JPH06210433A - 溶融材料から部材の成長を開始する方法、部品の端部に延長部を設ける方法、及び損傷した部品のエアホイル形状先端部を修理する方法、並びに部品 - Google Patents
溶融材料から部材の成長を開始する方法、部品の端部に延長部を設ける方法、及び損傷した部品のエアホイル形状先端部を修理する方法、並びに部品Info
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- JPH06210433A JPH06210433A JP5177152A JP17715293A JPH06210433A JP H06210433 A JPH06210433 A JP H06210433A JP 5177152 A JP5177152 A JP 5177152A JP 17715293 A JP17715293 A JP 17715293A JP H06210433 A JPH06210433 A JP H06210433A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 部品の端部の微細構造に適合した微細構造を
有している延長部を部品の端部に設ける方法を提供す
る。 【構成】 部品の端部４８を、部品の端部を形成する材
料に適合している溶融材料２６内に成長種として用いる
ことにより、一方向に配向されている微細構造を有して
いる部品の端部上に延長部２０が設けられている。延長
部２０は、部品の端部と一体に且つその延長部として方
向性をもって凝固していると共に、部品の端部の微細構
造に適合した微細構造を有している。
有している延長部を部品の端部に設ける方法を提供す
る。 【構成】 部品の端部４８を、部品の端部を形成する材
料に適合している溶融材料２６内に成長種として用いる
ことにより、一方向に配向されている微細構造を有して
いる部品の端部上に延長部２０が設けられている。延長
部２０は、部品の端部と一体に且つその延長部として方
向性をもって凝固していると共に、部品の端部の微細構
造に適合した微細構造を有している。
Description
【０００１】
【関連特許出願】本願に関連する出願として、１９９２
年７月３０日付同時係属米国特許出願番号第０７／９２
２３０３号があり、これは、ここに参照されるべきもの
である。
年７月３０日付同時係属米国特許出願番号第０７／９２
２３０３号があり、これは、ここに参照されるべきもの
である。
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、一方向に配向されてい
る微細構造を有している部品の端部に延長部を成長させ
る方法に関し、特に、その端部を延長部の成長種として
用いる、延長部を成長させる方法、及びその方法により
延長された部品に関する。
る微細構造を有している部品の端部に延長部を成長させ
る方法に関し、特に、その端部を延長部の成長種として
用いる、延長部を成長させる方法、及びその方法により
延長された部品に関する。
【０００３】
【従来の技術】単結晶を含んでおり、一方向に配向され
ている構造を所定の材料の溶融浴から成長させる技術
は、単純な形状の部材から複雑な形状の部品にまで発展
してきた。このような技術の中には、ガスタービンエン
ジンの高熱区域で用いるための方向性をもって凝固した
合金部品又は単結晶の合金部品を、複雑な形状のモール
ド内で形成する技術がある。当業者に周知の文献には、
この種の部品の多数の例、例えば上述のように製造され
たタービンブレード及びベーンが開示されている。
ている構造を所定の材料の溶融浴から成長させる技術
は、単純な形状の部材から複雑な形状の部品にまで発展
してきた。このような技術の中には、ガスタービンエン
ジンの高熱区域で用いるための方向性をもって凝固した
合金部品又は単結晶の合金部品を、複雑な形状のモール
ド内で形成する技術がある。当業者に周知の文献には、
この種の部品の多数の例、例えば上述のように製造され
たタービンブレード及びベーンが開示されている。
【０００４】部品、例えばターボ機関又はガスタービン
エンジンのブレード部材を、空気で運ばれる粒子の存在
する環境、特にガスタービンエンジンのタービン部で見
