JPH0192032A - ターボ機械用複合材ブレードを製作する方法および製品 - Google Patents

ターボ機械用複合材ブレードを製作する方法および製品

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JPH0192032A JP63212297A JP21229788A JPH0192032A JP H0192032 A JPH0192032 A JP H0192032A JP 63212297 A JP63212297 A JP 63212297A JP 21229788 A JP21229788 A JP 21229788A JP H0192032 A JPH0192032 A JP H0192032A
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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、回転用かまたは駆動用に使われる金属構成要
素と、そうした金属構成要素を製作する方法に係る。と
りわけ、本発明は、ガスタービンエンジンに使用するの
に適している回転ブレードまたはそうしたブレードの部
品に関係している。
ただし１本発明は他の形式のエンジンにも利用すること
ができる６本発明は、ガスタービンエンジンのコンプレ
ッサ・ステージに使われるブレードに取り入れるのが特
に好ましい、また１本発明は、歯をスチールで作り残り
の部分をチタンや軽合金から製造して回転質量を減少さ
せるような。
歯車の製造にも利用することができる。
（従来の技術） ある種のガスタービンエンジンは、エンジンのコンプレ
ッサ・ステージにチタン合金のブレードやディスクを使
用している。ブレードのチップは、ケーシングにまたは
ケーシングの断熱ライニングに極く接近して運動するよ
うに構成されている。特定の状況の下でエンジンを運転
すると、ブレードの接触事故が起こることがある。ある
場合には、ブレードのチップとケーシングまたはそのラ
イニングが接触することがある。そうした接触事故が起
きると、条件が悪ければチタン合金製のブレードチップ
からチタンまたはチタン合金のダストが発生することに
なる。コンプレッサ内でこうしたダストがブレードのチ
ップから放出されるようなことがあると、理論的には、
チタンダストが燃焼を起こしたりチタンブレードそのも
のが発火して延焼を起こしてしまう可能性がある。
（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、前述したような火災の危険性の少ない
または火災を起こす可能性のない、ブレードおよびそう
したブレードの製作方法を提供することにある。
本発明のある形態によれば、複合構成要素を製作する方
法が得られる。この方法は、表面層を構成要素の本体に
接合することにより、構成要素の少なくとも１つの側面
が構成要素の本体とは異なる材料の表面層を持つように
して複合構成要素を形成する段階と、当該複合構成要素
を複数の箇所で前記表面層の平面に直交して延びる各構
成要素部分に切り離す段階と、切り離した箇々の部分を
金属構成要素に鍛造するか機械加工する段階とを有して
いる。
この例では、製作される構成要素は回転ブレードかまた
はそうしたブレードの部品、例えばガスタービンエンジ
ンのコンプレッサやタービン・ステージ用のブレードま
たはブレード部品であり、通例では構成要素の本体はチ
タン合金から作られている。
本発明に則って製作された金属製の構成要素部分は、構
成要素の本体を別の構成要素に溶接することにより後で
別の構成要素に取り付けることができる。ブレードを例
にとると、構成部分だけでブレードのチップ部分だけを
構成することもできる。チタン合金からなる本体は、同
じかまたは類似のチタン合金からなるブレードのステム
に取り付けられる構成要素部分を形作っている１通例で
は、ステムは充分な熱処理の行なわれる状況の下で加工
される。取付けには、例えば電子ビーム溶接や摩擦溶接
を用いて行なうことができる。最終製品のブレードを得
るには、仕上げ研削したり正確な形に機械加工する必要
がある０表面層は、爆発溶接法、拡散接合法、摩擦溶着
法あるいは他の接合技術を用いて、チタン合金またはそ
の他の金属に接合することもできる。これら技術はすべ
てそれ自体周知であり、適切な管理条件の下で行なわれ
れば、多量の金属コンパウンドがチタン合金または他の
金属との境界面を越えて広がることがない、これとは別
に、構成要素を機械加工して。
例えば押出し成形または圧延加工によ゛り接合を行ない
、材料の表面層の平面に平行な向きに構成要素を連続的
に製作していくこともできる。加工条件、とりわけ構成
要素が高温に熱せられるような場合には、充分に管理を
行なって、多量の金属コンパウンドがチタン合金または
その他の金属からなる本体内に広がらないようにする必
要がある。
表面層と構成要素の本体との間には中間層が介在してい
