている。
強度に変形を受けた金属はしばしば、特に腐食されたと
きに、パ繊維状″マクロ4R造を呈づる。
このような4M Vljは介在物、粒界及び第二相のア
ラインメントから生ずるが、材料の結晶学的組織とは相
関を右さず、本発明と混同されてはならない。
本発明の目的は、特定の種類の材料に応用されたときに
、+11+線方向のヤング率又は弾性係数を25%も増
大させ得る処理過程を提案することである。
本発明の他の目的は、それにより得られる高い弾性係数
を有する軸を提案することである。
本発明によれば、強化第二相と中位ないし高位の積層欠
陥エネルギとを右Jる特定組成のニッケル基台金が、予
め定められた方向に高い弾性係数を有する物品を製造づ
るため、熱間軸対称変形及び冷間軸対称変形の組合せに
より処理される。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は以下の説明及び添
付図面から一層明らかになろう。
本発明は動ツノ伝達軸のような物品に係り、また出発旧
料組成及び処理パラメータの組合せにJ:るこのような
軸の製造法に係る。
本発明の処理と組合せて所要の高い弾性係数を生ずるで
あろう材料の必要条例を正確に記述することは困難であ
る。好ましい材料は実質的な吊(即ち体積百分率で約3
0%以上)のガンマプライム形式の強化相を有するニッ
ケル基台金であると考えられ、ここにガンマプライムは
Ni 3 X形式(Xはアルミニウム、チタン、タンタ
ルなど)の化合物である。また、材料が中位ないし高位
の積層欠陥エネルギを有することが重要である。横層欠
陥エネルギは、材料内部の転位の挙動に影響し且材料の
変形により形成される集合III織に強く影響する材料
性11′cある。
本発明は軸の軸線方向に強い<111>集合組織を形成
づることにより高い剛性を達成する。この集合IIfl
械は出発(4才81の熱間及び冷間軸対称変形の和合廿
により形成される。第1図には、二つの異なる材料の変
形により形成される集合組織への積層欠陥エネルギの影
響が示されている。合金185は、本発明ど組合せて用
いるのに適した合金を代表する高位積層欠陥エネルギ合
金である。図面から解るように、高い押出し比及び高い
温度の相合せにより所望の〈111>集合組織が得られ
る。他方、116として記載されている合金は低位の積
層欠陥エネルギを有し、押出し比及び押出し温度に組合
Vによって必要な特異〈111〉集合組織を生じない。
先に示したように、中位ないし高位の積層欠陥エネルギ
が必要とされる。不都合なことに、積層欠陥エネルギは
、明確に定義された物理的意味を有してはいるが、測定
が困fMであり、測定方法が異なると、同一の材料に対
して積層欠陥エネルギの測定値が異なる。実際、積層欠
陥エネルギを測定するだめの多くの方法は、異なる測定
者により測定されたとき具なる結果を与えることが多い
この理由で、必要な積層欠陥エネルギを数値的に記述す
ることは実際的でない。しかし、積層欠陥エネルギが境
界線エネルギである合金(それよりも高位の積層欠陥エ
ネルギを有する合金でなりれば本発明により所望の結果
を得られないことを示1合金)を記述づることは可能で
ある。従って、当業者はこの合金を製作し、その積層欠
陥エネルギを測定し且任意の所望の合金の積層欠陥エネ
ルギを測定し、比較により意図された合金が必要な積層
欠陥エネルギを有しているが否かを決定することができ
る。この合金は第1表に合金607としで記載されてい
る合金である。第1表には本発明の用途に関係のある種
々の他の合金の組成も示されている。
中位ないし高位の積層欠陥エネルギ、合金6゜7の検層
欠陥1ネルギよりも大ぎい積層欠陥エネルギ、が必要と
されることを示す以外に、約6%以上のモリブデンを含
有Jることが、所望の積層欠陥エネルギを生ずる合金に
必要とされるということができる。6〜18%モリブデ
ン、0〜10%クロム、3〜10%アルミニウム、0〜
10%タングスデン、0〜6%タンタル、0〜6%ニオ
ブの広い組成範囲が本発明に有用な合金を内包するもの
と考えられる。更に、X=2Mo +Ta→−Nll−
1−1.5AIの形式の式が本発明に使用づるための適
性を近似的に予測覆ると考えられ、約40〜約55まで
のこの式の範囲の値を有する合金が一般に所要の積層欠
陥エネルギを有するものと考えられる。
出発合金は粉末又は鋳物の形態であってよい。
最終製品に到達するのに必要な種々の処理過程が第2図
に示されている。もし材料が粉末形態であれば、最初の
過程は粉末を脱気された変形可能な金属容器の中に置く
ことである。しかし、鋳造材料で出発する場合には、こ
の過程は不必要である。
次の過程は、所望の特異<111>集合組織を形成づる
ような温度及び変形徂で軸対称に材料を変形することで
ある。もし出発材料が粉末形態であれば、変形により粉
末は固形体に固められ且接着される。ここで軸対称変形
という用語は、成る軸線の周りに対称な変形過程を意味
している。例えば、押出し、引抜ぎ及びスェージングが
一般的な軸対称の変形過程である。変形がその周りに行
われる軸線は〈111〉集合組織がそれに沿って形成さ
れるべき軸線に一致している。
再び第1図を参照すると、合金185の挙動は、本発明
が応用可能な合金の挙動を代表しており、カンマプライ
ムソルバスに近く但しそれよりも低い温度での変形が必
要どされ、また押出し比の増大が更にガンマプライムソ
ルバス温度以下での作動をYt L、、しかも所望の<
i”+i>集合組織を形成する。10:1を越える全押