られる過酷な高温酸化性及び／又は腐食性条件で用いる
と、酸化、高熱腐食、侵食、摩耗、低サイクル疲労クラ
ッキング及びその他の損傷が、この種の部品に生じるお
それがある。このような部品は製造費が高いので、部品
を交換するよりも、修理する方が経済的には望ましい。
エンジンのブレード部材を、空気で運ばれる粒子の存在
する環境、特にガスタービンエンジンのタービン部で見
られる過酷な高温酸化性及び／又は腐食性条件で用いる
と、酸化、高熱腐食、侵食、摩耗、低サイクル疲労クラ
ッキング及びその他の損傷が、この種の部品に生じるお
それがある。このような部品は製造費が高いので、部品
を交換するよりも、修理する方が経済的には望ましい。
【０００５】上述したタイプの複雑な形状のブレード部
材の例として、本出願人に譲渡されたアンダーセン（An
dersen）等の米国特許番号第４０１０５３１号（１９７
７年３月８日発行）に記載されたターボ機関ブレードが
ある。このようなブレードには、開口先端と連通してい
る複雑な中空内部が冷却の目的で設けられている。前述
した公知技術を用いることにより、ブレード部材のよう
な部品を単結晶として、又は細長い結晶粒の方向性をも
って凝固した微細構造を有しているものとして製造する
ことができる。鋳造モールド技術と鋳造法とを組み合わ
せることにより、このような製造が可能になる。簡単の
ために、ここで用いる用語「一方向に配向された」（デ
ィレクショナリィ・オリエンティド）は、方向性をもっ
て凝固した細長い結晶粒構造及び単結晶構造を意味する
ものであり、その結晶配向又は成長方向が、選択された
方向に維持されているものである。ブレード部材の技術
では周知のように、ブレード部材にしばしば用いられる
ニッケル基超合金の特徴的な結晶配向は、＜００１＞結
晶方向が成長方向と実質的に平行になっていることであ
る。このようなブレード部材の設計者はその特徴的な結
晶配向を利用して、弾性率を減少させ、従って、熱疲労
等の機構により、ブレード部材等の部品の形状に対する
特定の方向に沿った機械的破損のおそれを低減すること
ができる。
材の例として、本出願人に譲渡されたアンダーセン（An
dersen）等の米国特許番号第４０１０５３１号（１９７
７年３月８日発行）に記載されたターボ機関ブレードが
ある。このようなブレードには、開口先端と連通してい
る複雑な中空内部が冷却の目的で設けられている。前述
した公知技術を用いることにより、ブレード部材のよう
な部品を単結晶として、又は細長い結晶粒の方向性をも
って凝固した微細構造を有しているものとして製造する
ことができる。鋳造モールド技術と鋳造法とを組み合わ
せることにより、このような製造が可能になる。簡単の
ために、ここで用いる用語「一方向に配向された」（デ
ィレクショナリィ・オリエンティド）は、方向性をもっ
て凝固した細長い結晶粒構造及び単結晶構造を意味する
ものであり、その結晶配向又は成長方向が、選択された
方向に維持されているものである。ブレード部材の技術
では周知のように、ブレード部材にしばしば用いられる
ニッケル基超合金の特徴的な結晶配向は、＜００１＞結
晶方向が成長方向と実質的に平行になっていることであ
る。このようなブレード部材の設計者はその特徴的な結
晶配向を利用して、弾性率を減少させ、従って、熱疲労
等の機構により、ブレード部材等の部品の形状に対する
特定の方向に沿った機械的破損のおそれを低減すること
ができる。
【０００６】このような一方向に配向されている微細構
造を有している複雑な形状の部品が、動作中に又はその
製造過程の途中で損傷した場合、その修理の問題が一層
複雑且つ困難になる。代表的には、ブレード部材を初め
として、エアホイルのような一方向に配向されている部
品に望まれるように、一方向に配向されている構造を修
理部分にも維持しようとする場合、この修理の問題が特
に重大になる。
造を有している複雑な形状の部品が、動作中に又はその
製造過程の途中で損傷した場合、その修理の問題が一層
複雑且つ困難になる。代表的には、ブレード部材を初め
として、エアホイルのような一方向に配向されている部
品に望まれるように、一方向に配向されている構造を修
理部分にも維持しようとする場合、この修理の問題が特