る。そうした中間層は、材料の表面層からチタン合金ま
たは他の金属からなる本体内に金属拡散が起きるのを防
ぐように選択することができる。
表面層材料と本体のいずれか一方または両方の向かい合
った表面には、接合に先立って溝を設けたりまたは同じ
ような機械加工を施すことができる０両方の表面に溝が
設けられている場合、一方の表面の溝が他方の表面の溝
と事実上係合し合うように設けておくことが好ましい０
次いで、溝を設けた部分の間に中間層を配置し、力を加
えて中間層を波形構造に変形させる。
本体がチタン合金であれば、表面層の材料は通例ではニ
ッケルまたはニッケル合金であり、またクロム、コバル
ト、銅、鉄、ハフニウム、モリブデン、ニオビウムまた
はタンタル等のエレメント、あるいはこれらエレメント
の合金の１つもしくは複数が選択される。
本体がチタン合金であれば、中間層は通例ではハフニウ
ム、モリブデン、ニオビウムまたはタンタル、あるいは
これら材料の１種類または数種類のものに他のエレメン
トを加えたコンパウンドから作られている。中間層は、
そうした材料からなる複数の層により構成することもで
きる。こうした材料層には、例えば、チタン合金に接し
てタンタル合金層をまたニッケル合金チップに接して鉄
合金層を用いることができる。
チタン合金、中間層（状況に応じて使用される）ｉ５よ
び材料層は、予め外側チューブまたはスリーブ内に重ね
ておくことができる。そうしたスリーブはチタンまたは
チタン合金から構成することかでき、あるいは銅チュー
ブまたはスリーブと収容物との間にスチール中間層を設
けた銅から構成することもできる。このような外側チュ
ーブまたはスリーブは、切り離した構成要素部分を鍛造
したり電気化学的機械加工を施す以前に、エツチングま
たはこれに類似する他の方法を用いて取り除くことがで
きる。
複合材料の接合並びに機械加工に伴い、複合材料の処理
過程でこの複合材料を加熱したり熱処理を加える際、ま
たは後続の構成要素部分の加工時に、層材料がチタンま
たはチタン合金に事実上拡散することがないように注意
しなくてはならない、介在金属層の厚みと組成はこうし
た事柄を考慮に入れて選択されている。
チタン合金は、コンプレッサの高圧・高温区域に使われ
る仕様の下では、通例ではＩＭＩ　８２９またはＩＭＩ
　８３４やチタン６２４２のような合金を選択すること
ができる。
以下、添付図面に沿って本発明の実施例を詳細に説明す
る。
（実施例） 第１図において、チタン合金からなる本体ｌＯはニッケ
ル合金の表面層１１を備えている。このニッケル合金の
表面層１１は、爆発溶接技術により前記本体ｌＯに接合
されている。こうして本体と表面層を接合して作られた
複合材は線１２に沿って周知の手段により切り離され、
同じ半製品の構成要素または構成部分が製作される。最
終製品のブレード１３の輪郭が点線で示されている。
このブレードは複合材から機械加工され、ニッケル合金
のチップ１４を備えたチタン合金ブレードができあがる
。第１図には中間層は示されていないが、別の方法では
こうした中間層を表面層１１と本体ｌＯの間に介在させ
ることもできる。
第２図は、第１図よりも幾分縮尺を大きくして示す斜視
図である。この第２図は、ブレードのチップ部分２３を
製作する過程を示している０点線で示した構成要素２２
は、後続の作業によりブレードのステムに溶接すること
が好ましい、複合材を第１図に示すように切り離した部
分の１つ２４は、チタン合金の本体２０とこの本体に接
合されたニッケル合金からなる表面層２１を備えている
。
第３図に示した最終製品のタービン・ブレードは、チタ
ン合金のステム部分３０を備えている。
このステム部分３０には、チップ部分要素３１が電子ビ
ーム溶接により溶接線３２に沿って接合されている。チ
ップ部分要素３１は、第２図に示した２２のような構成
要素を機械加工仕上げするかまたは研削加工して作られ
ている。ブレードのチップは、チタン合金からなるブレ
ードの他の部分とは異なりニッケル合金から構成されて
いる。
第４図には、表面層４１と本体４０の間の特殊な接合技
術が示されている。この例では１表面層４１と本体４０
の両者の向かい合った表面４３と４４には、互いに係合
し合う溝が設けられている。向かい合った表面４３と４
４の間には中間層４２が介在しでいる。この中間層４２
は、拡散接合技術（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｂｏｎｄｉｎ
ｇｌを用いて本体４０と表面層４１を互いに圧着するの
に伴って波形層を形作るようになる。これとは別に、図
示してはいないが、予め波形に加工した中間層を用いる
こともできる。この例では、向かい合った表面の一方に
だけ溝を設けておくこともできる。
また、爆発溶接技術を用いる他の変更例において、向か
い合った表面の間に位置する波形層をこれら表面同志の
相互作用（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ）に
