JPH05169323A - 鍛造製品の接合補修方法 - Google Patents
鍛造製品の接合補修方法Info
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- JPH05169323A JPH05169323A JP3224706A JP22470691A JPH05169323A JP H05169323 A JPH05169323 A JP H05169323A JP 3224706 A JP3224706 A JP 3224706A JP 22470691 A JP22470691 A JP 22470691A JP H05169323 A JPH05169323 A JP H05169323A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 合金等の高強度、高温特性を要求される材料
の補修を、補修部分の機械的特性を他の部分の機械的特
性と同等又はそれ以上として、従来廃棄を余儀なくされ
ていたような、超合金製部品等の補修を可能とする。 【構成】 被補修材料の補修部分に、補修よりも大きい
所定の均一径の補修孔を形成し、前記補修孔の内周面の
付着物を除去し、少なくとも被補修材料の材料の持つ機
械的特性と同等の機械的特性を持つ材料によって形成さ
れ、その補修孔内表面に対向する表面の付着物が除去さ
れるとともに、前記補修孔の径よりも僅かに小径の均一
な径を有するプラグ部材を、その軸方向の両端を被補修
材料の面より突出させた状態で前記補修孔に挿入し、前
記プラグ部材及び前記被補修材料の補修孔の周辺部を、
プラグ部材が変形可能となり、軟化し、金属フローの移
動が可能となり従ってプラグ部材と補修孔内周面の固相
接着が可能な温度に局部的に加熱しながら、前記プラグ
部材の両端に加圧力を負荷するようにしたことを特徴と
する金属製の被補修材料の孔補修方法が提供される。
の補修を、補修部分の機械的特性を他の部分の機械的特
性と同等又はそれ以上として、従来廃棄を余儀なくされ
ていたような、超合金製部品等の補修を可能とする。 【構成】 被補修材料の補修部分に、補修よりも大きい
所定の均一径の補修孔を形成し、前記補修孔の内周面の
付着物を除去し、少なくとも被補修材料の材料の持つ機
械的特性と同等の機械的特性を持つ材料によって形成さ
れ、その補修孔内表面に対向する表面の付着物が除去さ
れるとともに、前記補修孔の径よりも僅かに小径の均一
な径を有するプラグ部材を、その軸方向の両端を被補修
材料の面より突出させた状態で前記補修孔に挿入し、前
記プラグ部材及び前記被補修材料の補修孔の周辺部を、
プラグ部材が変形可能となり、軟化し、金属フローの移
動が可能となり従ってプラグ部材と補修孔内周面の固相
接着が可能な温度に局部的に加熱しながら、前記プラグ
部材の両端に加圧力を負荷するようにしたことを特徴と
する金属製の被補修材料の孔補修方法が提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、チタン又は超合金製
のガスタービンエンジン部品の破損、取付位置の誤り、
アライメントの誤差、誤穿孔等を補修するための技術に
関するものである。
のガスタービンエンジン部品の破損、取付位置の誤り、
アライメントの誤差、誤穿孔等を補修するための技術に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】今日において、静的、機械的な接着接合
を行うことが出来ない超合金製品の欠損、孔等を補修す
るための技術は未だに開発されていない。
を行うことが出来ない超合金製品の欠損、孔等を補修す
るための技術は未だに開発されていない。
【０００３】ガスタービンエンジンは、主に航空機の推
進機としての推進力発生手段として広く使用されてい
る。こうしたガスタービンエンジンに使用される殆どの
部品には、高温と高応力が作用するので、これらの部品
は強度及び耐熱性に優れた超合金又はチタン合金によっ
て製造されている。さらに、こうした高熱下で動作し
て、高応力が作用される部品の製造においては、所望の
特性を得るために材料を熱間処理することが必要とな
る。
進機としての推進力発生手段として広く使用されてい
る。こうしたガスタービンエンジンに使用される殆どの
部品には、高温と高応力が作用するので、これらの部品
は強度及び耐熱性に優れた超合金又はチタン合金によっ
て製造されている。さらに、こうした高熱下で動作し
て、高応力が作用される部品の製造においては、所望の
特性を得るために材料を熱間処理することが必要とな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術において、こ
うした熱間処理された材料を、その高温特性を大きく損
なわずに補修することは困難なものとされていた。例え
ば、γ−鉄含有量の高いニッケル超合金（high volume
fraction gamm prime nickel-base superalloys）は、
経年歪による亀裂発生の虞れがあるため溶接を行うこと
が出来ない。
うした熱間処理された材料を、その高温特性を大きく損
なわずに補修することは困難なものとされていた。例え
ば、γ−鉄含有量の高いニッケル超合金（high volume
fraction gamm prime nickel-base superalloys）は、
経年歪による亀裂発生の虞れがあるため溶接を行うこと
が出来ない。
【０００５】軸流型の大型ガスタービンエンジンのコン
プレッサ部及びタービン部は、それぞれ多段構造となっ
ており、そのそれぞれには多数のエアフォイル形状のブ
レードを植設したディスク又はリングが設けられてい
る。これらのブレード、ディスク、リングは回転軸に取
り付けられて回転駆動され、苛酷な動作条件で動作す
る。歴史的に、ブレードとディスク又はリング機構は別
部品として製造され、機械的に連結されている。これに
より、ブレードとディスク又はリングを別材料で製造す
ることが可能となるが、その一方で、ブレードのディス
ク又はリングへの組付けにアッタッチメントが必要とな
り、組み立てられたブレードユニットの重量を大幅に増
加させる問題を生じている。
プレッサ部及びタービン部は、それぞれ多段構造となっ
ており、そのそれぞれには多数のエアフォイル形状のブ
レードを植設したディスク又はリングが設けられてい
る。これらのブレード、ディスク、リングは回転軸に取
り付けられて回転駆動され、苛酷な動作条件で動作す
る。歴史的に、ブレードとディスク又はリング機構は別
部品として製造され、機械的に連結されている。これに
より、ブレードとディスク又はリングを別材料で製造す
ることが可能となるが、その一方で、ブレードのディス
ク又はリングへの組付けにアッタッチメントが必要とな
り、組み立てられたブレードユニットの重量を大幅に増
加させる問題を生じている。
【０００６】ガスタービンエンジンの性能向上に対する
要求に伴って、一体にブレードを設けたロータが必要と
なってきている。ブレードは、低強度、高延性条件で恒
温鍛造によりロータと一体に成形されるか、もしくは冶
金的にディスクに接着されて、ロータと一体化される。
いずれの方法においても、機械的なジョントが不要とな
る結果、ロータ総体の重量を軽減することが可能とな
る。
要求に伴って、一体にブレードを設けたロータが必要と
なってきている。ブレードは、低強度、高延性条件で恒
温鍛造によりロータと一体に成形されるか、もしくは冶
金的にディスクに接着されて、ロータと一体化される。
いずれの方法においても、機械的なジョントが不要とな
る結果、ロータ総体の重量を軽減することが可能とな
る。
【０００７】高性能でかつ軽量化への要求の高まりに答
えるため、例えばタービン部等の多くのガスタービンエ
ンジンの部品が一体に形成されるようになってきてい
る。こうした一体化された部品を使用することの大きな
利点の一つは、軽量化とそれに付随した燃料消費の削減
であり、また、これとともに機械的な取付によって生じ