に重大になる。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、一形態では、一方向に配向さ
れている微細構造を有している部品（物品）の端部に、
溶融材料から延長部を形成する方法を提供する。部品の
端部を、部品種構造に適合している溶融材料に対しての
一方向に配向されている微細構造の成長種として用いる
ことにより、延長部を成長させる。本発明の一形態で
は、成形部材、例えば、溶融材料と連通しているダイ開
口を有しているダイを設けることにより、延長部を成長
させる。溶融材料に流体圧力を加えて溶融材料をダイ開
口内に押し込み、ダイ開口内で溶融材料を部品種と十分
な時間接触させる、即ち種が溶融材料と相互作用し、例
えば種の一部を逆溶融するか、又は相互拡散を起こさせ
るのに十分な時間接触させる。次に、成長種として作用
する部品の端部をダイ開口を通して、溶融材料が成長種
上に部品の端部と一体の延長部として一方向に凝固する
のを許容する速度で、引き抜く。延長部は又、部品の一
方向に配向された微細構造に適合している一方向に配向
された微細構造を有している。
れている微細構造を有している部品（物品）の端部に、
溶融材料から延長部を形成する方法を提供する。部品の
端部を、部品種構造に適合している溶融材料に対しての
一方向に配向されている微細構造の成長種として用いる
ことにより、延長部を成長させる。本発明の一形態で
は、成形部材、例えば、溶融材料と連通しているダイ開
口を有しているダイを設けることにより、延長部を成長
させる。溶融材料に流体圧力を加えて溶融材料をダイ開
口内に押し込み、ダイ開口内で溶融材料を部品種と十分
な時間接触させる、即ち種が溶融材料と相互作用し、例
えば種の一部を逆溶融するか、又は相互拡散を起こさせ
るのに十分な時間接触させる。次に、成長種として作用
する部品の端部をダイ開口を通して、溶融材料が成長種
上に部品の端部と一体の延長部として一方向に凝固する
のを許容する速度で、引き抜く。延長部は又、部品の一
方向に配向された微細構造に適合している一方向に配向
された微細構造を有している。
【０００８】他の形態では、ダイは、溶融材料と連通し
ている中空なダイ延長部を含んでいる。部品の端部はダ
イ延長部内で、ダイ延長部に押し込まれた溶融材料と接
触状態に保持されている。更に他の形態では、本発明
は、本体部と、延長部を形成する前に部品の端部に取り
付けられている犠牲付加物を用いることにより、本体部
の端部と一体に形成されている延長部とを備えている部
品を提供する。本体部は、一方向に配向されている本体
又は第１の結晶構造と、冶金学的構造とを有している。
延長部は、本体部の結晶構造に適合していると共に本体
部の結晶構造と連続して延在している一方向に配向され
た結晶構造を有している。延長部は更に、本体の冶金学
的構造に適合していると共に本体の冶金学的構造と冶金
学的に識別可能な冶金学的構造を有している。
ている中空なダイ延長部を含んでいる。部品の端部はダ
イ延長部内で、ダイ延長部に押し込まれた溶融材料と接
触状態に保持されている。更に他の形態では、本発明
は、本体部と、延長部を形成する前に部品の端部に取り
付けられている犠牲付加物を用いることにより、本体部
の端部と一体に形成されている延長部とを備えている部
品を提供する。本体部は、一方向に配向されている本体
又は第１の結晶構造と、冶金学的構造とを有している。
延長部は、本体部の結晶構造に適合していると共に本体
部の結晶構造と連続して延在している一方向に配向され
た結晶構造を有している。延長部は更に、本体の冶金学
的構造に適合していると共に本体の冶金学的構造と冶金
学的に識別可能な冶金学的構造を有している。
【０００９】
【実施例】鋳造技術においては、流体圧力、例えば不活
性ガス又は空気を密閉容器内で溶融材料、例えば金属に
加えて、その溶融材料を管（チューブ）を通して上方へ
押し上げることが行われている。このような方法及び関
連した装置が、ウッドバーン ジュニア（Woodburn, J
r. ）の米国特許番号第３３０２２５２号（１９６７年
２月７日発行）に開示されており、ここでは、部品を注
入管を通して上向きに冷却モールド内に連続鋳造する方
