KR20060041969A

KR20060041969A - 고진동 운전용 고탄성률 금속제 부품

Info

Publication number: KR20060041969A
Application number: KR1020050012517A
Authority: KR
Inventors: 딜립 엠. 샤; 알렌 디. 세텔; 알렌 더블유. 스토너; 윌리엄 피. 알렌
Original assignee: 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-05-12
Also published as: SG114762A1; EP1571297A2; US20050196268A1; US7871247B2; EP1571297A3; US20090297359A1; US7338259B2; EP1571297B1; JP2005248955A

Abstract

항공기 엔진 터빈 블레이드와 같은 고탄성률 부품은 터빈 블레이드의 1차, 즉 방사상 방향과 일치하게 맞춰진 고탄성률 결정학적 배향을 지니는 기본 금속으로부터 성형된다. 기본 금속은 Ni, Fe, Ti, Co, Al, Nb, 또는 Mo계 합금이다. 기본금속의 고탄성률 방향의 1차 방향으로의 정렬은 고 사이클 피로수명을 연장시킨다.

고탄성률 부품, 터빈 블레이드, 결정학적 배향, 이방성, 등방형, 단결정

Description

고진동 운전용 고탄성률 금속제 부품 {HIGH MODULUS METALLIC COMPONENT FOR HIGH VIBRATORY OPERATION}

도1은 항공기 엔진의 측단면도.

도2는 항공기 엔진 터빈 블레이드의 개략적인 측단면도.

도3은 기본 금속의 단일결정 단위를 나타낸 스케치.

도4는 등방형(equiaxed) Ni 금속 부분의 미시적인 스케치.

도5는 이방성 Ni 금속 부분의 미시적인 스케치.

도6은 단일결정 니켈 금속 부분의 미시적인 스케치.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

13 : 터빈 블레이드 16 : 1차 방향

18 : 축 방향

30 : 등방형(equiaxed) Ni계 합금 부분

36 : 이방성 Ni계 합금 부분

46 : 단결정 Ni계 합금 부분

본 발명은 금속의 고탄성률 배향이 터빈 블레이드의 방사상, 즉 1차(primary) 방향으로 정렬되게끔 성형되는 항공기 엔진의 터빈 블레이드와 같은 금속제 부품에 관한 것이다.

항공기 엔진과 같이 고속 부품들을 활용하는 기계들은 고주파 진동들을 만들어 낸다. 고주파 진동은 일반적으로 킬로헤르츠 정도의 단위를 가지며, 기계의 고속 부품들에 여러 가지로 변동하는 고 사이클 피로 스트레스를 부과한다. 종종 고속 부품의 수명에서 제한 인자는 고 사이클 피로 스트레스가 된다. 본 발명이 터빈 블레이드와 관련되어서 기술되었지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니다.

전통적으로 항공기 엔진에 사용되는 터빈 블레이드와 같은 고속 부품들의 수명은 부과되는 스트레스를 최소화하거나 이에 저항하는 부품을 설계함으로 인해서 연장된다. 여기서 고속으로 만들어지는 진동수와 고유 진동수가 매치되지 않게 터빈 블레이드를 설계하는 것이 필요하다. 이러한 방법으로 설계된 터빈 블레이드는 스트레스를 증폭시키는 공진 효과를 방지함으로써 스트레스의 진폭을 최소화 한다. 그러나 고속 운동으로 만들어지는 진동수와 다른 적절한 고유 진동수를 가진 블레이드를 설계하는 것이 항상 가능한 것은 아니다.

터빈 블레이드 설계의 또 다른 접근 방식으로, 블레이드 위의 임계 지점에서 진동을 약하게 하려는 시도가 행해진다. 마찰 댐핑 또는 댐핑 코팅의 부착 등과 같 은 다양한 댐핑 설계들은 임계 지점들에서 스트레스 진폭을 감소시키는데 유용하다. 댐핑은 보통 비싸고, 매우 복잡한 분석과 실험이 요구되며, 터빈 블레이드의 운전에 방해가 될 수도 있다. 따라서 고 사이클 피로 수명이 향상된 항공기 엔진 터빈 블레이드와 같은 금속제 부품이 필요하다.