る応力集中も回避でき、部品の長寿命化も期待できる点
である。
えるため、例えばタービン部等の多くのガスタービンエ
ンジンの部品が一体に形成されるようになってきてい
る。こうした一体化された部品を使用することの大きな
利点の一つは、軽量化とそれに付随した燃料消費の削減
であり、また、これとともに機械的な取付によって生じ
る応力集中も回避でき、部品の長寿命化も期待できる点
である。
【０００８】ガスタービンエンジンにおいては、その構
成部品を他の部品とボルトによって連結している。ボル
トにより連結される部材には、適切な位置に高精度のド
リル孔が形成される。こうしたドリル孔の穿孔位置に誤
りがあった場合、又は対応する部品のドリル孔に整合し
ない場合、穿孔に誤りがあった場合、及び使用中に部材
に破損が生じた場合、こうした部品の多くは使用不能と
なる。これは、ロータディスク単体においても相当に高
価のものであり、その廃棄が大きな損失となることは明
かであるが、これがブレードを一体形成したロータの場
合にはより一層損失が大きくなる。従って、こうした不
良率を見込んだ場合、組立以前にかかるコストも膨大と
なる。殊に、個別の製品の価格の上昇に伴って、こうし
た加工又は接合ミスは大きな問題となる。
成部品を他の部品とボルトによって連結している。ボル
トにより連結される部材には、適切な位置に高精度のド
リル孔が形成される。こうしたドリル孔の穿孔位置に誤
りがあった場合、又は対応する部品のドリル孔に整合し
ない場合、穿孔に誤りがあった場合、及び使用中に部材
に破損が生じた場合、こうした部品の多くは使用不能と
なる。これは、ロータディスク単体においても相当に高
価のものであり、その廃棄が大きな損失となることは明
かであるが、これがブレードを一体形成したロータの場
合にはより一層損失が大きくなる。従って、こうした不
良率を見込んだ場合、組立以前にかかるコストも膨大と
なる。殊に、個別の製品の価格の上昇に伴って、こうし
た加工又は接合ミスは大きな問題となる。
【０００９】こうした孔を補修するために従来はしばし
ば機械的な手段が用いられてきているが、その補修範囲
は極限られたものとなっており、今日のガスタービンエ
ンジンに使用されている超合金、チタン等に較べて強
度、温度特性の低い部材のみに適用可能となっている。
例えば、シツラー（Ｓｉｔｚｌｅｒ）に付与されたアメ
リカ特許第２，０１０，５６９号には特別の形状のプラ
グ部材を用いて板材に形成された孔を閉塞する技術が開
示されている。この技術に用いられるプラグ部材は、円
筒形の本体部と中央の大径部とで構成されており、この
プラグ部材を孔に圧入して孔を拡開させて、プレス時に
プラグ部材の突出ショルダ部によりプラグ部材が孔内に
固定されるように構成されている。プラグ部材と板材は
基本的に同一の材料で形成される。この方法は、熱処理
を行わないスチームプレート等に使用するのに適してい
る。
ば機械的な手段が用いられてきているが、その補修範囲
は極限られたものとなっており、今日のガスタービンエ
ンジンに使用されている超合金、チタン等に較べて強
度、温度特性の低い部材のみに適用可能となっている。
例えば、シツラー（Ｓｉｔｚｌｅｒ）に付与されたアメ
リカ特許第２，０１０，５６９号には特別の形状のプラ
グ部材を用いて板材に形成された孔を閉塞する技術が開
示されている。この技術に用いられるプラグ部材は、円
筒形の本体部と中央の大径部とで構成されており、この
プラグ部材を孔に圧入して孔を拡開させて、プレス時に
プラグ部材の突出ショルダ部によりプラグ部材が孔内に
固定されるように構成されている。プラグ部材と板材は
基本的に同一の材料で形成される。この方法は、熱処理
を行わないスチームプレート等に使用するのに適してい
る。
【００１０】一方、クロスマン（Ｃｒｏｓｓｍａｎ）等
に付与されたアメリカ特許第３，９５２，３９５号に
は、空気圧装置、油圧装置のドリル孔を密閉するために
ボールを圧入し、このボールを焼くことによりワークピ
ースのドリル孔周辺部が収縮してボール表面を覆うよう
にする技術が提案されている。この場合、ボールはワー
クピースよりも硬質の材料で形成され、その寸法は孔よ
りも僅かに大きく形成される。熱処理は使用していな
い。
に付与されたアメリカ特許第３，９５２，３９５号に
は、空気圧装置、油圧装置のドリル孔を密閉するために
ボールを圧入し、このボールを焼くことによりワークピ
ースのドリル孔周辺部が収縮してボール表面を覆うよう
にする技術が提案されている。この場合、ボールはワー
クピースよりも硬質の材料で形成され、その寸法は孔よ
りも僅かに大きく形成される。熱処理は使用していな
い。
【００１１】また、ウエーバー（Ｗｅｂｅｒ）に付与さ
れたアメリカ特許第３，５２２，６４８号には、延性の
ボール又は金属スラグにより孔を密閉することが開示さ
れている。この場合には、球状のボールは変形され、押
しつぶされて緊密に孔周面に当接して、孔の円筒状周面
と機械的な金属間接合接着を形成する。ボールは、鋳造
によって形成されるものよりも僅かに大きな延性を有す
る材料で形成され、容易に変形される。なお、この技術
においても熱処理は使用されていない。
れたアメリカ特許第３，５２２，６４８号には、延性の
ボール又は金属スラグにより孔を密閉することが開示さ
れている。この場合には、球状のボールは変形され、押
しつぶされて緊密に孔周面に当接して、孔の円筒状周面
と機械的な金属間接合接着を形成する。ボールは、鋳造
によって形成されるものよりも僅かに大きな延性を有す
る材料で形成され、容易に変形される。なお、この技術
においても熱処理は使用されていない。
【００１２】エリー（Ｅｌｙ）に付与されたアメリカ特
許第３，４８７，５３０号には、鋳造物の補修方法が開
示されており、穿孔作業によって発生した欠陥は、穿孔
部にプラグ部材を嵌入することで埋められる。プラグ部
材の鋳造品間は拡散性の接着剤によって接着される。接
着後に余分なプラグ部材が除去される。この方法は、超
合金及び耐火性金属鋳造品の装飾又は表面補修の方法と
して開発されたもので、従来の融解処理によって生じる
亀裂の発生を防止するものである。この方法の一つの実
施例によれば、補修する欠陥をドリル等により穿孔して
円錐形状の開口又は孔に形成し、対応するテーパ状の周
面を持つプラグ部材をこれにハンマ等によって打ち込ん
で密封するように構成されている。いずれの場合におい
ても、拡散ボンドが、鋳造品又はプラグ部材の融点又は
降伏点に達すること無く発生される。また、この方法は
摩擦溶接によっても実施可能である。
許第３，４８７，５３０号には、鋳造物の補修方法が開
示されており、穿孔作業によって発生した欠陥は、穿孔
部にプラグ部材を嵌入することで埋められる。プラグ部
材の鋳造品間は拡散性の接着剤によって接着される。接
着後に余分なプラグ部材が除去される。この方法は、超
合金及び耐火性金属鋳造品の装飾又は表面補修の方法と
して開発されたもので、従来の融解処理によって生じる
亀裂の発生を防止するものである。この方法の一つの実
施例によれば、補修する欠陥をドリル等により穿孔して
円錐形状の開口又は孔に形成し、対応するテーパ状の周
面を持つプラグ部材をこれにハンマ等によって打ち込ん
で密封するように構成されている。いずれの場合におい
ても、拡散ボンドが、鋳造品又はプラグ部材の融点又は
降伏点に達すること無く発生される。また、この方法は
摩擦溶接によっても実施可能である。
【００１３】ガスタービンエンジンのコンプレッサ部又
はタービン部におけるディスク部及びドラム部は、温度
及び応力の双方においてそれらの特性の上限値近傍で動
作する。従って、こうした部材の補修においては、補修
部の強度が他の部分と同程度の温度及び応力特性を有し
ていることが必要となる。また、耐疲労性、耐破裂性及
び材料寿命等も、部材の他の部分と同等であることが必
要である。
はタービン部におけるディスク部及びドラム部は、温度
及び応力の双方においてそれらの特性の上限値近傍で動
作する。従って、こうした部材の補修においては、補修
部の強度が他の部分と同程度の温度及び応力特性を有し