法及び装置が開示されている。鋳造部品はモールドから
連続的に引き抜かれる。
性ガス又は空気を密閉容器内で溶融材料、例えば金属に
加えて、その溶融材料を管（チューブ）を通して上方へ
押し上げることが行われている。このような方法及び関
連した装置が、ウッドバーン ジュニア（Woodburn, J
r. ）の米国特許番号第３３０２２５２号（１９６７年
２月７日発行）に開示されており、ここでは、部品を注
入管を通して上向きに冷却モールド内に連続鋳造する方
法及び装置が開示されている。鋳造部品はモールドから
連続的に引き抜かれる。
【００１０】鋳造技術の他の分野では、ＥＦＧ（Edge-d
efined, Film-fed Growth ）法と称されるものがある。
この方法では、外部圧力を液体材料に加えず、狭い成形
管又はダイ内の毛細管作用に依拠して液体材料を上向き
に吸引し、凝固させる。たいていの場合、結晶成長を開
始させるために、種結晶が液体内に導入される。この種
の方法の特徴を開示した代表的な特許として、ラベール
ジュニア（La Belle, Jr. ）の米国特許番号第３４７
１２６６号（１９６９年１０月７日発行）、アサノ（As
ano ）等の米国特許番号第４１２０７４２号（１９７８
年１０月１７日発行）、及びハーベイ（Harvey）の米国
特許番号第４９３７０５３号（１９９０年６月２６日発
行）がある。
efined, Film-fed Growth ）法と称されるものがある。
この方法では、外部圧力を液体材料に加えず、狭い成形
管又はダイ内の毛細管作用に依拠して液体材料を上向き
に吸引し、凝固させる。たいていの場合、結晶成長を開
始させるために、種結晶が液体内に導入される。この種
の方法の特徴を開示した代表的な特許として、ラベール
ジュニア（La Belle, Jr. ）の米国特許番号第３４７
１２６６号（１９６９年１０月７日発行）、アサノ（As
ano ）等の米国特許番号第４１２０７４２号（１９７８
年１０月１７日発行）、及びハーベイ（Harvey）の米国
特許番号第４９３７０５３号（１９９０年６月２６日発
行）がある。
【００１１】方向性凝固部品又は単結晶部品の形成に関
する鋳造技術における前述の特許の一部及びその他で
は、所定の結晶配向（一次α及び／又は二次β配向）を
有している種結晶が用いられている。このような種結晶
は、所定の結晶配向を有している部品を凝固させるため
の開始（スタータ）手段を構成している。これまで、タ
ーボ機関のエアホイルを初めとして単結晶又は方向性を
もって凝固した細長い結晶粒部品の構成成分を接合する
には、通常、別個に鋳造した所定の結晶配向の部材が用
いられている。このような部材が部材間の界面に沿って
組み立てられ、一部品に接合されている。この種の接合
技術に関する特許としては、ジアメイ（Giamei）等の米
国特許番号第３９６７３５５号及び同第４０３３７９２
号が代表的である。これらの特許には、接合界面の両側
の結晶構造を合致させる試みが示されている。
する鋳造技術における前述の特許の一部及びその他で
は、所定の結晶配向（一次α及び／又は二次β配向）を
有している種結晶が用いられている。このような種結晶
は、所定の結晶配向を有している部品を凝固させるため
の開始（スタータ）手段を構成している。これまで、タ
ーボ機関のエアホイルを初めとして単結晶又は方向性を
もって凝固した細長い結晶粒部品の構成成分を接合する
には、通常、別個に鋳造した所定の結晶配向の部材が用
いられている。このような部材が部材間の界面に沿って
組み立てられ、一部品に接合されている。この種の接合
技術に関する特許としては、ジアメイ（Giamei）等の米
国特許番号第３９６７３５５号及び同第４０３３７９２
号が代表的である。これらの特許には、接合界面の両側
の結晶構造を合致させる試みが示されている。
【００１２】本発明の方法は、現存する部品の端部に直
接、延長部を鋳造するか又は成長させて修理を可能にす
る工程の新規な組み合わせを提供する。部品自体を種又
はスタータ手段として用いることにより、元の部品の結
晶微細構造と合致し且つその結晶微細構造と連続な（配
向を含んでいる）結晶微細構造を延長部にもたらしてい
る。更に一形態では、延長部は、その延長部を成長させ