일반적인 의미로, 본 발명은 터빈 블레이드의 방사상, 즉 1차 방향과 일치하게 맞춰진 고탄성률 결정학적 배향을 가진 기본 금속으로부터 성형된 항공기 엔진 터빈 블레이드와 같이 방향성을 가지고 응고된 금속제 부품이다.

일 실시예에서, 엔진 터빈 블레이드는 Ni계 합금의 단결정체로부터 성형되며, <111> 결정학적 방향은 터빈의 1차 방향과 일치하게 맞춰진다. 다른 방법으로서, 엔진 터빈 블레이드는 Fe, Ti, Al, Co, Nb 또는 Mo의 합금으로부터 성형되며, 합금의 고탄성률 방향은 터빈 블레이드의 1차 방향과 일치하게 맞춰진다.

또 다른 실시예에서, 엔진 터빈 블레이드를 성형하는 기본 금속의 고탄성률 방향은 주상 결정립 조직의 1차 방향과 일치하게 맞춰지며, 주상 결정립 조직의 1차 방향은 터빈 블레이드의 1차 방향과 일치하게 맞춰진다.

또 다른 실시예에서, 엔진 터빈 블레이드는 Ni계 합금으로부터 성형되며, <112> 고탄성률 결정학적 방향은 터빈 블레이드의 1차 방향의 약 10도 정도의 원추각 범위 내에서 정렬된다.

또 다른 실시예에서, 엔진 터빈 블레이드는 Ni계 합금으로부터 성형되며, <123> 고탄성률 결정학적 방향은 터빈 블레이드의 1차 방향의 약 10도 정도의 원추 각 범위 내에서 정렬된다.

또 다른 실시예에서, 엔진 터빈 블레이드는 Ni계 합금으로부터 성형되며, <110> 결정학적 방향은 1차 방향의 약 10도 정도의 원추각 범위 내에서 정렬된다.

또 다른 실시예에서, 1차 방향과 일치하게 맞춰진 고탄성률 방향을 지닌 엔진 터빈 블레이드를 형성하는 Ni 기본 금속은 Ni 초합금이다.

또 다른 실시예에서, 엔진 터빈 블레이드는 열처리 되어서 고탄성률 방향이 터빈 블레이드의 1차 방향와 일치하도록 맞춰지게 기본 금속을 재결정시킨다.

또 다른 실시예에서, 1차 방향과 일치하게 맞춰진 고탄성률 방향을 지닌 엔진 터빈 블레이드는 항공기 엔진 내부에 위치한다.

당업자는 이하에 상세히 기술된 바람직한 실시예로부터 본 발명의 다양한 특징들과 장점들을 명백하게 이해할 수 있다. 상세한 설명에서 참조하는 도면들은 도면의 간단한 요약에서 간략하게 기술하였다.

도1은 항공기 엔진(2)의 개략적인 측단면도를 나타낸다. 항공기 엔진(2)은 컴프레서(5)와 팬(4)을 보유하는 엔진 케이싱(3)을 포함한다. 컴프레서(5)는 항공기 엔진(2)에서 공기를 압축하는 임펠러들(6)을 포함한다. 임펠러들(6)은 축(8) 주위를 회전하는 회전가능 샤프트(7)에 부착되어 있다. 샤프트(7)가 회전할 때 임펠러들(6)이 회전한다. 연소실(9)은 컴프레서(5)로부터 빠져나온 압축가스와 유체연통한다. 연소실(9)은 압축된 가스를 연소한다. 터빈(10)은 연소된 압축가스를 받아 샤프트(7)를 회전시키고 컴프레서(5)에 동력을 공급하기 위한 에너지로 변환시킨다. 터빈(10)은 샤프트(7)에 부착되어 있는 로터(11)와 로터(11)에 부착되어 있는 터빈 블레이드들(13)을 포함한다.

항공기 엔진(2)의 내부에서, 연소실(9)로부터 나오는 연소된 압축가스가 팽창함에 따라 터빈 블레이드들(13)은 높은 회전속도로 움직인다. 높은 속도는 항공기 엔진(2)에서 진동을 유발하며, 터빈 블레이드들(13)에 고 사이클 피로와 같은 고주파 피로 스트레스가 부과되게 한다.

