JPS60244489A - 超合金より成る部材要素を拡散接合法により結合する方法 - Google Patents

超合金より成る部材要素を拡散接合法により結合する方法

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JPS60244489A
JPS60244489A JP60032973A JP3297385A JPS60244489A JP S60244489 A JPS60244489 A JP S60244489A JP 60032973 A JP60032973 A JP 60032973A JP 3297385 A JP3297385 A JP 3297385A JP S60244489 A JPS60244489 A JP S60244489A
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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】 産業上の利用分野 本発明は、超合金より成る部材要素を拡散接合法により
、その場合結合すべき部材面を処理しかつ真空または保
護ガス雰囲気下に高められた温度で圧縮し結合する方法
に関する。
従来の技術 高耐熱材料よシ成る部材の結合法では、拡散を利用する
溶接−および接合法が抜群の地位を占める。添加剤なし
の拡散接合は、結合すべき材料の固相線以下で圧縮溶接
する方法が公知である( R,ブルーネタウド(Bru
netaud ) 、 D、 =+−トンラデイス(C
outsouradis ) r T、 B、ギヂ明細
書のi>書(内容に変更なし) 7ス(Gibbons ) 、 Y、リンドブoA(L
ind−blom)、D、B、ミ トークo7 ト(M
eadowcroft )、 Roy、テイツクラ−(
5tickler )による” )S イ@テンベレー
チャー・アロイズ・フォー・ガスタービンズ(High
 Temperature Al toys for 
Ga5Turbines”)、とくに1043−105
0頁の“ディヒユージョン・ゼンディング・オシ・スー
、e−アロイズ・フォー・ガスタービンズ(Diffu
sion Bondir+g of 5uperal 
toys forGas Turbines”):19
82年、D、ライデル・、e フリシング・カンパニー
(D、 Re1delPubl ishing Com
pany ) 、オシy 7国1ルトレヒ) 在(Do
rdrecht 、 Hol 1and ) / 米国
デストン在(Boston 、U、S、 A+) 、英
国ロンドン在(London 、 England )
発行〕。また他方で、添加剤を1つまだはそれ以上の中
間層の形で使用する類似種類の結合法が提案されている
〔1981年9月21/22日エツ(! 7(Es5e
n )における国際コロキウム“′ハルト−ラント・ホ
ツホテンペラトウアレーテン・ラント・ディヒユー明細
書の浄書(内容に変更なし) ジオンスシュパイセン”(International
esKolloquim″Hart −und Hoc
htemperatur 16tenund Diff
usionsschweissen”)に関するOVS
べ+) ヒ) (DVS−Bericht ) 69の
/−7ノ・プレニングホ7 (Hanno Brenn
inghoff )による″デイヒューシオンスシュパ
イセン、フエルファーレン、アンヴエンドウンゲン、ヴ
エルクシュトツフエ、フリューフェン”(Diffus
ionsschweissen 、 Verfahre
n 。
Anwendungen 、 Werkstoffe 
、 Pr1jfen ” ) 、 f ヒニツシエ・ル
ントシャウ(Technische Rundscha
u)第5号(1982年2月2日)に再版〕。
損傷または損耗した、超合金より成るタービンブレード
を修理するだめ、常用の溶接法(エレクトロスラブ溶接
)を使用した際の大きい費用および危険性を考慮し、相
応する硬占う法が提案されかつ開発された〔前記引用の
刊行物°゛ハイテンペレーチャー・アロイズ・フォー・
ガスタービンズ(1982年)、なかんずく931〜9
54頁の”ブレード・リペア・アンド・リ カッ々 リ
 − ” (” Blade Repair and 
Recovery”)明細書の浄書(内容に変更なし) の章、とくに945〜950頁の゛1リイア・ブレーシ
ング・オプ・スー7e−アロイ・ガスタービン・コンポ
ーネ77 ’ (” Repair Brazing 