た元の部品端部又は本体の冶金学的構造から概して識別
可能な冶金学的構造を有している。。ここで用いる用語
「結晶構造」（クリスタル・ストラクチャ）は、単結
晶、多数の細長い結晶粒等のあらゆる結晶形態、及びそ
の方向性配向を意味するものである。用語「冶金学的構
造」（メタラージカル・ストラクチャ）は又、全体の化
学的又は合金組成、並びに結晶構造内の析出物、相、介
在物、樹枝状晶等の寸法、形状、間隔及び組成のような
特徴を包含するものである。例えば、Ｎｉ（ニッケル）
基超合金は通常、γ’析出物、間隔の開いた樹枝状晶ア
ーム及び種々の他の識別可能な相を含んでいる。結晶構
造及び冶金学的構造は、化学的又は分光光学的分析、並
びに種々のＸ線及び顕微鏡写真法等の周知のよく用いら
れる技術により、決定され、同定され得る。ここで用い
る用語「微細構造」（ミクロストラクチャ、顕微鏡構造
ともいう）は、結晶構造及び冶金学的構造の両方の用語
を包含している。
接、延長部を鋳造するか又は成長させて修理を可能にす
る工程の新規な組み合わせを提供する。部品自体を種又
はスタータ手段として用いることにより、元の部品の結
晶微細構造と合致し且つその結晶微細構造と連続な（配
向を含んでいる）結晶微細構造を延長部にもたらしてい
る。更に一形態では、延長部は、その延長部を成長させ
た元の部品端部又は本体の冶金学的構造から概して識別
可能な冶金学的構造を有している。。ここで用いる用語
「結晶構造」（クリスタル・ストラクチャ）は、単結
晶、多数の細長い結晶粒等のあらゆる結晶形態、及びそ
の方向性配向を意味するものである。用語「冶金学的構
造」（メタラージカル・ストラクチャ）は又、全体の化
学的又は合金組成、並びに結晶構造内の析出物、相、介
在物、樹枝状晶等の寸法、形状、間隔及び組成のような
特徴を包含するものである。例えば、Ｎｉ（ニッケル）
基超合金は通常、γ’析出物、間隔の開いた樹枝状晶ア
ーム及び種々の他の識別可能な相を含んでいる。結晶構
造及び冶金学的構造は、化学的又は分光光学的分析、並
びに種々のＸ線及び顕微鏡写真法等の周知のよく用いら
れる技術により、決定され、同定され得る。ここで用い
る用語「微細構造」（ミクロストラクチャ、顕微鏡構造
ともいう）は、結晶構造及び冶金学的構造の両方の用語
を包含している。
【００１３】本発明の方法では、前掲の米国特許番号第
３９６７３５５号及び同第４０３３７９２号に示されて
いるように、別個の部材を部品延長部として用意し、そ
の延長部材の結晶配向を修理すべき部品と合致させ、次
いで、延長部を部品の所定の部分に適正な配向で接合す
る必要がない。本発明の方法は、このような工程すべて
を一操作で達成し、部品と一体で且つ同配向の延長部を
形成する。以下に詳述するように、本発明は、中空な内
部と、部品の端部を介して中空な内部と連通している開
口又は通路とを有している部品に延長部を設けるため
に、特に有用である。
３９６７３５５号及び同第４０３３７９２号に示されて
いるように、別個の部材を部品延長部として用意し、そ
の延長部材の結晶配向を修理すべき部品と合致させ、次
いで、延長部を部品の所定の部分に適正な配向で接合す
る必要がない。本発明の方法は、このような工程すべて
を一操作で達成し、部品と一体で且つ同配向の延長部を
形成する。以下に詳述するように、本発明は、中空な内
部と、部品の端部を介して中空な内部と連通している開
口又は通路とを有している部品に延長部を設けるため
に、特に有用である。
【００１４】本発明の方法の一形態では、修理すべき部
品の端部に犠牲付加物を用いることにより、部品端部
の、部品延長部を成長させる溶融材料との相互作用、例
えば逆溶融（メルトバック）を最小限に抑える。更に、
本発明では、逆溶融の場合のように損傷した部品端部が
溶融材料と直接相互作用するので、前処理若しくは前成
形、又は端部からの材料切除の必要が著しく減少する
か、又はなくなる。
品の端部に犠牲付加物を用いることにより、部品端部
の、部品延長部を成長させる溶融材料との相互作用、例
えば逆溶融（メルトバック）を最小限に抑える。更に、
本発明では、逆溶融の場合のように損傷した部品端部が
溶融材料と直接相互作用するので、前処理若しくは前成