ていることが必要となる。また、耐疲労性、耐破裂性及
び材料寿命等も、部材の他の部分と同等であることが必
要である。
【００１４】補修の必要性は、保守及び初期の製造段階
の双方において、ディスク、ロータドラム等の単体及び
組み立てられたユニットの双方に生じる。一体構造に形
成されたユニットにおいては、取付孔の位置が正確な位
置となっていることが必要であり、穿孔精度が一層重要
になる。さらに、保守作業によりボルト孔及び取付孔は
長孔となる。
の双方において、ディスク、ロータドラム等の単体及び
組み立てられたユニットの双方に生じる。一体構造に形
成されたユニットにおいては、取付孔の位置が正確な位
置となっていることが必要であり、穿孔精度が一層重要
になる。さらに、保守作業によりボルト孔及び取付孔は
長孔となる。
【００１５】そこで、本発明の目的はこうした孔の補修
方法を提供することにある。
方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第一の構成によれば被補修材料の補修部
分に、補修よりも大きい所定の均一径の補修孔を形成
し、前記補修孔の内周面の付着物を除去し、少なくとも
被補修材料の持つ機械的特性と同等の機械的特性を持つ
材料によって形成され、その補修孔内表面に対向する表
面の付着物が除去されるとともに、前記補修孔の径より
も僅かに小径の均一な径を有するプラグ部材を、その軸
方向の両端を被補修材料の面より突出させた状態で前記
補修孔に挿入し、前記プラグ部材及び前記被補修材料の
補修孔の周辺部を、プラグ部材が変形可能となり、軟化
し、金属フローの移動が可能となり、従ってプラグ部材
と補修孔内周面の固相接着が可能な温度に局部的に加熱
しながら、前記プラグ部材の両端に加圧力を負荷するよ
うにしたことを特徴とする金属製の被補修材料の孔補修
方法が提供される。
めに、本発明の第一の構成によれば被補修材料の補修部
分に、補修よりも大きい所定の均一径の補修孔を形成
し、前記補修孔の内周面の付着物を除去し、少なくとも
被補修材料の持つ機械的特性と同等の機械的特性を持つ
材料によって形成され、その補修孔内表面に対向する表
面の付着物が除去されるとともに、前記補修孔の径より
も僅かに小径の均一な径を有するプラグ部材を、その軸
方向の両端を被補修材料の面より突出させた状態で前記
補修孔に挿入し、前記プラグ部材及び前記被補修材料の
補修孔の周辺部を、プラグ部材が変形可能となり、軟化
し、金属フローの移動が可能となり、従ってプラグ部材
と補修孔内周面の固相接着が可能な温度に局部的に加熱
しながら、前記プラグ部材の両端に加圧力を負荷するよ
うにしたことを特徴とする金属製の被補修材料の孔補修
方法が提供される。
【００１７】なお、前記プラグ部材を、その溶融温度に
対して２００°Ｆの範囲でかつ溶融温度を越えない温度
で加熱することが望ましい。また、前記の温度はプラグ
部材と補修孔内周面間の接合界面を横断して材料の再結
晶が生じるのに十分な温度とすることが好ましい。さら
に、前記プラグ部材と前記補修孔内周面の接合界面が再
結晶領域内に位置するように構成することが出来る。再
結晶される金属粒子の粒径が、再結晶領域外の金属粒子
の粒径よりも小さいことが好ましい。この場合、好まし
くは、前記再結晶した金属粒子の粒径が２．５乃至５．
０マイクロインチとする。さらに、好ましくは、鍛接終
了後に、被補修材料の表面より突出するプラグ部材を除
去する工程を設ける。
対して２００°Ｆの範囲でかつ溶融温度を越えない温度
で加熱することが望ましい。また、前記の温度はプラグ
部材と補修孔内周面間の接合界面を横断して材料の再結
晶が生じるのに十分な温度とすることが好ましい。さら
に、前記プラグ部材と前記補修孔内周面の接合界面が再
結晶領域内に位置するように構成することが出来る。再
結晶される金属粒子の粒径が、再結晶領域外の金属粒子
の粒径よりも小さいことが好ましい。この場合、好まし
くは、前記再結晶した金属粒子の粒径が２．５乃至５．
０マイクロインチとする。さらに、好ましくは、鍛接終
了後に、被補修材料の表面より突出するプラグ部材を除
去する工程を設ける。
【００１８】前記被補修材料はチタン合金製又はニッケ
ル基材超合金製とすることが出来る。
ル基材超合金製とすることが出来る。
【００１９】また、本発明の第二の構成によれば、チタ
ン合金製又はニッケル基材超合金製の被補修材料の補修
部分に、補修よりも大きい所定の均一径の補修孔を形成
し、前記補修孔の内周面の付着物を除去し、少なくとも
被補修材料と同様の材料によって形成され、その補修孔
内表面に対向する表面の付着物が除去されるとともに、
前記補修孔の径よりも約０．０００５乃至約０．００４
インチの範囲で小径の均一な径を有するプラグ部材を形
成し、前記プラグ部材を前記補修孔に挿入し、前記プラ
グ部材及び前記被補修材料の補修孔の周辺部を、局部的
に加熱しながら、前記プラグ部材の両端に加圧力を負荷
して鍛接を行い、前記被補修材料より突出しているプラ
グ部材を除去するようにしたことを特徴とするチタン合
金又はニッケル基材超合金製の被補修材料の孔補修方法
が提供される。
ン合金製又はニッケル基材超合金製の被補修材料の補修
部分に、補修よりも大きい所定の均一径の補修孔を形成
し、前記補修孔の内周面の付着物を除去し、少なくとも
被補修材料と同様の材料によって形成され、その補修孔
内表面に対向する表面の付着物が除去されるとともに、
前記補修孔の径よりも約０．０００５乃至約０．００４
インチの範囲で小径の均一な径を有するプラグ部材を形
成し、前記プラグ部材を前記補修孔に挿入し、前記プラ
グ部材及び前記被補修材料の補修孔の周辺部を、局部的
に加熱しながら、前記プラグ部材の両端に加圧力を負荷
して鍛接を行い、前記被補修材料より突出しているプラ
グ部材を除去するようにしたことを特徴とするチタン合
金又はニッケル基材超合金製の被補修材料の孔補修方法
が提供される。
【００２０】前記被補修材料はガスタービンエンジン部
品とすることが出来る。また、前記局部加熱温度は、金
属フローの移動を可能として鍛接を可能とする温度とす
ることが好ましい。なお、前記ニッケル基材超合金はマ
ー（Ｍａｒ）Ｍ合金，イン（ＩＮ）１００，インコネル
（Ｉｎｃｏｎｅｌ）合金，ワスパロイ（Ｗａｓｐａｌｏ
ｙ），アストロロイ（Ａｓｔｒｏｌｏｙ），ウディメッ
ト（Ｕｄｉｍｅｔ）合金，レン（Ｒｅｎｅ）合金，マー
ル（ＭＥＲＬ）７６等の群より選択される合金とするこ
とが出来る。また、前記チタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｍｏ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−
２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏの群より選択される合金とする
ことが出来る。
品とすることが出来る。また、前記局部加熱温度は、金
属フローの移動を可能として鍛接を可能とする温度とす
ることが好ましい。なお、前記ニッケル基材超合金はマ
ー（Ｍａｒ）Ｍ合金，イン（ＩＮ）１００，インコネル
（Ｉｎｃｏｎｅｌ）合金，ワスパロイ（Ｗａｓｐａｌｏ
ｙ），アストロロイ（Ａｓｔｒｏｌｏｙ），ウディメッ
ト（Ｕｄｉｍｅｔ）合金，レン（Ｒｅｎｅ）合金，マー
ル（ＭＥＲＬ）７６等の群より選択される合金とするこ
とが出来る。また、前記チタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｍｏ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−
２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏの群より選択される合金とする
ことが出来る。
【００２１】本発明の第三の構成によれば、周知の拡開
方法により補修部の孔を拡開して補修孔を形成し、前記
補修孔に適当な材料で形成され被補修材の状態に応じて
熱処理された補修用プラグ部材をその外周面は前記補修
