JPH0457417B2 - - Google Patents

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JPH0457417B2
JPH0457417B2 JP60255809A JP25580985A JPH0457417B2 JP H0457417 B2 JPH0457417 B2 JP H0457417B2 JP 60255809 A JP60255809 A JP 60255809A JP 25580985 A JP25580985 A JP 25580985A JP H0457417 B2 JPH0457417 B2 JP H0457417B2
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United Technologies Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/36—Making machine elements wheels; discs with blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing 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
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、金属加工法に係り、更に詳細には部
位により機械的性質の異なる物品を製造する方法
に係る。特に本発明は超合金製のタービンデイス
クの製造に係る。
背景技術 一般に金属物品は幾つかの性質の組合せを有し
ていることが必要とされ、要求される特性は物品
の部位により異なる。単一種類の材料が物品全体
に亘り要求される種々の特性を充足することもあ
るが、一般には単一種類の材料にて物品に要求さ
れる全ての特性を満たすことは不可能である。か
かる場合に物品の一部が或る材料にて形成され、
物品の他の部分が他の材料にて形成された複合物
品を使用することが知られており、この場合物品
の種々の部分に必要とされる特性に応じて種々の
材料が選定される。
しかし複合物品を使用することが不可能なこと
もある。例えばガスタービンエンジンに於ては、
ブレードを支持するデイスクは比較的高温の環境
に於て高速度にて回転する。デイスクがその外周
部、即ちリム部に於て到達する温度は1500〓
（816℃）程度の高い温度であるのに対し、デイス
クが装着されるシヤフトを囲繞するインナボア部
に於てデイスクが到達する温度は一般的にはもつ
と低く1000〓（538℃）より低い温度である。一
般に作動に於てはデイスクは高温度に到達するリ
ム領域に於ては材料のクリープ特性により制限さ
れ、比較的温度の低いボア領域に於ては材料の引
張り特性により制限される。デイスクが受ける応
力はその大部分が回転の結果生じるものであるの
で、特性が不十分である領域に於てデイスクに単
に材料を付加することは一般に満足し得る解決策
ではない。何故ならば、材料の付加によりデイス
クの他の領域に於ける応力が増大されるからであ
る。デイスクのリム部及びボア部を互いに異なる
材料にて形成し、これら互いに異なる材料を互い
に接合することが従来より提案されている。しか
しかかる方法は有望な方法ではない。何故なら
ば、高応力に対する耐久性が信頼できるような要
領にて異なる材料を互いに接合することは困難で
あるからである。
従つて本発明の一つの目的は、単一の合金組成
の金属より成り、部位により特性の異なる金属物
品を提供することである。
本発明の他の一つの目的は、単一の合金組成の
金属より成り、物品の一部が熱間加工された組織
を有し物品の他の一部が冷間加工又は温間加工さ
れた組織を有する金属物品を提供することであ
る。
本発明の更に他の一つの目的は、ボア領域に於
ては最適の引張り特性を有しリム領域に於ては最
適のクリープ特性を有するガスタービンエンジン
用のデイスクを提供することである。
本発明の更に他の一つの目的は、上述の如き物
品を製造する方法を提供することである。
発明の開示 上述の如き目的は、最初の原料より物品を形成
する際に、熱間加工工程を使用して物品の一部を
実質的に最終形状とし、他の一部を過剰寸法の状
態のままにしておくことによつて達成される。次
いで物品は微細結晶材料よりも耐クリープ性の高
い粗大結晶組織を形成すべく、ガンマプライムソ
ルバス温度に近い温度にて熱処理される。次いで
温間加工により過剰寸法の部分を所望の最終形状
に寸法低減し、先に形成された熱間加工され熱処
理された領域に見られる組織よりも微細な組織を