도2에서 참조되는 바와 같이, 터빈 블레이드(13)는 기부 부분(14)과 팁 부분(15)을 지닌다. 터빈 블레이드(13)는 또한 기부 부분(14)에서 팁 부분(15)까지 뻗어 있는 관련된 1차 방향(16)과 실질적으로 수직인 축 방향(18)을 갖는다. 터빈 블레이드(13)는 1차 방향으로 L₁의 길이, 축 방향으로 W₁의 길이를 가진다. L₁은 W₁보다 크다. 따라서 터빈 블레이드(13)에서 W₁에 대한 L₁의 가로세로비는 1보다 크다. 1차 방향(16)은 터빈 블레이드(13)에서 더 긴 길이인 L₁의 방향 또는 1보다 큰 가로세로비를 가진 임의의 부품에서 더 긴 길이의 방향으로 정의된다.

축 방향(18)은 주위로 터빈 블레이드(13)가 회전하는 축(11)과 대략적으로 같은 방향이다(도1 참조). 1차 방향(16)은 실질적으로 수직이다(즉, 도1에서 보면 터빈 블레이드(13)의 회전 축(11)에 대해서 방사상임). 1차 방향(16)으로 나타나는 피로 스트레스의 상당량은 축(11)주위에서 터빈 블레이드(13)의 고속 회전 때문에 나타난다.

터빈 블레이드(13)는 기본 금속으로부터 성형된다. 기본 금속은 합금에서의 1차 금속이며, 많은 양의 합금 성분들을 포함할 수 있다. 모든 합금들과 금속들은 결정체이며 따라서 관련된 결정 조직를 가지고 있다.

도3의 예에서는, 예를 들어, 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)를 성형하는데 사용된 기본 금속의 결정 구조에 있어서 단결정 단위를 나타내고 있다. 단결정 단위(19)는, 예를 들면, 선(20)으로 표시되는 <100> 방향, 선(21)으로 표시되는 <110> 방향, 선(22)으로 표시되는 <111> 방향, 선(24)으로 표시되는 <112> 방향, 선(26)으로 표시되는 <123> 방향과 같은 공지된 결정학적 방향들을 가지고 있다. 기술적인 목적에서 결정학적 방향은 정확한 방향의 약 10도 정도의 원추각(28) 범위 내에 있는 대략적인 좌표방향으로 언급된다.

각각의 결정학적 방향은 관련된 탄성률도 지니며, 만약 적어도 하나의 결정학적 방향들이 다른 결정학적 방향들에서의 탄성률과 동일하지 않은 탄성률을 가진다면, 단결정 단위(19)는 탄성률에 관해서 이방성이다.

일 실시예에서, Ni계 합금이 기본 금속이다. 상온에서 <100> 결정학적 방향으로 Ni계 합금은 약 20 Mpsi의 탄성률을 지니며, <110> 결정학적 방향으로는 약 34 Mpsi의 탄성률을 지니고, <111> 결정학적 방향으로는 약 44 Mpsi의 탄성률을 지닌다. <100>은 다른 방향(여기서는 <110> 또는 <111>방향)보다 더 낮은 탄성률을 가지므로 저탄성률 방향이다. 그리고 <111>은 적어도 하나의 다른 방향(<110> 또는 <100>)보다 더 높은 탄성률을 가지므로 고탄성률 방향이다. 단결정 단위(19)에서 Ni계 합금은 이방성이다.

일반적으로 이방체일지라도 그러한 이방성 기본 금속으로부터 성형된 제품 또는 부품이 항상 탄성률과 같이 이방성 특성들을 띄는 것은 아니다.

예를 들어, 도4는 어떤 제품에서 공지된 등방형(equiaxed) Ni계 합금 부분(30)의 미시적인 스케치이며, 상기 제품은 제품 성형과정 동안 조절되지 않은 방식으로, 예를 들어 온도 구배 없이 응고된 것이다. 등방형(equiaxed) Ni계 합금 부분(30)은 결정들(32)로 이루어져 있다. 각각의 결정(32)은 도1에서 참조된 것과 같은 결정학적 방향에 대응되는 결정학적 배향(34)을 가진다. 결정들(32)의 결정학적 배향들(34)은 임의의 방향, 즉, 등방형(equiaxed)으로 되어있다. 따라서 등방형 Ni계 합금 부분(30)의 탄성률과 다른 특성들은 모든 방향으로 동일하다.