孔周面に所定の間隔を存して配設され、かつその両端部
が前記補修孔より突出するように挿入し、前記補修用プ
ラグ部材を予備加圧しながら、材料に再結晶を生じる材
料の融点よりも低い温度で局部的に加熱し、加熱状態で
前記補修用プラグ部材に予備加圧よりも大きな圧力を負
荷してプラグ部材に塑性変形を生じさせるとともに、補
修孔内周面によりプラグ部材の変形を規制することによ
りプラグ部材と補修孔内周面間の接合界面に再結晶を生
じさせて、鍛接を行い、補修孔の端部より突出する余剰
のプラグ部材材料を除去するように構成して、補修用プ
ラグ部材を用いて被補修部材の孔を閉塞し、これを熱間
処理して粒子が細かく歪のない金属粒子を前記プラグ部
材と補修孔内周面との接合界面を横断して再結晶させる
ことにより鍛接するようにしたことを特徴とする金属に
形成した孔の補修方法が提供される。
方法により補修部の孔を拡開して補修孔を形成し、前記
補修孔に適当な材料で形成され被補修材の状態に応じて
熱処理された補修用プラグ部材をその外周面は前記補修
孔周面に所定の間隔を存して配設され、かつその両端部
が前記補修孔より突出するように挿入し、前記補修用プ
ラグ部材を予備加圧しながら、材料に再結晶を生じる材
料の融点よりも低い温度で局部的に加熱し、加熱状態で
前記補修用プラグ部材に予備加圧よりも大きな圧力を負
荷してプラグ部材に塑性変形を生じさせるとともに、補
修孔内周面によりプラグ部材の変形を規制することによ
りプラグ部材と補修孔内周面間の接合界面に再結晶を生
じさせて、鍛接を行い、補修孔の端部より突出する余剰
のプラグ部材材料を除去するように構成して、補修用プ
ラグ部材を用いて被補修部材の孔を閉塞し、これを熱間
処理して粒子が細かく歪のない金属粒子を前記プラグ部
材と補修孔内周面との接合界面を横断して再結晶させる
ことにより鍛接するようにしたことを特徴とする金属に
形成した孔の補修方法が提供される。
【００２２】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。
【００２３】本発明は、ニッケルを基材とする合金又は
チタン等の高応力、高温度材料の破損又は不適切な孔等
の補修をする方法を提供するもので、さらに、上記した
ような材料の部材に形成されるボルト孔、冷却孔、ガイ
ド通路等の補修にも使用することが出来る。本発明は、
特にチタンを基材とする合金及び焼き入れ不能なニッケ
ル基材超合金及び急速焼き入れ可能なニッケル基材超合
金の補修に特に適した方法を提供する。本発明の補修方
法の対象となる合金は、例えばマー（Ｍａｒ）Ｍ３０
０，イン（ＩＮ）１００，インコネル（Ｉｎｃｏｎｅ
ｌ）７１８，ワスパロイ（Ｗａｓｐａｌｏｙ），アスト
ロロイ（Ａｓｔｒｏｌｏｙ），ウディメット（Ｕｄｉｍ
ｅｔ）５００，レン（Ｒｅｎｅ）４１，インコネルＸ，
インコネル６２５，マール（ＭＥＲＬ）７６等の合金で
ある。チタン合金は、アルファ、アルファーベータ又は
ベータチタン合金である。頻繁に使用されるチタン合金
は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｍｏ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１
Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ及びこれら
と同等な性質及び組成の合金である。
チタン等の高応力、高温度材料の破損又は不適切な孔等
の補修をする方法を提供するもので、さらに、上記した
ような材料の部材に形成されるボルト孔、冷却孔、ガイ
ド通路等の補修にも使用することが出来る。本発明は、
特にチタンを基材とする合金及び焼き入れ不能なニッケ
ル基材超合金及び急速焼き入れ可能なニッケル基材超合
金の補修に特に適した方法を提供する。本発明の補修方
法の対象となる合金は、例えばマー（Ｍａｒ）Ｍ３０
０，イン（ＩＮ）１００，インコネル（Ｉｎｃｏｎｅ
ｌ）７１８，ワスパロイ（Ｗａｓｐａｌｏｙ），アスト
ロロイ（Ａｓｔｒｏｌｏｙ），ウディメット（Ｕｄｉｍ
ｅｔ）５００，レン（Ｒｅｎｅ）４１，インコネルＸ，
インコネル６２５，マール（ＭＥＲＬ）７６等の合金で
ある。チタン合金は、アルファ、アルファーベータ又は
ベータチタン合金である。頻繁に使用されるチタン合金
は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｍｏ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１
Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ及びこれら
と同等な性質及び組成の合金である。
【００２４】こうした材料は、しばしばガスタービンエ
ンジンの部品の製造に使用される。図１には、上記のよ
うな材料によって形成されるガスタービンエンジンの一
例としてブレードを一体に形成したコンプレッサディス
ク１が示されている。このコンプレッサディスク１に
は、そのフランジ３にボルト孔２が形成されており、こ
のボルト孔２に挿通するボルトによりエンジンの付属部
品に連結される。不規則な孔４は、破損した孔を示して
いる。なお、形成位置を誤ってしまった孔や対応する孔
と整合していない孔の補修に関しても同様の要領で補修
を行うことが出来るのである。また、コンプレッサディ
スクに関して、以下に本発明の補修方法を例示するが、
本発明は、ボルト結合等によって結合される種々のガス
タービンエンジン部品及びこれらと同等の強度特性及び
高温特性を要求される例えばタービンボイラ、熱交換
器、板材、ノズル、圧力室等を構成する銅合金、鉄合金
コバルト基材超合金、マグネシウム合金、アルミニウム
合金、ニオブ合金等の超合金等の合金性部材の補修にも
当然適用可能である。
ンジンの部品の製造に使用される。図１には、上記のよ
うな材料によって形成されるガスタービンエンジンの一
例としてブレードを一体に形成したコンプレッサディス
ク１が示されている。このコンプレッサディスク１に
は、そのフランジ３にボルト孔２が形成されており、こ
のボルト孔２に挿通するボルトによりエンジンの付属部
品に連結される。不規則な孔４は、破損した孔を示して
いる。なお、形成位置を誤ってしまった孔や対応する孔
と整合していない孔の補修に関しても同様の要領で補修
を行うことが出来るのである。また、コンプレッサディ
スクに関して、以下に本発明の補修方法を例示するが、
本発明は、ボルト結合等によって結合される種々のガス
タービンエンジン部品及びこれらと同等の強度特性及び
高温特性を要求される例えばタービンボイラ、熱交換
器、板材、ノズル、圧力室等を構成する銅合金、鉄合金
コバルト基材超合金、マグネシウム合金、アルミニウム
合金、ニオブ合金等の超合金等の合金性部材の補修にも
当然適用可能である。
【００２５】補修作業を行う準備として、まず図２に示
すように、補修部分に大径の円形孔５が形成される。図
２より明かなように、この円形孔５は、通常のボルト孔
２よりも大きな径で形成される。円形孔５の径は、予定
される接着接合範囲に応じた径に応じて、補修部分の全
部を除去するように設定される。補修部分の除去は、周
知の、例えばドリル穿孔等によって行われる。次いで、
円形孔の周面部に接着を容易とするための処理が施され
る。これは、通常塵埃、グリース、穿孔くず等の付着物
の除去や、表面の酸化処理を含んでいる。こうした周面
の処理も、周知の表面研磨、穿孔の仕上げ処理、選択的
な化学エッチング等の処理方法を用いて行われる。
すように、補修部分に大径の円形孔５が形成される。図
２より明かなように、この円形孔５は、通常のボルト孔
２よりも大きな径で形成される。円形孔５の径は、予定
される接着接合範囲に応じた径に応じて、補修部分の全
部を除去するように設定される。補修部分の除去は、周
知の、例えばドリル穿孔等によって行われる。次いで、
円形孔の周面部に接着を容易とするための処理が施され
る。これは、通常塵埃、グリース、穿孔くず等の付着物