出し比、好ましくは15:1を越える押出し比が強い<
111)集合組織を形成するために必要であると考えら
れる(ここで出発材料は粉末であり、一層高い押出し・
比がりrましい)。
変形の最初の過程は、特異<111>集合組織を形成づ
るべく設計された熱間変形過程である。
第二の過程は、その<111>集合組織を強化する冷間
変形過程である。再び、冷間変形過程は軸対称作動(押
出し、スェージング又は引抜き)であり、約500下(
260℃)以下で行われる。
冷間変形過程で必要とされる変形の母は横断面積に30
%又はそれ以上の減少を生じさせる変形量と等価である
。その結果前られる物品は、非集合11#iIi化材料
で観察されるであろう<111>集合組織の少なくも5
倍の軸線方向の<111>集合組織の強さを有する。
第3図には、本質的にランダム組織を生ずる仕方で処理
された合金185に対する曲線に沿って本発明に従って
処理された合金103及び185のヤング率(本発明に
対するMvAを11足する)が示されている。比較のた
めに、一般に用いられる鋼軸材料であるPWA 733
の弾性係数を示す曲線も示されている。図面から解るよ
うに、約60O下(316℃)までの温度範囲に亙っで
、本発明に従って処理された集合組織化材料は公知の材
わI及び非集合組織化材1r11に比べてA7ング率の
実質的な改善を示している。
軸線方向の<111>集合組織の強化は他の材料特性、
例えば材料の剪断特性に不利な影響を与えることが考え
られる。第4図には、再び公知の1) W△733鉄基
祠料と比較して、集合IIji化合金185の横弾性係
数が示されている。図面から解るJ:うに、約600下
(316℃)までの温度範囲に亙っで、集合[l糊化材
料が優れた横弾性係数を示し、また横弾性係数の優秀さ
は温度の上昇と共に増している。
回転機械に応用J′る場合、多くの材料性質の種類はそ
の密度により影響される。種々の材料の性質を比較する
ため、密度で除算することにより性質を正規化するのが
普通である。第5図には公知の1)WA733並びに1
85及び103合金の相対的密度が示されており、この
図面から解るように、合金185及び103は公知の鉄
基材料にりち密度が高い。しかし、室温若しくは550
下(288°C)に於ける弾性係数を密度で除算すれば
、密度で正規化さ−れた弾性係数に対して本発明の合金
は少なくとも10%良好であることが解り、また幾つか
の条件下では約23%までの改善が1qられる。
これまでの図面に示された材料特性に加えて、実験によ
れば、本発明の合金185のような合金は公知の材料と
比べて疲労特性の点で実質的な改善を示すこと、軸受を
製作するのに用いられる鋼材料の熱膨張係数と正確に一
致する熱膨張係数を右づること、従って広い温度範囲に
亙って軸受の嵌合及び性能が1ull害されないこと、
また材料が使用瀉1食範囲にガって良好な引張強度を有
することが示されている。
従って、本発明は、ランダムに方向付けられた材料に比
べて少なくとも5倍の軸線方向<111>集合組織を有
づ°る結果として軸線方向に高い弾性係数を有する軸を
形成するように特定のスケジュールに従って処理され得
る材料のクラスを含んでいる。
本発明をその詳細な実施例について図示し説明してきた
が、本発明の範囲内でその形態及び相部に種々の変更が
可能であることは当業者により理解されよう。
〉            2 ’QLI”’       LL
【図面の簡単な説明】
第1A図及び第1B図は異なる検層欠陥エネルギを有す
る二つの材料に対して変形量及び変形温度の関数として
集合組織を示づ図である。 第2図は本発明の二つの実施例に対重る過程を説明する
処理フローチャートである。 第3図は本発明に従って処理された典型的な材料と公知
の月利とに対してA7ング率と温度どの関係を示づ図で
る。 第4図は本発明に従って処理された典型的な材料ど公知
の材料とに対して横弾性係数と温度どの関係を示す図で
ある。 第5図は本発明による典型的な材料の密度と、本発明に
従って処理された材料と公知の材料とに対づる密度で正
規化された弾性係数とを示す図である。 特許出願人  ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代  理  人   弁  理  士   明  石 
 昌  毅FIG、 IA          令衾 
、85F/G、5 戸d pwA733

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高い弾性係数を有する物品に於て、容積百分率で
    約30%以上のN1aX形式の強化相を含んでおり中位
    ないし高位の検層欠陥エネルギを有するニッケル基合金
    からなっており、特定の軸線に沿って少なくとも5Xラ
    ンダムである<111>集合41g織と同一の軸線に沿
    って高い弾性係数とを有づることを特徴どする高い弾性
    係数を有する物品。
  2. (2)特定の軸線に沿って高い弾性係数を有する物品の
    製造法に於て、出発材料として中位ないし高位の検層欠
    陥エネルギを有し且容積自分率で少なくとも約30%の
    NfaX形式の相を含んでいるニッケル基合金を用意す
    る過程と、高い弾性係数が望まれる軸線に沿って特異<
    111>集合組織を形成するべく前記軸線に沿って軸対
    称に前記材料を熱間変形する過程と、高い弾性係数が望