of 5uper −al toy Gas Turb
ine Components”)参照〕。
従来の拡散接合の場合、部材要素の結合すべき面が、極
めて正確に加工されかつ一般にフラットな面であるべき
必要がある。この場合にだけ1体柱状の結果が保証され
、その場合中間ゾーンが回避され、かつ後続の熱処理(
例えば粗粒化加熱(Grobkorogluhung)
 )に全部材断面にわたる成果が保証されることができ
る。従ってこの方法は、費用および時間がかかり、かつ
設計者に制限された自由度の部材設計を許容するにすぎ
ない。他方で硬呂う付けに際し、不断に、その組織が基
材の組織と異なる中間ゾーンが生じる。さらに、これら
遷移−および中間層中に、その組織形成上音ての不オリ
な結果を生じる気泡形成の惧れがある。従って、1体柱
状の製品が得られない。
発明が解決しようとする問題点 前述の難点をできるだけ十分に克服するため、公矧の方
法を改善することが極めて必要である。
本発明の根底をな′1″課題は、拡散接合法をベースと
し、結合すべき部材面のわずρ・な許容差並びにそれぞ
れの多孔化性中間ノーの回避下に時間節減され、1体柱
状の製品が得られ、かつと(に超合金、とりわけ分散硬
化ニッケA・ベース合金に適当である方法を得ることで
ある。
問題点を解決するための手段 この課題は、特許請求の範囲第1項の上意概念記載の方
法において、結合すべき部材面間に、その組成が結合す
べき部材要素の組成と同じかまたは類似する粉末より成
る層を装入し、かつ結合すべき部材要素を、加工速度に
=1〜5に相応するように相互に圧縮し、かつこの方法
で形成された部材全体に、0.5〜4時間にわたり、熱
処理をアルゴン雰囲気下に1150〜1280℃の範囲
内の温度で施こし、その場合kが下式: 但しA〇−加工前の部材の前面積 Af−加工後の部材の断1i[積 in =自然対数 を一時間(秒) により制限されることを特徴とする方法により解決され
る。
実施例 以下に、本発明を図面実施例につき詳説する第1図は、
部材の、平らな接合面の使用下の接合を示す側面図であ
る。1は、高耐熱合金A(例えば分散硬化ニッケルベー
ス超合金)より成る部材要素である。部材要素1の横断
面は、円形、正方形、矩形等であることができる。本発
明の場合、一般に円筒形の部材要素1が試験された。2
は、中間層を形成する、同じ高耐熱合金Aより成る粉末
であり、有利に粒径5o〜250μmを有する。層厚を
特定する、部材要素1の距離dは、有利に1〜2朋であ
る。
第2図は、部材の、平らな接合面の使用下の接合を示す
@面図であり、その場合これら部材が櫨々の組成を有す
る。1は、高耐熱合金A(例えば分散硬化ニッケルベー
ス超合金)より成る部材要素を表わすとともに、2は、
他の高耐熱合金B(例えば、さもなければ合金Aと同じ
かまたは嬬似の組成を有する非分散硬化形のニッケルベ
ース超合金)より成る部材要素を表わす。4は、その組
成が有オUに任意に合金Aおよび合金8間にある合金A
 / Bより成る粉末であるか、または相応する粉末混
合物である。部材要素1および3の距離d並びに粉末4
0粒径は、第1図につき記載せるものに類似する。
第6図は、2つの部材要素の接合を示す縦断面図であり
、その場合溝形成された接合面が使用される。1および
4は、第2図中の記号に正確に相応する。この場合、高
IIIIt熱合金Bより成る部材要素3は、その接合面
に三角形の溝5が設けられている。有利に、相応する溝
の深さBは約D−25mmが選択される。またこれらの
溝は、三角形断面と異なるものであってもよい。溝の距
離は制限されず、かつ状態に応じ者るしく広い範囲内で
変動されることができる。
第4図は、部材要素の1方が凸形接合面、他形 方が凹接合面を有する部材の接合を示す縦断面図である
。合金Aより成る部材要素1は、これが円筒体の場合例
えば有利に完全な円錐と1−て形成された凸形の接合面
6を有する。傾斜角αは、部材要素1の長手@に直角な
平面に対する勾配を表わし、かつ有利に約200である
(円錐の全開先角= 140’)。合金Bより成る部材
要素3は、この場合円錐孔として形成された凹形の接合
面7を有する。この場合明白に、図示せざる傾斜角は部
材要素1と同じである。他の全ての記号は、第1図ない
しは第2図中の記号に相応する。
例 1 : 第1図および第6図参照。
微粉末状の酸化物分散硬化ニッケルベース超合金(商標
名″MA6000”、インコ社(Inco ) 製)か
ら、直径11mmおよび高さ16tIIのそれぞれ2つ
の円面体を製造した。第6図により、1方の部材要素の