の除去や、表面の酸化処理を含んでいる。こうした周面
の処理も、周知の表面研磨、穿孔の仕上げ処理、選択的
な化学エッチング等の処理方法を用いて行われる。
【００２６】図３に円形孔５に嵌入された状態で示すプ
ラグ部材６は、好ましくはフランジ３の円形孔５周辺部
の材料と同一材料で形成され、好ましくは周囲の材料の
材料特性に出来る限り近い材料特性とするために熱処理
される。しかしながら、材料の用途に応じて、円形孔５
の周辺部とは異なる要領で熱処理され及び／又は異なる
組成の材料で形成されたプラグ部材６を使用することも
可能である。従って、補修する部材と異なる組成又は異
なる処理を施されたプラグ部材の使用も可能である。な
お、この場合には、補修する部材の使用目的、機能等に
応じて要求される特性及び接合強度の接着接合を形成す
ることを妨げないことが条件となる。
ラグ部材６は、好ましくはフランジ３の円形孔５周辺部
の材料と同一材料で形成され、好ましくは周囲の材料の
材料特性に出来る限り近い材料特性とするために熱処理
される。しかしながら、材料の用途に応じて、円形孔５
の周辺部とは異なる要領で熱処理され及び／又は異なる
組成の材料で形成されたプラグ部材６を使用することも
可能である。従って、補修する部材と異なる組成又は異
なる処理を施されたプラグ部材の使用も可能である。な
お、この場合には、補修する部材の使用目的、機能等に
応じて要求される特性及び接合強度の接着接合を形成す
ることを妨げないことが条件となる。
【００２７】プラグ部材６の寸法は、円形孔５に緊密に
嵌合するように設定されるが、好ましくは０．０００５
インチ乃至０．００４インチ円形孔５よりも小径に形成
する。なお、さらに好ましくは、プラグ部材６の寸法を
０．００１インチ乃至０．００２インチの範囲で円形孔
５よりも小径に形成する。プラグ部材６と円形孔５の接
合面間における強力な接合接着を得るためには、この接
合誤差が微小であることが必要である。このプラグ部材
６の表面も接合接着を容易とするために、円形孔の内周
面と同様に処理される。図３に示すように、プラグ部材
６は、フランジ３の両面より両端を突出させた状態で円
形孔５に嵌合される。この際の、プラグ部材６のフラン
ジ面からの突出量は、少なくとも０．０２５インチと
し、好ましくは約０．０８０インチとする。しかしなが
ら、鍛造接着を行う場合、０．０２０乃至０．１００の
範囲の突出量であれば、押しつぶした状態で良好な接合
接着が得られる。これは、プラグ部材６の長さをフラン
ジの両側面より突出する部分７，８が、プラグ部材の押
しつぶし変形時に生じる金属フローの変化により、円形
孔５の内周面に緊密にプラグ部材が接合して良好な接合
接着を行い得る量の材料を円形孔内に位置する部分に供
給できるようにすることにより、接合結果を得ることが
出来るとの知見に基づくものである。短いプラグ部材を
使用することも可能ではあるが、この場合接合接着強度
が小さくなり、場合によっては円形孔の全部をプラグ部
材によって埋めることが出来ず、結果としてフランジ３
に凹部が形成されることとなる。
嵌合するように設定されるが、好ましくは０．０００５
インチ乃至０．００４インチ円形孔５よりも小径に形成
する。なお、さらに好ましくは、プラグ部材６の寸法を
０．００１インチ乃至０．００２インチの範囲で円形孔
５よりも小径に形成する。プラグ部材６と円形孔５の接
合面間における強力な接合接着を得るためには、この接
合誤差が微小であることが必要である。このプラグ部材
６の表面も接合接着を容易とするために、円形孔の内周
面と同様に処理される。図３に示すように、プラグ部材
６は、フランジ３の両面より両端を突出させた状態で円
形孔５に嵌合される。この際の、プラグ部材６のフラン
ジ面からの突出量は、少なくとも０．０２５インチと
し、好ましくは約０．０８０インチとする。しかしなが
ら、鍛造接着を行う場合、０．０２０乃至０．１００の
範囲の突出量であれば、押しつぶした状態で良好な接合
接着が得られる。これは、プラグ部材６の長さをフラン
ジの両側面より突出する部分７，８が、プラグ部材の押
しつぶし変形時に生じる金属フローの変化により、円形
孔５の内周面に緊密にプラグ部材が接合して良好な接合
接着を行い得る量の材料を円形孔内に位置する部分に供
給できるようにすることにより、接合結果を得ることが
出来るとの知見に基づくものである。短いプラグ部材を
使用することも可能ではあるが、この場合接合接着強度
が小さくなり、場合によっては円形孔の全部をプラグ部
材によって埋めることが出来ず、結果としてフランジ３
に凹部が形成されることとなる。
【００２８】補修用プラグ部材６を円形孔５内に嵌入さ
せた後に、鍛造結合を行うために圧力がプラグ部材の両
端に加えらる。圧力の両端への負荷によってプラグ部材
６には放射方向の力が派生して、その外表面が円形孔５
の内周面に密接する。この圧力負荷の要領は、図４に示
されている。図４の例においては、プラグ部材６の突出
部７，８の両端面に対向して、パンチ９，１０が設けら
る。これらのパンチ９，１０は、プラグ部材６を均一に
加熱出来るとともに均一に加圧出来る構成となってい
る。図示は省略されているが、プラグ部材６とフランジ
３間の鍛接中におけるフランジ３の補修部近傍における
変形を防止するために、フランジ３の補修部近傍の部分
は、型、クランプ等によって固定手段によってされる。
この固定手段を使用することは、補修するフランジ、金
属板が薄手のものである場合、又は補修箇所がフランジ
又は金属板周縁近傍に位置している場合に、特に有効で
ある。従って、こうした固定手段を設けて、補修対象と
なる板材等の変形を防止することも本発明の範囲であ
る。
せた後に、鍛造結合を行うために圧力がプラグ部材の両
端に加えらる。圧力の両端への負荷によってプラグ部材
６には放射方向の力が派生して、その外表面が円形孔５
の内周面に密接する。この圧力負荷の要領は、図４に示
されている。図４の例においては、プラグ部材６の突出
部７，８の両端面に対向して、パンチ９，１０が設けら
る。これらのパンチ９，１０は、プラグ部材６を均一に
加熱出来るとともに均一に加圧出来る構成となってい
る。図示は省略されているが、プラグ部材６とフランジ
３間の鍛接中におけるフランジ３の補修部近傍における
変形を防止するために、フランジ３の補修部近傍の部分
は、型、クランプ等によって固定手段によってされる。
この固定手段を使用することは、補修するフランジ、金
属板が薄手のものである場合、又は補修箇所がフランジ
又は金属板周縁近傍に位置している場合に、特に有効で
ある。従って、こうした固定手段を設けて、補修対象と
なる板材等の変形を防止することも本発明の範囲であ
る。
【００２９】プラグ部材６に加圧力が負荷されている
間、プラグ部材６と円形孔５の内周面の接合部は局部的
に約２００゜Ｆの温度で加熱される。ただしこの加熱温
度は、合金の溶融温度を越えない温度とされる。加熱温
度を溶融温度よりも低い温度とすることにより、合金の
局部的な溶融、及びそれによる局部的な合金粒子の成長
を防止することが可能となる。鍛接温度及び鍛接圧力に
おいて、プラグ部材６及びこのプラグ部材の直近の円形
孔内周部は、低い強度及び高い延性を示し、プラグ部材
は変形して円形孔の内周面に密接に結合される。この際
の、局部加熱は、抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱
等の種々の手段によって行うことが出来る。なお、本実
施例において好ましい加熱方法は、電気抵抗加熱であ
り、プラグ部材の平坦な端面に界面接触するコンタクト
を使用して均一な電気接触を形成するように構成する。
なお、上述したように、抵抗加熱以外の加熱方法も採用
することが可能である。
間、プラグ部材６と円形孔５の内周面の接合部は局部的
に約２００゜Ｆの温度で加熱される。ただしこの加熱温
度は、合金の溶融温度を越えない温度とされる。加熱温
度を溶融温度よりも低い温度とすることにより、合金の
局部的な溶融、及びそれによる局部的な合金粒子の成長
を防止することが可能となる。鍛接温度及び鍛接圧力に