    まれる前記軸線の周りに軸対称に前記材料を冷間変形す
    る過程とを含んでおり、それによって〈111〉集合組
    織が少なくとも5Xランダムに強化され、且前記所望の
    軸線に沿って高められた弾性係数が得られることを特徴
    と1−る高い弾性係数を有づる物品の製造法。
JP58176123A 1982-09-22 1983-09-22 高い弾性係数を有する物品及びその製造法 Granted JPS5980762A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US421673 1982-09-22
US06/421,673 US4481047A (en) 1982-09-22 1982-09-22 High modulus shafts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5980762A true JPS5980762A (ja) 1984-05-10
JPH0373621B2 JPH0373621B2 (ja) 1991-11-22

Family

ID=23671551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58176123A Granted JPS5980762A (ja) 1982-09-22 1983-09-22 高い弾性係数を有する物品及びその製造法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4481047A (ja)
JP (1) JPS5980762A (ja)
CA (1) CA1208924A (ja)
DE (1) DE3334352A1 (ja)
FR (1) FR2533232B1 (ja)
GB (1) GB2129014B (ja)
IL (1) IL69739A0 (ja)
IT (1) IT1168283B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015534602A (ja) * 2012-08-28 2015-12-03 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation 高弾性率シャフトおよびその製造方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4529452A (en) * 1984-07-30 1985-07-16 United Technologies Corporation Process for fabricating multi-alloy components
US4702782A (en) * 1986-11-24 1987-10-27 United Technologies Corporation High modulus shafts
JP2572000B2 (ja) * 1992-12-03 1997-01-16 本田技研工業株式会社 摺動面構成体
US5685797A (en) * 1995-05-17 1997-11-11 United Technologies Corporation Coated planet gear journal bearing and process of making same
US5972289A (en) * 1998-05-07 1999-10-26 Lockheed Martin Energy Research Corporation High strength, thermally stable, oxidation resistant, nickel-based alloy
EP3257963A4 (en) * 2015-02-12 2018-10-17 Hitachi Metals, Ltd. METHOD FOR MANUFACTURING Ni-BASED SUPER-HEAT-RESISTANT ALLOY
EP3719153B1 (en) * 2017-11-29 2024-03-20 Proterial, Ltd. Hot-die ni-based alloy, hot-forging die employing same, and forged-product manufacturing method
EP3772544A4 (en) * 2018-03-06 2021-12-08 Hitachi Metals, Ltd. METHOD OF MANUFACTURING A HIGHLY REFRACTORY NICKEL-BASED ALLOY AND HIGHLY REFRACTORY NICKEL-BASED ALLOY

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2542962A (en) * 1948-07-19 1951-02-20 His Majesty The King In The Ri Nickel aluminum base alloys
US3567526A (en) * 1968-05-01 1971-03-02 United Aircraft Corp Limitation of carbon in single crystal or columnar-grained nickel base superalloys