接合面に、深さ0.25wrxの3つの環状溝5を設け
た。合金は以下の組成を有した: Ni = 69 重量% Cr = 15 重量% W = 4.0 劃I Mo = 2.0 重二破饅 Al = 4.5 M量チ Ti = 2.5 劃O Ta = 2.0 重量% C= 0.05 植O B −[J、01 劃I Zr = 0−15 N量% Y2O3= 1.1 重f% 溝5が設けられた部材要素へ、同じ合金より成る1、5
朋厚の粉末層を施こした。粒径は、50〜250μm 
0)植々の値を有した。その後に、平らな接合面を有す
る部材要素を同心に載置し、かつこの全体をアルゴン雰
囲気下にゾ7ス中で950℃に加熱した。拡散接合工程
を、以下の粂件下に熱圧することにより続行した:圧縮
温度 : 950℃ 加工速度E : 3 X 1Q−1s−1変形率 E:
0.15 この場合、以下のように制限した: Af=*胤後の部材の1片面積 1n= 自然対数 t=待時間秒) 次いで、接合が完了し、差当り微粒子状で存在する部材
に、引続き粗粒化加熱の形の熱処理を、1265℃で1
時間にわたりアルゴン雰囲気下に施こした。出来上った
部材力)も試験片な製造し、かつia械的強度値を至温
で測定した。
測定された引張り強さは589 MPaであった。
例 2 同じニッケルベース超合′金(商標名:MA(50DD
)から、例1に記載せると正確に同じ方法で部材要素を
與造し、かつ拡散接合法IFより相互に結合した。この
場合の条件は以下の通りであった: 圧縮温度 : I D OO°C 加工速度E : 3 X 1Q−1s−1変形率 E 
: 0.15 後続熱処理:1265°O/2時間/アルゴン室温で測
定した引張り強さは652MPaであった。
例 6 例1と類似に、2植のわず〃)に異なるニッケルベース
超合金から、第6図によるそれぞれ1つの部材要素ヲ製
造した。これら超合金は商標名二″lN939”および
’MA6000”を有し、その場合前者が鋳造法で、後
者が粉末冶金法で製造され、かつ熱加工された状態並び
に■焼粉末の状態であった。合金” lN939”は以
下の組成を有した: C= 0.15 重量% Cr = 22.6 重量% Co = 19.1 重量% Mo = 0.05 重量% W = 2.0 重量% Ta = 1.0 重量饅 Nb = 1.i 重量% Al = 1.9 重量% Ti = 3.7 重量% Zr = 0.1 重量% Ni = 残分 粉末として、合金”lN936’”による組成の、粒径
50〜250μmを有するものを使用した。圧縮−およ
び熱処理条件は以下の通りであった: 圧縮温度 : 1ooo℃ 加工速度E 73X10−1s−1 変形率 E:0.15 後続の熱処理: 1180°C/10分/アルゴン+1
160’(3/4時間/アルゴン+ 850°C/24時間/アルゴン 室温における引張り強さは596 MPaであつた。
例 4 例1と類似に、商標名″MA6000”合金の微粉末状
材料から2つの部材要素を製造しかつ拡散接合法により
相互に結合した。粉末として、以下の混合物を使用した
: 粒径50〜25oμmを有する’MA6000”合金8
0重を俤 粒径1〜9μmを有するニッケルカルボニル粉末20A
m% 操作条件は以下の通りであった: 圧縮温度 :1ooo℃ 加工速度E : 3XiQ−1s−1 変形率 E:o、is 後続の熱処理: 1265”O/2時間/アルゴン室温
で測定した引張り強さは6 D 3 MPaであった。
例 5 第1図および第り図℃照。
例2により、2つの部材要素を相互に結合させた、その
場合操作条件は例2に正確に相応するが、これら部材要
素は第4図の形を有した:これら接合面は円錐形であり
かつ傾斜角α=20°を有した(円錐の全開先角−14
0°)。この結合の室温における引張り強さは739 
MPaであった。
例 6 第4図に相応する円錐形を有する、″’MA6ooo’
合金(粉末状)より成る部材要素と”lN939”合金
より成る部材要素とを、例6による方法により結合させ
た。試験片の引張り強さは、6 [J D ℃の温度で
698 MPaであった例 7 例6と類似に、商標名”lN738″および’MA60
DO”の2棟のニッケルベース超合金から、第4図によ
るそれぞれ1つの部材要素を製造した。”lN738”
合金は、鋳造された状態でありかつ以下の組成を有した
二〇 = 0.17 重量% Cr = 17.0 重量% Co = 8.5 重量係 Mo = i、7 重量% W = 2.6 重i% Ta = 1.7 重量膚 Nb = 3.9 重猜饅 Al = 3.4 重量% Ti = 2..4 重量係 Zr = 0.1 重量% Ni = 残分 熱圧縮に使用した粉末は、その組成が7IN768”合
