JPH0144434B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0144434B2 JPH0144434B2 JP56191952A JP19195281A JPH0144434B2 JP H0144434 B2 JPH0144434 B2 JP H0144434B2 JP 56191952 A JP56191952 A JP 56191952A JP 19195281 A JP19195281 A JP 19195281A JP H0144434 B2 JPH0144434 B2 JP H0144434B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- bonding
- insert
- metal
- foil
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/16—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating with interposition of special material to facilitate connection of the parts, e.g. material for absorbing or producing gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
- B23K35/004—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of a metal of the iron group
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
本発明は新規な金属部材の接合法に係り、特に
Ni基およびCo基超合金を固相で接合する方法に
関する。 最近、ガスタービンは熱効率の向上を目的に運
転温度が年々上昇している。これに対処するた
め、ノズル及びブレードは材料の開発と冷却構造
の研究が盛んになつている。材料の開発は既に頭
打ちの傾向にあり、今後の高温化に対しては、冷
却構造の研究によらねばならない。冷却構造は
年々複雑化してきている。これらのガスタービン
は翼は一般には精密鋳造法で製造されるため、冷
却構造とするために形成される冷却孔は鋳造後加
工によつて孔開けを行う場合と、鋳造時にセラミ
ツクス中子を用い、鋳造によつて孔開けを行う場
合がある。しかし、冷却構造が複雑であること、
あるいはタービン翼を鋳物の一方向凝固材、単結
晶材によつて構成する場合の様に、凝固時間が長
くなるものでは、精密鋳造法による孔開けが困難
となる。より複雑な冷却孔を有するガスタービン
翼を得る方法として分割片を精密鋳造によつて製
造した後にそれらの分割片を拡散接合によつて一
体化させる方法がある。拡散接合の中では液相拡
散接合法と固相拡散接合法がある。 液相拡散接合法としては、TLP接合法
（Transient Liquid Phase Bonding）やAD接合
法（Activated Diffusion Bonding）が代表的で
ある。TLP接合法は、ボロンを含んだニツケル
あるいはコバルト合金の薄板をインサート材とし
て用い、母材融点以下に加熱し、インサート材を
溶融させ加熱保持するものである。この加熱保持
中にインサート材中のＢを母材に拡散させ、接合
部にＢを過剰に存在させないようにして高強度の
接合を得るものである。AD接合法はインサート
材としてＢを含んだNi合金あるいはCo合金の粉
末を用いるもので接合プロセスはTLP接合法と
同一である。 これらの接合法はインサート材にＢを多量に含
んだNi合金あるいはCo合金を用いるため、接合
中にＢが母材中へ拡散し、母材の粒界にボライド
が形成し、接合部及びその近傍にＢの偏析が生じ
たり、拡散不十分な場合は接合部に多量のＢが残
り、母材、接合部の高温強度を低下させる欠点が
ある。 一方、固相接合は、インサート材を用いずに高
温、高真空、高加圧下で母材と母材を接合する方
法である。しかし、母材が耐熱超合金であるため