그러나 도5에 나타난 제품 또는 부품의 이방성 Ni계 합금 부분(36) 성형과정 동안 조절된 방식으로, 예를 들어 조절된 온도 구배를 가지고 응고된 것이다. 이방성 Ni계 합금 부분(36)은 주상 결정립(38) 조직으로 이루어져 있으며, 상기 조직은 1차 방향(40)과 횡 방향(42)을 지닌다. 각각의 주상 결정립(38)은 1차 방향(40)으로 정렬된 결정학적 배향(44)을 지닌다. 따라서 이방성 Ni계 합금 부분(36)의 탄성률과 다른 특성들은 횡 방향(42)과 1차 방향(40)에서 서로 차이가 난다.

도6에서 도시된 바와 같이, 단결정 Ni계 합금 부분(46) 또한 이방성 특성들을 보인다. 단결정 Ni계 합금 부분(46)은 공지된 시딩(seeding) 공정과 같은 것을 사용하는 조절된 방식으로 응고된 것이다. 단결정 Ni계 합금 부분(46)은 1차 방향(50)과 횡 방향(52)을 지니는 단결정(48) 구조를 지닌다. 단결정(48)은 1차 방향(50)으로 정렬된 결정학적 배향(54)을 지닌다. 따라서 단결정 Ni계 합금 부분(46)의 특성들은 횡 방향(52)과 1차 방향(50)에서 차이가 난다.

도5에서 참조되는 바와 같이, 이방성 Ni계 합금 부분(36)은 성형과정 동안 조절된 방식으로 응고되었다. 예를 들면, 공지된 인베스트먼트 주조공정은 응고 공정 동안의 냉각 구배로 인하여 주상 결정립(38) 조직을 생기게 할 수 있다. 이러한 공정은 자연히 <100> 저탄성률 방향(즉, 1차 방향(40))으로 결정학적 배향(44)을 지니는 주상 결정립들(38)을 생기게 한다. Ni계 합금 금속이 <100> 방향으로 약 20 Mpsi의 탄성률을 지니기 때문에 이방성 Ni계 합금 부분(36)은 1차 방향(40)에서 약 20 Mpsi의 탄성률을 지닌다.

도6에서 참조되는 바와 같이, 단결정 Ni계 합금 부분(46)은 성형과정 동안 조절된 방식으로 응고되었다. 예를 들면, 시드(seed)를 사용하는 공지된 인베스트먼트 주조공정이 단결정(48)을 생산하는데 사용될 수 있다. 이러한 공정은 자연히 <100> 저탄성률 방향(즉, 1차 방향(50))으로 결정학적 배향(54)을 지니는 단결정(48)을 생기게 한다. Ni계 합금이 <100> 방향으로 약 20 Mpsi의 탄성률을 지니기 때문에 단결정 Ni계 합금 부분(46)은 1차 방향(50)에서 약 20 Mpsi의 탄성률을 지닌다.

바람직한 실시예에서 Ni계 합금은 터빈 블레이드(13)를 성형하는 기본 금속으로 사용되며, 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰진 <111> 결정학적 방향을 지닌다. Ni계 합금이 바람직하나, Fe, Co, Mo, Ti, Nb, 그리고 Al 합금들이 대안적으로 사용될 수 있다. Ni와 같은 입방 결정구조 금속의 고탄성률 방향은 <111> 방향이라고 공지되어 있으나, 당업자는 입방 결정구조 금속들에서의 다른 고탄성률 방향들과 같이 다른 결정구조들을 가지는 기본 금속들에서의 고탄성률 방향들을 이해할 수 있다. 이 개시 내용으로 이익을 보는 당업자라면, 항공기 터빈 블레이드에 한 정되지 않고, 산업용 가스터빈, 항공기 컴프레서 블레이드와 일반적으로 가로세로비가 1보다 큰 임의의 고속 부품들과 같은 제품들에서도 1차 방향과 고탄성률 방향이 일치하게끔 하는 응용에 대해서 이해할 것이다.