おいて、プラグ部材６及びこのプラグ部材の直近の円形
孔内周部は、低い強度及び高い延性を示し、プラグ部材
は変形して円形孔の内周面に密接に結合される。この際
の、局部加熱は、抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱
等の種々の手段によって行うことが出来る。なお、本実
施例において好ましい加熱方法は、電気抵抗加熱であ
り、プラグ部材の平坦な端面に界面接触するコンタクト
を使用して均一な電気接触を形成するように構成する。
なお、上述したように、抵抗加熱以外の加熱方法も採用
することが可能である。
【００３０】プラグ部材６の円形孔５内の変形は、通常
例えば１０-5ｍｍＨｇ程度の負圧条件で行われる。な
お、本発明は、例えばアルゴンガスを封入した不活性雰
囲気で、プラグ部材の変形を行うことも出来る。上記の
ように、鍛接作業中の温度及び圧力は、プラグ部材の変
形が低強度、高延性条件で行われるように制御され、可
塑状態の材料の移動可能として、プラグ部材と円形孔の
内周面の接合面に金属接着を形成する。この条件は当然
のことながら、補修を行う部材及びプラグ部材の材質等
に応じて変化する。例えば、代表的なニッケル基材超合
金の場合には、加熱温度は１７００乃至２１００゜Ｆ、
好ましくは１９００乃至２１００゜Ｆであり、さらに好
ましくは１９６０乃至２０４０゜Ｆの範囲であり、圧力
は５乃至５０ｋｓｉ、好ましくは１５乃至３０ｋｓｉの
範囲である。一方、チタン基材合金の補修温度は約１５
００乃至１９００゜Ｆであり、圧力は４乃至１０ｋｓｉ
の範囲である。これら以外の材料における、適当な補修
温度及び圧力は、使用する材料の特性、所要の特性等に
応じて当業者が適宜決定し得るものである。上記のよう
に、本発明による鍛接方法においては、図５に示すよう
に鍛接後にフランジ３又は金属板の両側より突出した余
剰部分１１は、切削等の適当な機械加工により除去さ
れ、図６に示すように補修後の補修部分１２は、フラン
ジ３の他の部分と一体化する。この補修後に、図７に示
すように新たにドリル穿孔作業が行われ、新たな孔１３
が形成される。
例えば１０-5ｍｍＨｇ程度の負圧条件で行われる。な
お、本発明は、例えばアルゴンガスを封入した不活性雰
囲気で、プラグ部材の変形を行うことも出来る。上記の
ように、鍛接作業中の温度及び圧力は、プラグ部材の変
形が低強度、高延性条件で行われるように制御され、可
塑状態の材料の移動可能として、プラグ部材と円形孔の
内周面の接合面に金属接着を形成する。この条件は当然
のことながら、補修を行う部材及びプラグ部材の材質等
に応じて変化する。例えば、代表的なニッケル基材超合
金の場合には、加熱温度は１７００乃至２１００゜Ｆ、
好ましくは１９００乃至２１００゜Ｆであり、さらに好
ましくは１９６０乃至２０４０゜Ｆの範囲であり、圧力
は５乃至５０ｋｓｉ、好ましくは１５乃至３０ｋｓｉの
範囲である。一方、チタン基材合金の補修温度は約１５
００乃至１９００゜Ｆであり、圧力は４乃至１０ｋｓｉ
の範囲である。これら以外の材料における、適当な補修
温度及び圧力は、使用する材料の特性、所要の特性等に
応じて当業者が適宜決定し得るものである。上記のよう
に、本発明による鍛接方法においては、図５に示すよう
に鍛接後にフランジ３又は金属板の両側より突出した余
剰部分１１は、切削等の適当な機械加工により除去さ
れ、図６に示すように補修後の補修部分１２は、フラン
ジ３の他の部分と一体化する。この補修後に、図７に示
すように新たにドリル穿孔作業が行われ、新たな孔１３
が形成される。
【００３１】本発明における重要な要件は、接合面にお
いて金属の再結晶が行われることである。即ち、プラグ
部材と円形孔内周面の接合部は、鍛接過程において熱間
処理されて、接合界面において原子化され、微細で歪の
ない粒子を再結晶する結果である。この結果、粒子が境
界部で移動し、及び／又は接合界面を横断して成長し
て、再結晶過程において境界線部分の空隙を充填して境
界線を初期のものから変位させて、プラグ部材と円形孔
周縁部が一体化される。これは、接合界面における再結
晶による鍛接を行う界面部において十分な処理を行った
場合のみに得られる。プラグ部材と円形孔の寸法関係
は、プラグ部材の変形を拘束し、即ち金属フローの変化
に抵抗を与え、再結晶を行うのに必要な限界量を越える
十分な量の材料が円形孔内に供給されるように設定され
ることが重要である。代表的な拡散接合においては、金
属フローの移動に対する規制が不十分なため界面部にお
いて再結晶を生じるのに十分な処理を行うことが出来な
い。本発明においては、接合界面において効果的に金属
粒子の再結晶を生じ、金属粒子が接合界面を横断して移
動するので、界面近傍に存在する空隙を効果的に充填す
ることが出来るものとなる。
いて金属の再結晶が行われることである。即ち、プラグ
部材と円形孔内周面の接合部は、鍛接過程において熱間
処理されて、接合界面において原子化され、微細で歪の
ない粒子を再結晶する結果である。この結果、粒子が境
界部で移動し、及び／又は接合界面を横断して成長し
て、再結晶過程において境界線部分の空隙を充填して境
界線を初期のものから変位させて、プラグ部材と円形孔
周縁部が一体化される。これは、接合界面における再結
晶による鍛接を行う界面部において十分な処理を行った
場合のみに得られる。プラグ部材と円形孔の寸法関係
は、プラグ部材の変形を拘束し、即ち金属フローの変化
に抵抗を与え、再結晶を行うのに必要な限界量を越える
十分な量の材料が円形孔内に供給されるように設定され
ることが重要である。代表的な拡散接合においては、金
属フローの移動に対する規制が不十分なため界面部にお
いて再結晶を生じるのに十分な処理を行うことが出来な
い。本発明においては、接合界面において効果的に金属
粒子の再結晶を生じ、金属粒子が接合界面を横断して移
動するので、界面近傍に存在する空隙を効果的に充填す
ることが出来るものとなる。
【００３２】図８乃至図１０は、カーリングスエッチャ
ント（Ｋａｋｋｉｎｇ’ｓ Ｅｔｃｈａｎｔ）によりエ
ッチングされたＩＮ１００合金の接合界面の再結晶領域
部分を示す倍率×１００、×２００、×５００の顕微鏡
写真である。再結晶粒子の粒径は、２．５乃至５ミクロ
ン（ＡＳＴＭ １２−１４）であり、周囲の被補修部材
の粒径は２２乃至９０ミクロン（ＡＳＴＥ ４−８）で
ある。こうした補修部における粒径の減少は、ある種の
材料においては限界強度及び強度を向上する効果があ
る。本発明によって補修した補修部に、例えば、張力強
度、耐繰り返し疲労特性等の機械的な特性は、被補修材
を形成している合金の最小特性と同等又はこれを上回る
ものとなる。
ント（Ｋａｋｋｉｎｇ’ｓ Ｅｔｃｈａｎｔ）によりエ
ッチングされたＩＮ１００合金の接合界面の再結晶領域
部分を示す倍率×１００、×２００、×５００の顕微鏡
写真である。再結晶粒子の粒径は、２．５乃至５ミクロ
ン（ＡＳＴＭ １２−１４）であり、周囲の被補修部材
の粒径は２２乃至９０ミクロン（ＡＳＴＥ ４−８）で
ある。こうした補修部における粒径の減少は、ある種の
材料においては限界強度及び強度を向上する効果があ
る。本発明によって補修した補修部に、例えば、張力強
度、耐繰り返し疲労特性等の機械的な特性は、被補修材
を形成している合金の最小特性と同等又はこれを上回る
ものとなる。
【００３３】なお、本発明の方法によって実際に補修し
た部分は、殆どの場合、被補修材の合金のオリジナルの
特性を上回る特性を発揮する。なお、補修終了後に、必
要に応じて補修部分を熱処理することも可能である。
た部分は、殆どの場合、被補修材の合金のオリジナルの
特性を上回る特性を発揮する。なお、補修終了後に、必
要に応じて補修部分を熱処理することも可能である。
【００３４】上記の本発明の補修方法の具体例を以下に
説明する。
説明する。
【００３５】例１ ＩＮ１００ニッケル基材超合金の使用して、厚さ０．２
０乃至０．４６インチのフランジに形成した０．２５乃
至０．５０インチの径のボルト孔の基本的な特性を評価