形、又は端部からの材料切除の必要が著しく減少する
か、又はなくなる。
【００１５】本発明を評価する目的で、図１に示す形式
の装置を用いた。本実施例では円形断面のシール（密
封）したモリブデン・キャニスタ１０に、グラファイト
の抵抗加熱ヒータ１２が設けられている。キャニスタ１
０内にアルミナ溶融るつぼ１４が配置されている。キャ
ニスタ１０の頂部を通して、全体的に参照番号１６で示
されている成形部材又はダイアセンブリが配置されてい
る。本実施例では、ダイアセンブリ１６は、成形ダイ１
８と、ダイ延長部２０とを含んでいる。成形ダイ１８及
びダイ延長部２０の各々は、その中空内部を画定してい
る内壁２２及び２４をそれぞれ有しており、成形ダイ１
８及びダイ延長部２０は又、溶融るつぼ１４から溶融材
料２６を受け取る開口を有している。成形ダイ１８及び
ダイ延長部２０は、高温鋳造技術でよく用いられるアル
ミナで形成されており、その断面形状は、処理すべき部
品の断面形状と合致しているが、必ずしも同一である必
要はない。モリブデン加熱ヒータ２８が、ダイ１８の中
空内部を移動し凝固する際の溶融材料２６の状態を制御
するのを補助するように、ダイアセンブリ１６を囲んで
いる。
の装置を用いた。本実施例では円形断面のシール（密
封）したモリブデン・キャニスタ１０に、グラファイト
の抵抗加熱ヒータ１２が設けられている。キャニスタ１
０内にアルミナ溶融るつぼ１４が配置されている。キャ
ニスタ１０の頂部を通して、全体的に参照番号１６で示
されている成形部材又はダイアセンブリが配置されてい
る。本実施例では、ダイアセンブリ１６は、成形ダイ１
８と、ダイ延長部２０とを含んでいる。成形ダイ１８及
びダイ延長部２０の各々は、その中空内部を画定してい
る内壁２２及び２４をそれぞれ有しており、成形ダイ１
８及びダイ延長部２０は又、溶融るつぼ１４から溶融材
料２６を受け取る開口を有している。成形ダイ１８及び
ダイ延長部２０は、高温鋳造技術でよく用いられるアル
ミナで形成されており、その断面形状は、処理すべき部
品の断面形状と合致しているが、必ずしも同一である必
要はない。モリブデン加熱ヒータ２８が、ダイ１８の中
空内部を移動し凝固する際の溶融材料２６の状態を制御
するのを補助するように、ダイアセンブリ１６を囲んで
いる。
【００１６】キャニスタ１０の密閉内部３０を加圧する
ために、例えばアルゴンのような流体圧力源（図示せ
ず）に連結されている流体圧力入口管３２が、キャニス
タ１０の壁を貫通して設けられている。圧力計３４がキ
ャニスタ内部の圧力を感知し、キャニスタ１０内に所望
の予め選択したレベルの圧力を維持するか、又は所望の
スケジュールにて予め選択したレベルの圧力を維持する
ように、流体圧力源用の圧力制御装置（図示せず）に圧
力データを供給し得る。キャニスタ内部３０での温度感
知には、熱電対３６が用いられている。加熱ヒータ１２
及び２８への電力が炉温制御装置３８を介して、所望通
りに制御され、スケジュール調節されている。
ために、例えばアルゴンのような流体圧力源（図示せ
ず）に連結されている流体圧力入口管３２が、キャニス
タ１０の壁を貫通して設けられている。圧力計３４がキ
ャニスタ内部の圧力を感知し、キャニスタ１０内に所望
の予め選択したレベルの圧力を維持するか、又は所望の
スケジュールにて予め選択したレベルの圧力を維持する
ように、流体圧力源用の圧力制御装置（図示せず）に圧
力データを供給し得る。キャニスタ内部３０での温度感
知には、熱電対３６が用いられている。加熱ヒータ１２
及び２８への電力が炉温制御装置３８を介して、所望通
りに制御され、スケジュール調節されている。
【００１７】図２の部分的断面図は、図１の２−２線に
沿って切られたものである。図２における参照番号の意
味は図１の構成要素と同じであって、同図は成形ダイ１
８、ダイ延長部２０及びダイ加熱ヒータ２８を示す。こ
れらの構成要素の各々は、図２では、図１のエアホイル
部品４０の形状に対応しているエアホイル形状の断面を
有している。しかしながら、これらの断面は、今行おう
としている修理に必要な任意所望の形状を採り得ること
を理解されたい。延長部は、エアホイル部品４０上に凝
固界面４２（図１参照）で成長している。しかしなが