高温、高応力下でも変形が困難であり、表面の加
工状態をいかに高精度にしても、健全な接合部を
得るのは困難である等の欠点がある。 本発明の目的は、接合強度の高い耐熱合金の拡
散接合法を提供するにある。 本発明は、Fe，Ni及びCoの少なくとも１つを
主成分とし、Cr30重量％以下含有する耐熱合金
からなる部材同志の接合間に金属の薄層を介在さ
せ、該金属の薄層の融点未満の高温加圧下で前記
部材を互いに接合する方法において、前記金属の
薄層はFe，Ni及びCoの少なくとも１つを主成分
とし、Al5〜25重量％を含むインサート合金から
なり、該インサート合金の溶湯を高速回転するロ
ール面に注湯して製造した合金箔又は前記インサ
ート合金のアトマイズ粉を用いて得た焼結材の塑
性加工合金箔からなることを特徴とする耐熱合金
部材の拡散接合法にある。 インサート材としては一例として従来の溶解、
鍜造法では板もしくは箔にするのが困難な多量の
Alを含む合金、特にCo−Cr−Al−Ｙ合金が接合
温度付近での伸び率がきわめて大きく、接合に際
して接合面の細かい凹凸になじみ、液体状態と同
じように変形し、容易に接合が進行する。更にこ
の合金の溶湯を金属面に注湯して104C／秒以上
の速度で冷却する溶湯急冷法により製造した箔、
又はアルゴンあるいはヘリウムなどの不活性ガス
によつて溶湯をアトマイズ法により製造した合金
粉末を原料とし、これを熱間で圧密化後熱間加工
で製造した薄板から採取した箔を使用することに
よつてより信頼性の高い接合が得られる。 特に、この合金組成として、重量でAl5〜25％
含む合金、又はこれにCr30％以下及びY10％以下
を含む合金は、Co基及びNi基超合金からなるガ
スタービン用ノズル及び翼を拡散接合によつて製
造する場合の接合温度1000〜1200℃で500％以上
の伸び率を有し、それらの接合をきわめて容易に
し、信頼性が高い。 金属の薄層は、接合温度で150％以上の伸び率
でなければ、接合面におけるきわめて細かな凹凸
に対し隙間なく変形して埋めることができず、良
い接合ができない。特に、500％以上の伸び率を
有するものが好ましい。更に好ましくは1000％以
上である。溶湯急冷法やアトマイズ合金粉を原料
とする方法で製造された箔は結晶粒が非常に微細
なため、接合面の表面加工精度が悪くても短時
間、低応力で接合が可能となりまた継手部の延
性、靭性が大きく継手効率も良好である。 TLP接合法やAD接合法は液相で拡散させるの
で、有害な相が形成されるが、本発明法では固体
状態で拡散接合されるので、有害な相は形成され
ず、十分に高い接合強度が得られる。 被接合部材として、Fe、Ni及びCoの少なくと
も１つを主成分とし、これに重量で、Cr30％以
下を含む合金又はその合金にMo10％以下、Al10
％以下、Ti10％以下、Nb5％以下、Ta10％以下、
Hf5％以下、Zr5％以下の１種以上を含む耐熱合
金部材が好ましい。
Ni基およびCo基超合金を固相で接合する方法に
関する。 最近、ガスタービンは熱効率の向上を目的に運
転温度が年々上昇している。これに対処するた
め、ノズル及びブレードは材料の開発と冷却構造
の研究が盛んになつている。材料の開発は既に頭
打ちの傾向にあり、今後の高温化に対しては、冷
却構造の研究によらねばならない。冷却構造は
年々複雑化してきている。これらのガスタービン
は翼は一般には精密鋳造法で製造されるため、冷
却構造とするために形成される冷却孔は鋳造後加
工によつて孔開けを行う場合と、鋳造時にセラミ
ツクス中子を用い、鋳造によつて孔開けを行う場
合がある。しかし、冷却構造が複雑であること、
あるいはタービン翼を鋳物の一方向凝固材、単結
晶材によつて構成する場合の様に、凝固時間が長
くなるものでは、精密鋳造法による孔開けが困難
となる。より複雑な冷却孔を有するガスタービン
翼を得る方法として分割片を精密鋳造によつて製
造した後にそれらの分割片を拡散接合によつて一
体化させる方法がある。拡散接合の中では液相拡
散接合法と固相拡散接合法がある。 液相拡散接合法としては、TLP接合法
（Transient Liquid Phase Bonding）やAD接合