するための予備研究が行われた。１６のサンプルに関し
てミクロ組織の観察を行い、ボルト孔の径、材料の厚
さ、鍛接温度、孔とプラグ部材の接合誤差、鍛接負荷、
押しつぶし量、冷却率を変数として評価を行った。この
試験の結果、プラグ部材の円形孔の径の誤差が非常に小
さく（例えば、約０．００１インチ）、押しつぶし量が
大きく（例えば、約０．０７０インチ）、高圧（例えば
３５−５０ｋｓｉ）の条件で、鍛造温度１９６０乃至２
０４０゜Ｆの範囲で、再結晶現象が発生することが判明
した。この試験結果を、以下の表１に示す。
０乃至０．４６インチのフランジに形成した０．２５乃
至０．５０インチの径のボルト孔の基本的な特性を評価
するための予備研究が行われた。１６のサンプルに関し
てミクロ組織の観察を行い、ボルト孔の径、材料の厚
さ、鍛接温度、孔とプラグ部材の接合誤差、鍛接負荷、
押しつぶし量、冷却率を変数として評価を行った。この
試験の結果、プラグ部材の円形孔の径の誤差が非常に小
さく（例えば、約０．００１インチ）、押しつぶし量が
大きく（例えば、約０．０７０インチ）、高圧（例えば
３５−５０ｋｓｉ）の条件で、鍛造温度１９６０乃至２
０４０゜Ｆの範囲で、再結晶現象が発生することが判明
した。この試験結果を、以下の表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】例２ ＩＮ１００合金の棒材に形成した二つのドリル孔を、本
発明の方法により補修した。この補修サンプルＨＲ−
６、ＨＲ−１７の補修条件を、以下の表２に示す。
発明の方法により補修した。この補修サンプルＨＲ−
６、ＨＲ−１７の補修条件を、以下の表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】例３ 例２で補修した合金製棒材に関して引張試験を行って、
その試験結果をＩＮ１００合金の最低仕様条件と比較し
た。この比較結果を以下の表３に示す。
その試験結果をＩＮ１００合金の最低仕様条件と比較し
た。この比較結果を以下の表３に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】例４ ＩＮ１００合金製棒材に対して、追加のボルト孔の補修
を行い、補修した棒材に関してＡＳＴＭ−Ｅ６０６−８
０「定振幅低サイクル疲労試験の推賞される要領に関す
る規格（Standard Recommended Practice for Constant
-Amplitude Law-Cycle Fatigue Testing）」の規定に従
って繰り返し疲労試験を行った。試験は、８００゜Ｆの
温度で、２４０ｋｓｉの最大集中応力（２．５５のＫT
に対する最大公称応力９４ｋｓｉ）、０．０５の最大最
小応力比Ｒθ、繰り返し頻度１０ｃｐｍの条件で行っ
た。サンプルのボルト孔は一般的な加工方法で形成さ
れ、中央孔は砥石研磨及びサットン−バレル研磨により
処理された。この疲労試験結果を以下の表４に示す。
を行い、補修した棒材に関してＡＳＴＭ−Ｅ６０６−８
０「定振幅低サイクル疲労試験の推賞される要領に関す
る規格（Standard Recommended Practice for Constant
-Amplitude Law-Cycle Fatigue Testing）」の規定に従
って繰り返し疲労試験を行った。試験は、８００゜Ｆの
温度で、２４０ｋｓｉの最大集中応力（２．５５のＫT
に対する最大公称応力９４ｋｓｉ）、０．０５の最大最
小応力比Ｒθ、繰り返し頻度１０ｃｐｍの条件で行っ
た。サンプルのボルト孔は一般的な加工方法で形成さ
れ、中央孔は砥石研磨及びサットン−バレル研磨により
処理された。この疲労試験結果を以下の表４に示す。
【００４２】なお、上記の条件による低サイクル疲労試
験において、ＩＮ１００合金製棒材は、１２５９９サイ
クルの下側限界を９９．９％が達成するものと予想され
たが、各補修サンプルはこれを大幅に上回る耐疲労性を
示した。
験において、ＩＮ１００合金製棒材は、１２５９９サイ
クルの下側限界を９９．９％が達成するものと予想され
たが、各補修サンプルはこれを大幅に上回る耐疲労性を
示した。
【００４３】
【表４】
【００４４】
【発明の効果】上記より明かなように、本発明によれば
超合金等の高強度、高温特性を要求される材料の補修
を、補修部分の機械的特性を他の部分の機械的特性と同
等又はそれ以上として、従来廃棄を余儀なくされていた
ような、超合金製部品等の補修を可能とする効果があ
る。
超合金等の高強度、高温特性を要求される材料の補修
を、補修部分の機械的特性を他の部分の機械的特性と同
等又はそれ以上として、従来廃棄を余儀なくされていた
ような、超合金製部品等の補修を可能とする効果があ
る。
【図１】本発明の補修方法を適用するガスタービンエン
ジンの一体型コンプレッサディスクを示す斜視図であ
る。
ジンの一体型コンプレッサディスクを示す斜視図であ
る。
【図２】図１の例の補修部分を補修作業初期段階の状態
で示す斜視図である。
で示す斜視図である。
【図３】補修用プラグ部材を補修孔に挿入した状態を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図４】図３の状態のプラグ部材を加熱しながら加圧し
て鍛接を行う状態を示す斜視図である。
て鍛接を行う状態を示す斜視図である。
【図５】加圧後のプラグ部材の状態を示す斜視図であ
る。
る。
【図６】余分のプラグ部材を除去し、研磨してプラグ部
材を基材と一体化させた状態を示す斜視図である。
材を基材と一体化させた状態を示す斜視図である。
【図７】図６の補修済み部材に孔を形成した状態を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図８】補修部の１００倍の倍率の顕微鏡写真である。
【図９】補修部の２００倍の倍率の顕微鏡写真である。
【図１０】補修部の５００倍の倍率の顕微鏡写真であ
る。
る。
３ フランジ ５ 円形孔 ６ プラグ部材 ７，８ 突出部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１０月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】本発明の実施例による合金補修部の再結晶構造
を示す１００倍の倍率の顕微鏡写真である。
を示す１００倍の倍率の顕微鏡写真である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】本発明の実施例による合金補修部の再結晶構造
を示す２００倍の倍率の顕微鏡写真である。
を示す２００倍の倍率の顕微鏡写真である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】本発明の実施例による合金補修部の再結晶構
造を示す５００倍の倍率の顕微鏡写真である。
造を示す５００倍の倍率の顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン エム．ロバートソン アメリカ合衆国，フロリダ，テケスタ，チ ェストナット トレイル 33
Claims (20)
- 【請求項１】 ａ） 被補修材料の補修部分に、補修よ
りも大きい所定の均一径の補修孔を形成し、 ｂ） 前記補修孔の内周面の付着物を除去し、 ｃ） 少なくとも被補修材料の持つ機械的特性と同等の
機械的特性を持つ材料によって形成され、その補修孔内
表面に対向する表面の付着物が除去されるとともに、前
記補修孔の径よりも僅かに小径の均一な径を有するプラ
グ部材を、その軸方向の両端を被補修材料の面より突出
させた状態で前記補修孔に挿入し、 ｄ） 前記プラグ部材及び前記被補修材料の補修孔の周
辺部を、プラグ部材が変形可能となり、軟化し、金属フ
ローの移動が可能となり従ってプラグ部材と補修孔内周
面の固相接着が可能な温度に局部的に加熱しながら、前
記プラグ部材の両端に加圧力を負荷するようにしたこと
を特徴とする金属製の被補修材料の孔補修方法。 - 【請求項２】 前記プラグ部材を、その溶融温度に対し