또 다른 실시예에서 터빈 블레이드(13)의 기본 금속은 주상 결정립(38) 조직을 지닌다. 기본 금속의 고탄성률 방향은 주상 결정립(38)의 1차 방향(40)과 일치하게 맞춰져 있다. 주상 결정립들(38)의 1차 방향(40)은 터빈 블레이드(13)의 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰져 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 기본 금속은 단결정(48) 구조를 지닌다. 기본 금속의 고탄성률 방향은 단결정(48)의 1차 방향(50)과 일치하게 맞춰져 있다. 단결정(48)의 1차 방향(50)은 터빈 블레이드(13)의 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰져 있다.

또 다른 실시예에서 Ni계 합금은 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)를 형성하고 <112> 고탄성률 방향은 1차 방향(16)의 약 10도 정도의 원추각(28) 범위 내로 정렬된다.

또 다른 실시예에서 Ni계 합금은 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)를 형성하고 <123> 고탄성률 방향은 1차 방향(16)의 약 10도 정도의 원추각(28) 범위 내로 정렬된다.

또 다른 실시예에서 Ni계 합금은 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)를 형성하고 <110> 고탄성률 방향은 1차 방향(16)의 약 10도 정도의 원추각(28) 범위 내로 정렬된다.

또 다른 실시예에서 Ni계 금속은 공지된 초합금이다. 초합금의 조성은 1-16% Cr, 0-3% Mo, 3-13% W, 0-8% Re, 0-14% Ta, 3-7% Al, 0-20% Co, 0-0.1% C, 0-0.02% B, 0-0.1% Zr, 0-2% Hf, 0-2% Nb, 0-1% V, 0-2% Ti, 0-10% (Ru+Rh+Pd+Os+Ir+Pt), 0-0.25% Y, 그리고 나머지 Ni로 구성된다. 이 조성들에서 0-10% (Ru+Rh+Pd+Os+Ir+Pt)은 6가지 원소들 모두 또는 일부의 혼합물을 의미하며, 10%를 넘지는 않는다. 이 조성은 <123>, <112>, 그리고 <111>과 같은 고탄성률 방향들이 아니라 블레이드의 1차 방향과 일치하도록 맞춰진 저탄성률 <100> 방향을 지니는 터빈 블레이드들을 성형하는데 적당하다고 항공기 산업계에 공지되어 있다. 고탄성률 터빈 블레이드(13) 용의 특정한 초합금은 5.0% Cr, 10% Co, 2.0% Mo, 6.0% W, 3.1% Re, 5.6% Al, 9.0% Ta, 0.1% Hf, 그리고 나머지 Ni로 구성되어 있다. 또 다른 고탄성률 터빈 블레이드(13) 용의 특정한 초합금은 2.0% Cr, 16.5% Co, 2.0% Mo, 6.0% W, 6.0% Re, 3.0% Ru, 5.65% Al, 0.15% Hf, 0.004% B, 0.05% C, 그리고 나머지 Ni로 구성된다.

1차 방향(16)으로 정렬된 고탄성률 방향을 지닌 항공기 엔진 터빈블레이드(13)는 고사이클 엔진 진동, 즉 고사이클 피로에 의해서 부과되는 더 낮은 스트레스들에 특정하게 잘 맞춰져 있다. 일 실시예에서는 엔진 터빈 블레이드(13)는 Ni계 합금으로 형성되며 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰진 <111> 방향을 지닌다. 엔진 터빈 블레이드(13)는 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰진 <100> 방향을 지니는 터빈 블레이드 보다 더 높은 고유진동수를 지닌다. 이것은 고사이클 진동들로부터 오는 스트레스 크기를 감소시키고, 고사이클 피로 수명을 연장시킨다.

1차 방향(16)으로 정렬된 고탄성률 방향을 지닌 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)는 현재 산업계에서 행해지는 것과 반대이다. 현재 산업계에서는 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰진 <100> 저탄성률 방향을 지닌 항공기 엔진 터빈들이 활용되며, 이는 인베스트먼트 주조 성형공정에서 자연스럽게 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰진 <100> 방향이 만들어지기 때문이다. 게다가, <100> 저탄성률 방향은 최적의 설계로 여겨지는데, 이는 열적, 기계적 내피로성과 같은 좋은 특성들을 보이기 때문이다.