法（Activated Diffusion Bonding）が代表的で
ある。TLP接合法は、ボロンを含んだニツケル
あるいはコバルト合金の薄板をインサート材とし
て用い、母材融点以下に加熱し、インサート材を
溶融させ加熱保持するものである。この加熱保持
中にインサート材中のＢを母材に拡散させ、接合
部にＢを過剰に存在させないようにして高強度の
接合を得るものである。AD接合法はインサート
材としてＢを含んだNi合金あるいはCo合金の粉
末を用いるもので接合プロセスはTLP接合法と
同一である。 これらの接合法はインサート材にＢを多量に含
んだNi合金あるいはCo合金を用いるため、接合
中にＢが母材中へ拡散し、母材の粒界にボライド
が形成し、接合部及びその近傍にＢの偏析が生じ
たり、拡散不十分な場合は接合部に多量のＢが残
り、母材、接合部の高温強度を低下させる欠点が
ある。 一方、固相接合は、インサート材を用いずに高
温、高真空、高加圧下で母材と母材を接合する方
法である。しかし、母材が耐熱超合金であるため
高温、高応力下でも変形が困難であり、表面の加
工状態をいかに高精度にしても、健全な接合部を
得るのは困難である等の欠点がある。 本発明の目的は、接合強度の高い耐熱合金の拡
散接合法を提供するにある。 本発明は、Fe，Ni及びCoの少なくとも１つを
主成分とし、Cr30重量％以下含有する耐熱合金
からなる部材同志の接合間に金属の薄層を介在さ
せ、該金属の薄層の融点未満の高温加圧下で前記
部材を互いに接合する方法において、前記金属の
薄層はFe，Ni及びCoの少なくとも１つを主成分
とし、Al5〜25重量％を含むインサート合金から
なり、該インサート合金の溶湯を高速回転するロ
ール面に注湯して製造した合金箔又は前記インサ
ート合金のアトマイズ粉を用いて得た焼結材の塑
性加工合金箔からなることを特徴とする耐熱合金
部材の拡散接合法にある。 インサート材としては一例として従来の溶解、
鍜造法では板もしくは箔にするのが困難な多量の
Alを含む合金、特にCo−Cr−Al−Ｙ合金が接合
温度付近での伸び率がきわめて大きく、接合に際
して接合面の細かい凹凸になじみ、液体状態と同
じように変形し、容易に接合が進行する。更にこ
の合金の溶湯を金属面に注湯して104C／秒以上
の速度で冷却する溶湯急冷法により製造した箔、
又はアルゴンあるいはヘリウムなどの不活性ガス
によつて溶湯をアトマイズ法により製造した合金
粉末を原料とし、これを熱間で圧密化後熱間加工
で製造した薄板から採取した箔を使用することに
よつてより信頼性の高い接合が得られる。 特に、この合金組成として、重量でAl5〜25％
含む合金、又はこれにCr30％以下及びY10％以下
を含む合金は、Co基及びNi基超合金からなるガ
スタービン用ノズル及び翼を拡散接合によつて製
造する場合の接合温度1000〜1200℃で500％以上
の伸び率を有し、それらの接合をきわめて容易に
し、信頼性が高い。 金属の薄層は、接合温度で150％以上の伸び率
でなければ、接合面におけるきわめて細かな凹凸
に対し隙間なく変形して埋めることができず、良
い接合ができない。特に、500％以上の伸び率を
有するものが好ましい。更に好ましくは1000％以
上である。溶湯急冷法やアトマイズ合金粉を原料
とする方法で製造された箔は結晶粒が非常に微細
なため、接合面の表面加工精度が悪くても短時
間、低応力で接合が可能となりまた継手部の延
性、靭性が大きく継手効率も良好である。 TLP接合法やAD接合法は液相で拡散させるの
で、有害な相が形成されるが、本発明法では固体
状態で拡散接合されるので、有害な相は形成され
ず、十分に高い接合強度が得られる。 被接合部材として、Fe、Ni及びCoの少なくと
も１つを主成分とし、これに重量で、Cr30％以
下を含む合金又はその合金にMo10％以下、Al10
％以下、Ti10％以下、Nb5％以下、Ta10％以下、
Hf5％以下、Zr5％以下の１種以上を含む耐熱合
金部材が好ましい。
【表】
【表】
【表】
第１表に各種製法によつて得られた箔の成分
（重量％）を示す。箔はいずれも厚さが100μｍで
あり且つ結晶粒が数百ミクロンのものである。No.