温間加工された領域に形成する。
本発明は下記の表１に示された組成のニツケル
基超合金にて形成されたタービンデイスクに関し
開発されたものである。しかし本発明は当業者に
より広範囲の種々の金属材料に対し適用されてよ
いものである。
表 １ 広い範囲 IN100の公称組成 Cr ８〜21％ 12.4％ Co 10〜16％ 18.5％ Mo 2.5〜6.0％ 3.2％ Al １〜６％ 5.0％ Ti 2.5〜5.0％ 4.3％ Ｃ 0.05〜0.2％ 0.07％ Ｂ 0.015〜0.035％ 0.02％ Zr 0.04〜0.10％ 0.06％ Ｖ ０〜１％ 0.08％ Hf ０〜１％ −− Ta ０〜５％ −− Cb ０〜５％ −− Ｗ＋Ta＋Cb＋Mo 2.5〜10％ 3.2％ Ni 残部 残部 ニツケル基超合金の場合には、強化作用をなす
ガンマプライム相を析出させるべく、制御された
速度にて物品を室温にまで冷却することにより、
又は物品を室温にまで一気に冷却し、次いで一つ
以上の時効温度に再加熱することにより、温間加
工工程後に直接時効処理されてよい。かくして得
られる物品はその一部に於ては温間加工された組
織を有し、他の一部に於ては粗大結晶の熱間加工
された組織を有する。粗大結晶の熱間加工された
部分はクリープ応力に抗するよう使用され、温間
加工された部分は引張り応力に抗するよう使用さ
れる。耐クリープ性を有する熱間加工された領域
は1500〓（816℃）程度の高温度に於て機能し、
かかる高温度に於てクリープに抗するよう使用さ
れ、温間加工された領域は約1000〓（538℃）以
下の温度に於て引張り応力に抗するよう使用され
る。
特に本発明は、材料のクリープ特性により制限
されることが多いリム領域が高温度にて機能し、
材料の引張り特性により制限されることが多いが
ボア領域が比較的低温に於て機能するガスタービ
ンエンジンのデイスクの製造に適用される。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。
発明を実施するための最良の形態 これより本発明を、上掲の表１に公称組成が示
されたIN100として知られたニツケル基超合金に
てガスタービンエンジン用デイスクを製造するこ
とに関し説明する。この実施例の目的は、高引張
り特性を有するようボア領域に於ては温間加工さ
れた組織を有し、良好なクリープ特性を有するよ
うリム領域に於ては熱間加工された粗大な組織を
有するデイスクを製造することである。
第３図はデイスクの所望の最終形状を示してお
り、特に実線は所望の最終鍛造形状を示してお
り、仮想線は機械加工後の典型的なデイスク形状
を示している。
第１図は加工開始時の形態を示しており、この
加工片は第２図に示された形態に所定形状の金型
内にて熱間加工される。第１図の形態は鍛造され
た材料、超密化された金属粉末、又は鋳物であつ
てよい。第２図の形態は鍛造中に於ける材料流動
が可能であるよう過剰寸法のボアを有している。
熱間加工工程は毎分約0.1〜0.5in／in（0.1〜0.5
cm／cm）の歪み速度にて上述の合金について典型
的な温度である1975〜2000〓（1079〜1093℃）の
温度にて行われる。米国特許第3519503号に開示
されたプロセスが採用されることが好ましい。こ
のプロセスは加工されるべき材料中に低強度及び
高延性の一時的状態を発生させ維持する条件下に
て行われる実質的に等温鍛造の一つである。第２
図に示された形態はボアの周りに過剰寸法の領
域、即ち所望の最終形状とするには少なくとも約
25％の厚さ低減が必要である領域を有するよう設
計されている。この25％の厚さの低減によりボア
周辺の厚み全体に亘り温間加工が行われる。
熱間加工された半完成物品はその後結晶を粗大
化させるべく約2100〓（1149℃）にて約４時間に
亘り熱処理される。ボア領域の加工は毎分約
0.1in／in（0.1cm／cm）よりも高い歪み速度にて約
1700〓（927℃）の温度に於て行われる。（必要と
される力は先に行われる熱間加工工程に於て必要
とされる力よりも実質的に大きい）。リム領域は
粗大な結晶組織を有し約155ksi（約109Kg／mm2）の
降伏強さを有する熱間加工された状態にあり、ク
リープに抗するよう使用される。またボア領域は
温間加工された状態にあり、約180ksi（約127Kg／
mm2）の降伏強さを有している。従つてリム領域は
クリープ変形に抗するよう使用され、ボア領域は
デイスクの破裂による損傷を惹起すことがある引
張り荷重に抗するよう使用される。
デイスクのリム領域はボア領域よりも高い温度
にて機能するが、ボア領域及びリム領域の何れも
再結晶又は結晶成長を惹起こすほど高い温度には