より形成することもできる。こうした接合作業は、中間
層を介在させてもあるいは中間層を用いなくても行なう
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、製作の過程で切り離した構成要素の概略側面
図である。 第２図は、製作の過程で切り離した構成要素の変更例を
示した概略斜視図である。 第３図は、本発明により製作されたガスタービン・ブレ
ードの概略斜視図である。 第４図は、構成要素の本体に表面層を接合する方法の一
例を示した概略図である。 １０・・・チタン合金の本体 １１・・・表面層 １３・・・加工されるブレード １４・・・ニッケル合金のチップ ２０・・・チタン合金の本体 ２１・・・ニッケル合金の表面層 ２４・・・切り離した部分 ３０・・・ブレードのステム部分 ３１・・・チップ部分要素 ３２・・・溶接線 （外手名）

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複合構成要素を製作する方法にして、当該方法は
    、表面層を構成要素の本体に接合することにより、構成
    要素の少なくとも１つの側面が構成要素の本体とは異な
    る材料の表面層を持つようにして複合構成要素を形成す
    る段階と、当該複合構成要素を複数の箇所で前記表面層
    の平面に直交して延びる各構成要素部分に切り離す段階
    と、切り離した箇々の部分を金属構成要素に鍛造するか
    機械加工する段階とを有している複合構成要素を製作す
    る方法。
  2. （２）請求項１記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、構成要素の本体を別の構成要素に溶接することによ
    り、金属の構成要素部分を後で別の構成要素に取り付け
    るような複合構成要素を製作する方法。
  3. （３）請求項２記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、構成要素部分はチタン合金の本体部分を備え、当該
    本体部分は後でチタン合金のブレードステムに取り付け
    られるような複合構成要素を製作する方法。
  4. （４）請求項３記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、構成要素部分は、充分な熱処理の行なわれる状況の
    下でチタン合金のステムに取り付けられるような複合構
    成要素を製作する方法。
  5. （５）請求項１記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、表面層は、爆発溶接により構成要素の本体に接合さ
    れるような複合構成要素を製作する方法。
  6. （６）請求項１記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、表面層と構成要素の本体との間に中間層が設けられ
    、この中間層が材料の表面層から構成要素の本体内に金
    属間拡散が起きるのを防ぐようにされている複合構成要
    素を製作する方法。
  7. （７）請求項６記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、一方の表面に設けた溝が相対する表面に設けた溝と
    事実上係合し合うように、接合に先立って表面層または
    本体の少なくとも一方の向かい合った表面に溝が設けら
    れ、中間層が接合された複合材の波形構造をなしている
    ような複合構成要素を製作する方法。
  8. （８）請求項１記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、複合材の本体はチタン合金からなり、表面層の材料
    が、ニッケル、クロム、コバルト、銅、鉄、ハフニウム
    、モリブデン、ニオビウム、タンタルまたはチタンの金
    属または合金からなるグループから選択されるような複
    合構成要素を製作する方法。
  9. （９）請求項６記載の複合構成要素を製作する方法にし
    て、複合材の本体はチタン合金から作られており、中間
    層が、ハフニウム、モリブデン、ニオビウムまたはタン
    タルからなるグループから選択されているか、またはこ
    れら材料の１つに他のエレメントを加えたコンパウンド
    から選択されているような複合構成要素を製作する方法
    。 にして、当該複合構成要素部分は本体を有しており、こ
    の本体は、本体の少なくとも一方の側面に接合された本
    体とは異なる材料の表面層を備え、この切離し作業が前
    記表面層の平面に直交する位置で行なわれ、また複合構
    成部分は後で鍛造されるかまたは機械加工されるような
    複合構成要素。
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