金に相応しかっ粒径5o〜25D#を有した。熱処理を
除(操作条件は、例6の場合と同じであった。熱処理は
以下のように実施した: 1180℃/10分/アルゴン+ 1120°C/2時間/アルゴン+ 850℃/24時間/アルゴン 試験片の引張’) 5!i g ハ、60(J”Oで5
55MPaであった。
本発明は、前述の実施例に制限されない。
加工速度には、結合および加工丁べきゾーンの相応する
変形率E O,10〜0.20の値が得られる1〜5 
X 10−1 p−xを目標として調節されればよい。
拡散−接合工程は、真空下でも保護ガス、一般にアルゴ
ン下でも950〜1000°Cめ温度で実施されること
ができる。同じことが全部材の後続熱処理にも該当し、
これは有利に0.5〜4時間にわたり1150〜128
0’Uの温度で実施される。この場合、熱処理はまた段
階的に種々の段階温度で行なわれてもよい(例6参照)
。結合すべき部材面の片方または両方が粗面化されてよ
(、その場合粗さは、面に垂直圧測定し50〜500μ
m(部材の寸法に相応)であればよい。有利に粗面化は
、深さ100〜250μm、巾100〜400μmおよ
び平均距離250〜2008μmの同心のまたは平行な
溝を形成する除に行なわオtてもよい。有利に、結合す
べき部材面は、長手軸ないしは圧縮方向(プレスの主軸
ンに垂筐な面(主面)が傾斜されかつ傾斜角αが15〜
30°であればよい。このことは、■形ないしは円錐形
の部材面を生じ、これが結合すべきゾーンの形成に極め
て有利に作用する、それというのも接触面中に配置され
た応力成分が材料の緊密な混捏を惹起し、これが拡散を
改!!するからである。
この方法が、実施例に記載された材料以外の、分散相を
有するかまたは有せざる材料にも使用されうることは明
白である。しかしながら主たる用途が、高耐熱合金、殊
にニッケルーおよびコバルトベースの超合金の用途であ
る。
効果 本発明による方法の利点は以下の諸点であるーせまい部
材要素許容差を必要とせず、それにより加工費が節減さ
れる。
−しばしば硬毛モーおよび他の溶接法の場合が該当する
ような結合ゾーン中の気泡形成がな〜1゜ 一時間が節減され、製造作業員の負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明による方法のそれぞれ1実
施例を略示する側面図、並びに第3図および第4図は、
それぞれ本発明のさらに他の1実施例を略示する縦断面
図である。 1.3・・・部材要素、2,4・・・粉末、5・・・溝
、6・・・凸形接合面、1・・・凹形接合面、d・・・
層厚、S・・・111にの深さ、α・・・傾斜角手続補
正書(方式) 昭和60年6月ノ?日 特許庁長官殿 1・事件の表示 昭和60年特許願第32973号2、
発明の名称 超合金より成る部材要素を拡散接合法により結合する方
法 3、補正をする者 事件との関係特許出願人 4、代理人 6、補正の対象

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 超合金より成る部材要素(1,3)を拡散接合法
    により、その場合結合すべき部材面を処理しかつ真空ま
    たは保護がス雰囲気下に高められた温度で圧縮し結合す
    るに当り、結合すべき部材面間に、その組成が請合丁べ
    き部材要素(1,3)の組成と同じかまたは類似する粉
    末(2,4)より成る層を形成し、かつ結合すべき部材
    要素(1,3)を、1〜5X 10−1s−1の加工速
    度tで温度950〜1000℃で、加工ゾーン中の総圧
    縮率が0.10〜0.20の変形率EK相応するように
    相互に圧縮1−2、かつこの方法で形成された部材全体
    に、0.5〜4時間にわたり、熱処理をアルゴン雰囲気
    下に1150〜1280℃の範囲内の温度で施こし、そ
    の場合tが下式:但しAo =加工前の部材の断面積 Af =加工後の部材の断面積 In =自然対数 を一時間(秒) により制限されることを特徴とする超合金より成る部材
    要素乞拡散接合法により結合する方法。 2、粉末(2,4)が粒径50〜250μmを有し、か
    つそれにより形成された層が厚さく+1)1〜2順を有
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超合
    金より成る部材要素を拡散接合法により結合する方法。 6、粉末(2)のその組成が、結合すべき部材要素(1