공지된 인베스트먼트 주조 성형방법은 1차 방향(16)으로 정렬된 고탄성률 방향을 지니는 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)를 생산하는데 활용될 수 있다. 일반적으로 인베스트먼트 주조는 용해된 금속을 주형 속으로 부어서 조절된 방식으로 주형을 냉각시키는 것이 필요하며, 이는 용해된 금속을 조절된 방식으로 응고시키기 위한 것이다. 이러한 공정방법은 고탄성률 방향을 1차 방향(16)과 일치하게 맞추는데 사용될 수 있다. 금속 성형에 있어서 당업자는 본 발명에 따라 엔진 터빈 블레이드를 생산하는데 필요한 공정단계들을 이해할 것이다. 즉, 고탄성률 특성들을 가지는 터빈 블레이드는 새롭고 진보된 것이나 그것을 생산하기 위한 인베스트먼트 주조 공정에 대해서는 당업계의 숙련공이라면 알 것이다.

시드는 주상 결정립 조직보다는 단결정 구조로 된 부품을 생산하기 위한 인베스트먼트 주조공정에서 사용될 수 있을 것이다. 예를 들면, <111> 방향의 Ni 시드는 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰진 <111> 방향을 지니는 단결정 Ni계 금속 터빈 블레이드(13)의 인베스트먼트 주조에서 <111> ??향으로 단결정의 성장을 유발시키 는데 사용될 수 있다. 고탄성률 특성을 가진 터빈이 새롭고 진보적인 것이라도 인베스트먼트 주조와 시딩 방법은 금속성형의 당업자에게 공지되어 있으며, 세부 사항은 참고로 설명하는 것이다.

터빈 블레이드(13)는 1차 방향(16)으로 정렬된 고탄성률 방향을 지니며, 공지된 가공공정에 의해서 성형될 수도 있다. 가공공정에서, 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)는 주물 강괴(ingot)로부터 기계 가공된다. 강괴는, 예를 들면, <100> 방향을 지니는 주물이다. 터빈 블레이드(13)의 1차 방향(16)은 강괴의 <100> 방향으로 대략 54도의 각도로 기계가공 된다. 이것은 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰진 <111> 고탄성률 방향을 유발시킨다.

1차 방향(16)으로 정렬된 고탄성률 방향을 지닌 터빈 블레이드(13)는 주조과정 동안 부품을 틸팅(tilting)하는 공지된 공정에 의해서 성형될 수도 있다. 응고되는 동안 항공기 엔진 터빈 블레이드(13)는 고탄성률 방향이 1차 방향(16)과 일치하게 맞춰지도록 냉각 구배의 방향과 관련하여 특정한 각도로 경사지게 될 것이다.

1차 방향(16)으로 정렬된 고탄성률 방향을 지닌 터빈 블레이드(13)는 공지된 재결정화 공정에 의해서도 성형될 수 있다. 재결정화에는 주물 또는 가공된 터빈 블레이드를 열처리하는 것이 필요한데, 이로 인해서 열처리 전부터 이미 존재하던 결정들로부터 새로운 결정들이 성형된다. 새로운 결정들은 1차 방향(16)에 일치하게 맞춰진 고탄성률 방향을 지닌다.

본 발명은 예시적인 방식으로 기술되어 있으며, 여기서 사용된 전문용어는 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 발명의 특징을 표현하기 위한 것임을 이해해야 한다. 명백하게 본 발명에 있어서 많은 수정과 변형들이 상기에서 서술된 점을 바탕으로 가해질 수 있다. 따라서 청구범위의 내에서 본 발명은 특정하게 기술된 것 이상으로 다르게 실시될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

본 발명에 따르면, 기본금속의 고탄성률 방향을 1차 방향으로 정렬함으로써 항공기 엔진 터빈 블레이드와 같은 금속제 부품에서의 고 사이클 피로수명을 연장시킨다.