１〜４の伸び率は融点の1/2以上の温度で約500％
以上であつたが、No.５は同じく約50％であつた。 溶湯急冷法は双ロール法と片ロール法とによつ
て行つたが、表面状況は双ロール法が両表面にお
いて平滑度が優れていたので、以下の実験には双
ロール法により得た箔を用いた。これらの溶湯急
冷の冷却速度は105℃／秒以上であつた。又、母
材としては第２表に示すガスタービン用動翼及び
静翼に用いられる合金を用いた。大きさは、直径
10mm、長さ100mmである。 溶湯急冷法により得られた箔および比較材とし
て、鋳造材から機械切削で採取した箔をインサー
ト材として用い、母材間にはさみ、熱間圧接し
た。熱間圧接は1000℃及び1225℃、約30分保持、
Ar＋H2ガス雰囲気下で行つた。この時の圧接応
力を検討し、良好な接合面が得られる応力を求め
た。図にその結果を示す。溶湯急冷法により得ら
れたNo.１〜４の箔を用いたNo.１〜４はほぼ同一の
値となり、鋳造材から機械切削で採取した箔を用
いたNo.５に比べ、小さな応力で良好な接合面が得
られ、接合性が優れていることが確認された。 その後、1100〜1200℃間で約１〜２時間の拡散
処理を施した。接合部材から接合面が中心部とな
る様に採取した試験材の982℃クリープ破断特性
は総合的に評価すると、溶湯急冷法で製造した箔
をはさんだものは母材特性に比較し、90〜100％
の特性を示した。 実施例 ２ 第１表に記したNo.１〜４の合金についてアルゴ
ンアトマイズ法により合金粉を造つた。合金粉は
肉厚約２mmの鋼管の中に入れ、真空封入後、約
1000℃ですいこんで圧密化し、900〜1100℃にて
熱間加工を施した。この時の最終断面減少率は1/
６〜1/10で被覆鋼の皮むきを行ない、さらに機械
切削で約150μｍの厚さの箔を採取した。この時
の粒径は最大2μｍで、ほとんど0.5〜1μｍとなり、
可撓性に富んでいることが確認できた。これらの
融点の1/2以上の温度での伸び率は約1000％以上
であつた。箔にした後は、実施例１と同様に熱間
圧接した。特性は実施例１の溶湯急冷法による箔
をインサート材として使用した接合部材より若干
劣るが、ほぼ同程度の特性を有することが確認で
きた。 実施例 ３ インサート材として、第１表に示すCr、Al及
びＹをほぼ同じ程度含むFe及びNi基合金につい
ても実施例１と同様に溶湯急冷法により製造した
箔を用いて、同様に接合した結果、実施例１のNo.
１〜４よりも劣るが、同等の接合強度が得られ
た。これらの融点の1/2以上の温度での伸び率は
約500％以上であつた。 本発明によれば、きわめて容易に拡散接合がで
きる。特に、インサート材として従来の溶解、鍜
造法では箔にするのが困難であつたCo−Cr−Al
−Ｙ合金を溶湯急冷法やアトマイズ粉法により、
箔にしたものを使用すると、結晶粒が微細なた
め、可撓性に富み、靭性がありまた扱いやすく、
さらに高温で延性が大きく、変形能が大きいため
容易に接合される。又、接合部に有害な相が形成
されないので高温強度が大きい。 本発明によれば、ガスタービン用動翼、静翼と
して複雑な冷却孔を有するものが容易に製造可能
となりり、ガスタービンの運転温度を著しく上昇
させることが出来、効率向上に大きな効果があ
る。
（重量％）を示す。箔はいずれも厚さが100μｍで
あり且つ結晶粒が数百ミクロンのものである。No.