ら、延長すべき部品の形状及び延長部の所望の形状に応
じて、このような部材には、どのような形状でも、又は
どのような形状の組み合わせでも用いることができるこ
とを理解されたい。
沿って切られたものである。図２における参照番号の意
味は図１の構成要素と同じであって、同図は成形ダイ１
８、ダイ延長部２０及びダイ加熱ヒータ２８を示す。こ
れらの構成要素の各々は、図２では、図１のエアホイル
部品４０の形状に対応しているエアホイル形状の断面を
有している。しかしながら、これらの断面は、今行おう
としている修理に必要な任意所望の形状を採り得ること
を理解されたい。延長部は、エアホイル部品４０上に凝
固界面４２（図１参照）で成長している。しかしなが
ら、延長すべき部品の形状及び延長部の所望の形状に応
じて、このような部材には、どのような形状でも、又は
どのような形状の組み合わせでも用いることができるこ
とを理解されたい。
【００１８】本発明を評価する一例として、図３に線図
的に示す一般形式のガスタービンエンジンのタービンブ
レードを用いた。このようなブレードは、参照番号４４
で全体的に示されている基部と、参照番号４６で全体的
に示されているエアホイルと、ブレード先端４８とを含
んでいる。ブレードは、空気冷却用の中空な内部を有し
ており、冷却孔又は通路５０が、その中空な、通常ラビ
リンス状の内部と連通している。このようなブレード
は、多数の細長い結晶粒のような結晶構造を含んでいる
方向性凝固した微細構造を有しているので、このような
微細構造を修理部分にも連続させなければならないとす
ると、先端４８の損傷の修理は困難である。本発明は、
ブレード先端上において、親ブレード先端から成長し且
つその親ブレード先端に適合している結晶構造及び冶金
学的構造の微細構造を有している延長部の成長を可能に
する。この評価では、図３のエアホイル４６の破線５２
より軸線方向外側の先端部４８を修理するものとした。
このようなブレードを鋳造する材料は、ニッケル基超合
金であって、その公称組成は、重量％表示で、６．１５
％Ａｌ（アルミニウム）、６．３５％Ｔａ（タンタ
ル）、４．９％Ｗ（タングステン）、２．８％Ｒｅ（レ
ニウム）、１２％Ｃｏ（コバルト）、６．８％Ｃｒ（ク
ロム）、１．５％Ｈｆ（ハフニウム）、並びに残部Ｎｉ
（ニッケル）、選ばれた微量の合金添加物及び不可避的
不純物であった。このような鋳造ブレードの微細構造
は、一方向に配向されている多数の細長い結晶粒であっ
た。
的に示す一般形式のガスタービンエンジンのタービンブ
レードを用いた。このようなブレードは、参照番号４４
で全体的に示されている基部と、参照番号４６で全体的
に示されているエアホイルと、ブレード先端４８とを含
んでいる。ブレードは、空気冷却用の中空な内部を有し
ており、冷却孔又は通路５０が、その中空な、通常ラビ
リンス状の内部と連通している。このようなブレード
は、多数の細長い結晶粒のような結晶構造を含んでいる
方向性凝固した微細構造を有しているので、このような
微細構造を修理部分にも連続させなければならないとす
ると、先端４８の損傷の修理は困難である。本発明は、
ブレード先端上において、親ブレード先端から成長し且
つその親ブレード先端に適合している結晶構造及び冶金
学的構造の微細構造を有している延長部の成長を可能に
する。この評価では、図３のエアホイル４６の破線５２
より軸線方向外側の先端部４８を修理するものとした。
このようなブレードを鋳造する材料は、ニッケル基超合
金であって、その公称組成は、重量％表示で、６．１５
％Ａｌ（アルミニウム）、６．３５％Ｔａ（タンタ
ル）、４．９％Ｗ（タングステン）、２．８％Ｒｅ（レ
ニウム）、１２％Ｃｏ（コバルト）、６．８％Ｃｒ（ク
ロム）、１．５％Ｈｆ（ハフニウム）、並びに残部Ｎｉ
（ニッケル）、選ばれた微量の合金添加物及び不可避的
不純物であった。このような鋳造ブレードの微細構造
は、一方向に配向されている多数の細長い結晶粒であっ
た。
【００１９】同様ではあるが、他のニッケル基超合金を
図１のキャニスタ１０内の溶融るつぼ１４に入れ、キャ
ニスタ１０をシール（密封）した。溶融るつぼ１４内の
ニッケル基超合金の公称組成は、重量％表示で、６．７
％Ａｌ、６．２％Ｔａ、２％Ｒｅ、１０．５％Ｃｏ、１