    )の組成に正確に相応することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の超合金より成る部材要素を拡散接合法
    により結合する方法。 4、 部材要素(1,3)の少(とも1方の結合すべき
    部材面を、拡散接合工程前に、面に垂直に測定した粗さ
    が50〜500μmであるような状態に粗面化すること
    乞特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の超合金より
    成る部材要素を拡散接合法により結合する方法。 5、 部材面に、深さ100〜250μm、巾100〜
    400μmおよび平均距離250〜2000μmの溝(
    5)が設けられることン特徴とする、特許請求の範囲第
    4項記載の超合金より成る部材g索を拡散接合法により
    結合する方法。 6、 部材要素(1,3)の結合すべき部材面が、長手
    軸および圧縮方向に垂1区な面に対し傾斜角(α)15
    〜30’をとることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の超合金より成る部材要素を拡散接合法により結合
    する方法。 Z 部材面が、全開先角度140°に相応する傾斜角(
    α)20°を有する円錐面であることを特徴とする特許
    請求の範囲第6項記載の超合金より成る部材要素を拡散
    接合法により結合する方法。 8、 部材要素(1)を圧縮する際に適用される温度が
    1000℃であり、かつ部材要素(1)が、酸化物分散
    硬化ニッケルベース超合金より成りかつ以下の組成: N1=69 重貸裂 Cr=15 重量% W=4.0 嵐量係 Mo = 2.0 重′j1% Al −4,5重量饅 T1= 2.5 xi% Ta = 2.0 重fkel C−0,05重量% B = 0.01 重t% Zr = 0.15 重瀘チ Yaks= 1.1 重量% を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    超合金より成る部材要素を拡散接合法により結合する方
    法。 9 組成: Ni = 69 重量係 Cr = i5 重量% W = 4.0 重量% Mo −2−D 重量饅 Al = 4.5 重量係 Ti = 2,5 重fit% Ta = 2.0 重量% c = 0.05 重t% B = 0.01 重量% Zr = 0.15 重量% Y2O3= 1.1 創i の酸化物分散硬化ニッケルベース超合金より成る部材要
    素(1)と、組成二 C= 0.15 ffi!% Or = 22−6 重量% co = 19−1 重量係 MO= []、05 重量係 W = 2.0 重量嘱 Ta−1,Q 重量% Nl) =1.i 重量% At −1,9重量% Ti = 5.7 重量% Zr = Q、i 重i:% Ni = 残分 の非分散硬化形の鋳造ニッケルベース超合金より成る部
    材要素(3)とを結合させ、その場合粉末(4)として
    この非分散硬化形合金の組成に相応するものを使用する
    ことを特徴とする特ff請求の範囲第1項記載の超合金
    より成る部材要素を拡散接合法により結合する方法。 10、組成: Ni = 69 重量膚 Cr = 15 重黛チ W = 4.0 重童チ Mo = 2.0 重量% Al −4,5重量% Ti = 2.5 重量% Ta = 2.0 重量係 C= 0.05 重量% B = O,C11重量% Zr = 0.15 重量% Y20. = 1.1 重41% の酸化物分散硬化ニッケルベース超合金より成る部材要
    素(1)と、組成: C= 0.17 重量% Or = 17.0 重量% Co = 8.5 重量% MO=1.7 創0 W=2.6 重量% Ta = i、7 重量% Nb=3.9 重量% A1=3.4 重量係 ’I’i=3.4 重量% Zr = Q、1 重量% 明細書の浄書(内容1ζ変更なし) Ni −残分 の非分散硬化形の鋳造超合金とを結合させ、その場合粉
    末(4)としてこの非分散硬化形合金の組成に相応する
    ものを使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の超合金より成る部材要素を拡散接合法により結合
    する方法。
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