１〜４の伸び率は融点の1/2以上の温度で約500％
以上であつたが、No.５は同じく約50％であつた。 溶湯急冷法は双ロール法と片ロール法とによつ
て行つたが、表面状況は双ロール法が両表面にお
いて平滑度が優れていたので、以下の実験には双
ロール法により得た箔を用いた。これらの溶湯急
冷の冷却速度は105℃／秒以上であつた。又、母
材としては第２表に示すガスタービン用動翼及び
静翼に用いられる合金を用いた。大きさは、直径
10mm、長さ100mmである。 溶湯急冷法により得られた箔および比較材とし
て、鋳造材から機械切削で採取した箔をインサー
ト材として用い、母材間にはさみ、熱間圧接し
た。熱間圧接は1000℃及び1225℃、約30分保持、
Ar＋H2ガス雰囲気下で行つた。この時の圧接応
力を検討し、良好な接合面が得られる応力を求め
た。図にその結果を示す。溶湯急冷法により得ら
れたNo.１〜４の箔を用いたNo.１〜４はほぼ同一の
値となり、鋳造材から機械切削で採取した箔を用
いたNo.５に比べ、小さな応力で良好な接合面が得
られ、接合性が優れていることが確認された。 その後、1100〜1200℃間で約１〜２時間の拡散
処理を施した。接合部材から接合面が中心部とな
る様に採取した試験材の982℃クリープ破断特性
は総合的に評価すると、溶湯急冷法で製造した箔
をはさんだものは母材特性に比較し、90〜100％
の特性を示した。 実施例 ２ 第１表に記したNo.１〜４の合金についてアルゴ
ンアトマイズ法により合金粉を造つた。合金粉は
肉厚約２mmの鋼管の中に入れ、真空封入後、約
1000℃ですいこんで圧密化し、900〜1100℃にて
熱間加工を施した。この時の最終断面減少率は1/
６〜1/10で被覆鋼の皮むきを行ない、さらに機械
切削で約150μｍの厚さの箔を採取した。この時
の粒径は最大2μｍで、ほとんど0.5〜1μｍとなり、
可撓性に富んでいることが確認できた。これらの
融点の1/2以上の温度での伸び率は約1000％以上
であつた。箔にした後は、実施例１と同様に熱間
圧接した。特性は実施例１の溶湯急冷法による箔
をインサート材として使用した接合部材より若干
劣るが、ほぼ同程度の特性を有することが確認で
きた。 実施例 ３ インサート材として、第１表に示すCr、Al及
びＹをほぼ同じ程度含むFe及びNi基合金につい
ても実施例１と同様に溶湯急冷法により製造した
箔を用いて、同様に接合した結果、実施例１のNo.
１〜４よりも劣るが、同等の接合強度が得られ
た。これらの融点の1/2以上の温度での伸び率は
約500％以上であつた。 本発明によれば、きわめて容易に拡散接合がで
きる。特に、インサート材として従来の溶解、鍜
造法では箔にするのが困難であつたCo−Cr−Al
−Ｙ合金を溶湯急冷法やアトマイズ粉法により、
箔にしたものを使用すると、結晶粒が微細なた
め、可撓性に富み、靭性がありまた扱いやすく、
さらに高温で延性が大きく、変形能が大きいため
容易に接合される。又、接合部に有害な相が形成
されないので高温強度が大きい。 本発明によれば、ガスタービン用動翼、静翼と
して複雑な冷却孔を有するものが容易に製造可能
となりり、ガスタービンの運転温度を著しく上昇
させることが出来、効率向上に大きな効果があ
る。
図は接合温度と加圧応力との関係を示す線図で
ある。
ある。
Claims (1)
- １ Fe、Ni及びCoの少なくも１つを主成分と
し、Cr30重量％以下含有する耐熱合金からなる
部材同志の接合間に金属の薄層を介在させ、該金
属の薄層の融点未満の高温加圧下で前記部材を互
いに接合する方法において、前記金属の薄層は
Fe、Ni及びCoの少なくとも１つを主成分とし、
Al5〜25重量％を含むインサート合金からなり、
該インサート合金の溶湯を高速回転するロール面
に注湯し急冷して製造した合金箔又は前記インサ
ート合金のアトマイズ粉を用いて得た焼結材の塑
性加工合金箔からなることを特徴とする耐熱合金
部材の拡散接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19195281A JPS5893589A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 耐熱合金の拡散接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19195281A JPS5893589A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 耐熱合金の拡散接合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5893589A JPS5893589A (ja) | 1983-06-03 |
| JPH0144434B2 true JPH0144434B2 (ja) | 1989-09-27 |
Family
ID=16283180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19195281A Granted JPS5893589A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 耐熱合金の拡散接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5893589A (ja) |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP19195281A patent/JPS5893589A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5893589A (ja) | 1983-06-03 |
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