JPS5124452B2 (ja) * 1972-12-14 1976-07-24
CH599348A5 (ja) * 1975-10-20 1978-05-31 Bbc Brown Boveri & Cie
US3982973A (en) * 1975-12-11 1976-09-28 The International Nickel Company, Inc. Cube textured nickel
US4328045A (en) * 1978-12-26 1982-05-04 United Technologies Corporation Heat treated single crystal articles and process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015534602A (ja) * 2012-08-28 2015-12-03 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation 高弾性率シャフトおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
IT8322957A0 (it) 1983-09-22
GB8323780D0 (en) 1983-10-05
GB2129014B (en) 1986-03-05
IT1168283B (it) 1987-05-20
CA1208924A (en) 1986-08-05
FR2533232A1 (fr) 1984-03-23
FR2533232B1 (fr) 1986-02-21
DE3334352A1 (de) 1984-03-22
DE3334352C2 (ja) 1991-10-24
US4481047A (en) 1984-11-06
IT8322957A1 (it) 1985-03-22
GB2129014A (en) 1984-05-10
JPH0373621B2 (ja) 1991-11-22
IL69739A0 (en) 1983-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007345231C1 (en) Nickel-base alloy for gas turbine applications
US5047091A (en) Nickel based monocrystalline superalloy, method of heat treating said alloy, and parts made therefrom
RU2567759C2 (ru) Суперсплав на основе никеля
US4518442A (en) Method of producing columnar crystal superalloy material with controlled orientation and product
JPS5980762A (ja) 高い弾性係数を有する物品及びその製造法
US9816161B2 (en) Ni-based single crystal superalloy
US20170342527A1 (en) Cobalt-based super alloy
US9051844B2 (en) Heat resistant super alloy and its use
EP0076360A2 (en) Single crystal nickel-base superalloy, article and method for making
US20100047110A1 (en) Ni-base superalloy and gas turbine component using the same
JP3854643B2 (ja) 耐脆化性のステンレス鋼
JPH01165741A (ja) 結晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスク
US4597809A (en) High strength hot corrosion resistant single crystals containing tantalum carbide
US6328827B1 (en) Method of manufacturing sheets made of alloy 718 for the superplastic forming of parts therefrom
JPS58120758A (ja) 高強度ニツケル基超合金物品
US4702782A (en) High modulus shafts
EP0669403A2 (en) Gas turbine blade alloy
US20020129878A1 (en) Cr-base heat resisting alloy
JPH0359973B2 (ja)
JPS6050136A (ja) 一方向凝固用Νi基耐熱合金
JP3590430B2 (ja) 耐熱性に優れたTi合金ディスク
JPH0449001A (ja) 丸鋸
JPH08176710A (ja) タービン静翼とその製造方法
Mackay Orientation dependence of the stress rupture properties of Nickel-base superalloy single crystals
JPS5827325B2 (ja) 振動減衰合金の製造方法