Claims

기부 부분과 팁 부분과,

상기 기부 부분로부터 상기 팁 부분까지 뻗어 있는 1차 방향을 포함하는 고탄성률 터빈 블레이드이며,

상기 터빈 블레이드는 결정학적 배향을 지닌 기본 금속으로 성형되며,

상기 결정학적 배향은 고탄성률 방향을 지니며,

상기 고탄성률 방향은 상기 1차 방향과 일치하게 맞춰진 고탄성률 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 고탄성률 방향은 상기 1차 방향의 약 10도 원추각 범위 내에서 정렬되는 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 기본 금속은 Fe계 합금인 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 기본 금속은 Ni계 합금인 터빈 블레이드.
제4항에 있어서, 상기 Ni계 합금은 조성이 1-16% Cr, 0-3% Mo, 3-13% W, 0-8% Re, 0-14% Ta, 3-7% Al, 0-20% Co, 0-0.1% C, 0-0.02% B, 0-0.1% Zr, 0-2% Hf, 0-2% Nb, 0-1% V, 0-2% Ti, 0-10% (Ru+Rh+Pd+Os+Ir+Pt), 0-0.25% Y, 그리고 나머지 Ni로 구성되는 초합금인 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 기본 금속은 Co계 합금인 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 기본 금속은 Mo계 합금인 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 기본 금속은 Nb계 합금인 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 기본 금속은 Al계 합금인 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 기본 금속은 Ti계 합금인 터빈 블레이드.
제1항에 있어서, 상기 고탄성률 방향이 상기 1차 방향와 일치하게 맞춰지도록 기본 금속을 재결정시키기 위해 상기 터빈 블레이드에 열처리를 가한 터빈 블레이드.
팬(fan)과,

상기 팬과 적어도 부분적으로 유체 연통하는 컴프레서와,

상기 컴프레서 부분과 유체 연통하는 연소실과,

상기 연소실와 유체 연통하는 터빈을 포함하는 항공기 엔진이며,

상기 터빈은 터빈 블레이드의 기부 부분에서 팁 부분까지 뻗어있는 1차 방향을 지니는 적어도 하나의 고탄성률 터빈 블레이드를 지니는 로터를 포함하며,

상기 고탄성률 터빈 블레이드는 결정학적 배향을 지니는 기본 금속으로 성형되며, 상기 결정학적 배향은 상기 1차 방향과 일치하게 맞춰진 고탄성률 방향을 지니는 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 고탄성률 방향은 상기 1차 방향의 약 10도 범위 내에서 정렬된 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 기본 금속은 Fe계 합금인 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 기본 금속은 Ni계 합금인 항공기 엔진.
제15항에 있어서, 상기 Ni계 합금은 조성이 1-16% Cr, 0-3% Mo, 3-13% W, 0-8% Re, 0-14% Ta, 3-7% Al, 0-20% Co, 0-0.1% C, 0-0.02% B, 0-0.1% Zr, 0-2% Hf, 0-2% Nb, 0-1% V, 0-2% Ti, 0-10% (Ru+Rh+Pd+Os+Ir+Pt), 0-0.25% Y, 그리고 나머지 Ni로 구성되는 초합금인 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 기본 금속은 Co계 합금인 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 기본 금속은 Mo계 합금인 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 기본 금속은 Nb계 합금인 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 기본 금속은 Al계 합금인 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 기본 금속은 Ti계 합금인 항공기 엔진.
제12항에 있어서, 상기 고탄성률 방향이 상기 1차 방향와 일치하게 맞춰지도록 기본 금속을 재결정시키기 위해 상기 터빈 블레이드에 열처리를 가한 항공기 엔진.
터빈 블레이드의 1차 방향으로 탄성률을 증가시키는 단계를 포함하며,

상기 1차 방향은 터빈 블레이드의 기부 부분에서부터 팁 부분까지 뻗어 있는 방향인,

터빈 블레이드의 고유진동수를 조정하는 방법.
제23항에 있어서, 터빈 블레이드의 1차 방향의 약 10도의 원추각 범위 내에서 기본 금속의 고탄성률 방향을 정렬시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제23항에 있어서, 상기 기본 금속은 Fe, Ti, Co, Ni, Mo, Nb, 그리고 Al계 합금들로 구성된 그룹으로부터 선택된 것인 방법.