て２００°Ｆの範囲でかつ溶融温度を越えない温度で加
熱することを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記の温度はプラグ部材と補修孔内周面
間の接合界面を横断して材料の再結晶が生じるのに十分
な温度である請求項１又は２の方法。 - 【請求項４】 前記プラグ部材と前記補修孔内周面の接
合界面が再結晶領域内に位置する請求項３の方法。 - 【請求項５】 再結晶される金属粒子の粒径が、再結晶
領域外の金属粒子の粒径よりも小さい請求項４の方法。 - 【請求項６】 前記再結晶した金属粒子の粒径が、２．
５乃至５．０マイクロインチである請求項５の方法。 - 【請求項７】 鍛接終了後に、被補修材料の表面より突
出するプラグ部材を除去する工程を含む請求項１乃至６
のいずれかの方法。 - 【請求項８】 前記被補修材料はチタン合金製である請
求項１乃至７のいずれかの方法。 - 【請求項９】 前記被補修材料はニッケル基材超合金製
である請求項１乃至７のいずれかの方法。 - 【請求項１０】 ａ） チタン合金製又はニッケル基材
超合金製の被補修材料の補修部分に、補修よりも大きい
所定の均一径の補修孔を形成し、 ｂ） 前記補修孔の内周面の付着物を除去し、 ｃ） 少なくとも被補修材料と同様の材料によって形成
され、その補修孔内表面に対向する表面の付着物が除去
されるとともに、前記補修孔の径よりも約０．０００５
乃至約０．００４インチの範囲で小径の均一な径を有す
るプラグ部材を形成し、 ｄ） 前記プラグ部材を前記補修孔に挿入し、 ｅ） 前記プラグ部材及び前記被補修材料の補修孔の周
辺部を、局部的に加熱しながら、前記プラグ部材の両端
に加圧力を負荷して鍛接を行い、 ｆ） 前記被補修材料より突出しているプラグ部材を除
去するようにしたことを特徴とするチタン合金又はニッ
ケル基材超合金製の被補修材料の孔補修方法。 - 【請求項１１】 前記被補修材料はガスタービンエンジ
ン部品である請求項１０の方法。 - 【請求項１２】 前記局部加熱温度は、金属フローの移
動を可能として鍛接を可能とする温度である請求項１０
又は１１の方法 - 【請求項１３】 前記の温度はプラグ部材と補修孔内周
面間の接合界面において再結晶が生じるのに十分な温度
である請求項１３の方法。 - 【請求項１４】 再結晶される金属粒子の粒径が、再結
晶領域外の金属粒子の粒径よりも小さい請求項４の方
法。 - 【請求項１５】 補修後に補修部の正規の位置に正規の
寸法の孔を穿孔する工程を含む請求項１乃至１４のいず
れかの方法。 - 【請求項１６】 前記被補修材料はニッケル基材超合金
製である請求項１０乃至１５のいずれかの方法。 - 【請求項１７】 前記ニッケル基材超合金はマー（Ｍａ
ｒ）Ｍ合金，イン（ＩＮ）１００，インコネル（Ｉｎｃ
ｏｎｅｌ）合金，ワスパロイ（Ｗａｓｐａｌｏｙ），ア
ストロロイ（Ａｓｔｒｏｌｏｙ），ウディメット（Ｕｄ
ｉｍｅｔ）合金，レン（Ｒｅｎｅ）合金，マール（ＭＥ
ＲＬ）７６等の群より選択される合金である請求項１６
の方法。 - 【請求項１８】 前記被補修材料はチタン合金製である
請求項１０乃至１５のいずれかの方法。 - 【請求項１９】 前記チタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４
Ｍｏ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−２
Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏの群より選択される合金である請
求項１８の方法。 - 【請求項２０】 ａ） 周知の拡開方法により補修部の
孔を拡開して補修孔を形成し、 ｂ） 前記補修孔に適当な材料で形成され被補修材の状
態に応じて熱処理された補修用プラグ部材をその外周面
は前記補修孔周面所定の間隔を存して配設され、かつそ
の両端部が前記補修孔より突出するように挿入し、 ｃ） 前記補修用プラグ部材を予備加圧しながら、材料
に再結晶を生じる材料の融点よりも低い温度で局部的に
加熱し、 ｄ） 加熱状態で前記補修用プラグ部材に予備加圧より
も大きな圧力を負荷してプラグ部材に塑性変形を生じさ
せるとともに、補修孔内周面によりプラグ部材の変形を
規制することによりプラグ部材と補修孔内周面間の接合
界面に再結晶を生じさせて、鍛接を行い、 ｅ） 補修孔の端部より突出する余剰のプラグ部材材料
を除去するように構成して、 補修用プラグ部材を用いて被補修部材の孔を閉塞し、こ
れを熱間処理して粒子が細かく歪のない金属粒子を前記
プラグ部材と補修孔内周面との接合界面を横断して再結
晶させることにより鍛接するようにしたことを特徴とす
る金属に形成した孔の補修方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/566,005 US5111570A (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Forge joining repair technique |
| US566,005 | 1990-08-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05169323A true JPH05169323A (ja) | 1993-07-09 |
| JP3219154B2 JP3219154B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=24261048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22470691A Expired - Lifetime JP3219154B2 (ja) | 1990-08-10 | 1991-08-09 | 鍛造製品の接合補修方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5111570A (ja) |
| EP (1) | EP0470868B1 (ja) |
| JP (1) | JP3219154B2 (ja) |
| KR (1) | KR100197480B1 (ja) |
| DE (1) | DE69102600T2 (ja) |
| IL (1) | IL99102A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003507614A (ja) * | 1999-08-12 | 2003-02-25 | クロマロイ ガス タービン コーポレーション | タービン羽根のエアフォイルを交換する方法 |
Families Citing this family (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5201455A (en) * | 1992-08-21 | 1993-04-13 | Westinghouse Electric Corp. | Method for metallurgical enhancement of a failed bolt hole |
| US5431752A (en) * | 1993-11-12 | 1995-07-11 | Asea Brown Boveri Ltd. | Friction welding of γ titanium aluminide to steel body with nickel alloy connecting piece there between |
| US5908516A (en) * | 1996-08-28 | 1999-06-01 | Nguyen-Dinh; Xuan | Titanium Aluminide alloys containing Boron, Chromium, Silicon and Tungsten |
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