到達しないことに留意されたい。
或る特定の合金系に於ては、熱間加工と温間加
工との間の差異は、熱間加工中には、熱間加工工
程後に於ける最終的な組織が冷間加工又は温間加
工により形成される転位密度ほど高くはない転位
密度を有するようになる速度にて動的な再結晶化
が発生するということである。温間加工された組
織は種々の力学的性質の変化を惹起す実質的に高
い転位密度を有している。再結晶化温度は正確な
量ではなく、変形条件及び合金のそれまでの経緯
に依存する。しかし析出硬化型合金系の場合に
は、熱間加工より温間加工を区別する温度は典型
的にはガンマプライムソルバス温度の近傍にあ
る。何故ならばガンマプライムソルバス温度より
も高い温度に於ては、強化作用をなすガンマプラ
イム相が溶解し、転位及び再結晶により生じた結
晶粒界の移動を許すようになるからである。
物品の強度は温間加工温度より直接時効処理す
ることによつて増大される。ニツケル基超合金の
如き析出硬化合金系に於て最適の力学的性質を得
るためには、析出相を部分的に又は完全に溶解さ
せ、次いで析出ソルバス温度以下の一つ以上の温
度に於て時効処理することにより制御された態様
にて析出相を再析出させるべく、ガンマプライム
ソルバス温度近傍に於て合金を溶体化処理するこ
とが望ましいが、本発明の場合には完全な溶体化
は不可能である。何故ならば、完全に溶体化させ
るためには温間加工された領域が再結晶化し、デ
イスク全体が粗大結晶の再結晶組織となるからで
ある。しかし完全な析出硬化プロセスにより得ら
れる強さの実質的な部分は温間加工温度より直接
時効処理することにより得られる。かくして例え
ば1700〓（927℃）に於ける変形工程後に、デイ
スクが室温にまで冷却され、次いでボア領域の強
度を向上させるべく1100〜1400〓（593〜760℃）
の適宜な温度にて時効処理されてよい。
特性を向上させる他の一つの方法は、更に結晶
を粗大化すべくリム部を熱処理することである。
このことはリム部の結晶組織を粗大化すべくリム
部を局部的に加熱することによつて行われる。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図はデイスクを形成するための典型的なプ
レフオームを示す断面図である。第２図は半完成
状態のデイスクを示す断面図である。第３図は完
成したデイスクの形態を示す断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 部位により異る特性を有するよう制御された
    金属部品を製造する方法にして、 所望の最終形状に比して少なくとも実質的に25
    ％過剰寸法である物品の一部を除き前記所望の最
    終形状に近似する第一の形状に物品全体を熱間加
    工する過程と、 結晶の大きさを増大させるべく前記物品を熱処
    理する過程と、 前記物品の前記過剰寸法の部分を最終形状に温
    間加工する過程と、 を含み、これにより前記物品の熱間加工された部
    分が高い耐クリープ特性を有し、前記物品の温間
    加工された部分が高い耐引張特性を有するように
    する方法。 ２ クリープに対する耐久性を有する熱間加工さ
    れた組織からなるリム部と、破裂を発生する引張
    力に対する耐久性を有する温間加工された組織か
    らなるボア部とを有する単一の合金組成のニツケ
    ル基超合金製ガスタービンエンジンデイスク。
JP60255809A 1984-12-18 1985-11-14 金属物品の製造方法 Granted JPS61144233A (ja)

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US06/682,968 US4608094A (en) 1984-12-18 1984-12-18 Method of producing turbine disks
US682968 1991-04-10

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JPS61144233A JPS61144233A (ja) 1986-07-01
JPH0457417B2 true JPH0457417B2 (ja) 1992-09-11

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FR (1) FR2574686B1 (ja)
GB (1) GB2168268B (ja)
IL (1) IL76658A0 (ja)
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