６％Ｃｒ、１．６％Ｈｆ、並びに残部Ｎｉ、選ばれた微
量の合金添加物及び不可避的不純物であった。超合金を
抵抗加熱ヒータ１２によって、低酸素アルゴン雰囲気中
で約２７９０°Ｆ〜２９０５°Ｆの範囲の温度で溶融し
た。成形ダイ１８とダイ延長部２０とを含んでいるダイ
アセンブリ１６を図１に示すような所定の位置に配置し
て、流体圧力入口管３２を通して加圧アルゴンを導入す
ることにより、溶融金属を加圧した。約４８インチＨ２
Ｏの圧力で、溶融金属をダイ延長部２０内で上向きに成
形ダイ１８に押し込んだ。約５０．５インチＨ２Ｏが、
溶融金属２６をブレード先端４８と接触させるために十
分な圧力であり、この状態で約４分間保持した。その間
に、ブレード先端４８は、凝固界面４２（図１及び図３
に破線５２で示す）まで逆溶融することにより、溶融金
属２６と相互作用した。更に、ブレード先端４８は、ダ
イ１８内の溶融金属２６に対する配向成長種として作用
した。次に、エアホイル部品４０及び部品端部又はブレ
ード先端４８を、図１に矢印５４で示すように上向きに
約０．２インチ／分の速度で移動させることにより、引
き抜いた。この結果、ブレード先端４８がダイ１８内で
凝固し、エアホイルブレード先端４８と同じ方向性をも
って凝固した多数の細長い結晶粒の結晶構造を有してい
る延長部を成長させた。延長部は、ブレード先端と連続
且つ一体であった。ブレード先端４８と同じ形状及び結
晶構造配向の延長部が約０．４インチ得られるまで、引
き抜き及び方向性凝固を継続した。
図１のキャニスタ１０内の溶融るつぼ１４に入れ、キャ
ニスタ１０をシール（密封）した。溶融るつぼ１４内の
ニッケル基超合金の公称組成は、重量％表示で、６．７
％Ａｌ、６．２％Ｔａ、２％Ｒｅ、１０．５％Ｃｏ、１
６％Ｃｒ、１．６％Ｈｆ、並びに残部Ｎｉ、選ばれた微
量の合金添加物及び不可避的不純物であった。超合金を
抵抗加熱ヒータ１２によって、低酸素アルゴン雰囲気中
で約２７９０°Ｆ〜２９０５°Ｆの範囲の温度で溶融し
た。成形ダイ１８とダイ延長部２０とを含んでいるダイ
アセンブリ１６を図１に示すような所定の位置に配置し
て、流体圧力入口管３２を通して加圧アルゴンを導入す
ることにより、溶融金属を加圧した。約４８インチＨ２
Ｏの圧力で、溶融金属をダイ延長部２０内で上向きに成
形ダイ１８に押し込んだ。約５０．５インチＨ２Ｏが、
溶融金属２６をブレード先端４８と接触させるために十
分な圧力であり、この状態で約４分間保持した。その間
に、ブレード先端４８は、凝固界面４２（図１及び図３
に破線５２で示す）まで逆溶融することにより、溶融金
属２６と相互作用した。更に、ブレード先端４８は、ダ
イ１８内の溶融金属２６に対する配向成長種として作用
した。次に、エアホイル部品４０及び部品端部又はブレ
ード先端４８を、図１に矢印５４で示すように上向きに
約０．２インチ／分の速度で移動させることにより、引
き抜いた。この結果、ブレード先端４８がダイ１８内で
凝固し、エアホイルブレード先端４８と同じ方向性をも
って凝固した多数の細長い結晶粒の結晶構造を有してい
る延長部を成長させた。延長部は、ブレード先端と連続
且つ一体であった。ブレード先端４８と同じ形状及び結
晶構造配向の延長部が約０．４インチ得られるまで、引
き抜き及び方向性凝固を継続した。
【００２０】このプロセスの間、ダイヒータ２８を用い
て、ダイアセンブリ１６内の温度及び凝固界面４２の位
置を制御した。方向性凝固鋳造技術でよく知られ、広く
用いられているように、図示していない冷し金（チル）
を同じ位置に用いることにより、凝固界面の更なる制御
を行うことができる。このような冷し金によって、所定
の凝固及び微細構造成長に望ましい急峻な熱勾配を与え
ることができる。
て、ダイアセンブリ１６内の温度及び凝固界面４２の位
置を制御した。方向性凝固鋳造技術でよく知られ、広く
用いられているように、図示していない冷し金（チル）
を同じ位置に用いることにより、凝固界面の更なる制御
を行うことができる。このような冷し金によって、所定
の凝固及び微細構造成長に望ましい急峻な熱勾配を与え
ることができる。
【００２１】ダイアセンブリをアルミナから形成したの
で、ダイアセンブリのエアホイル形状断面における溶融
深さの変動が、非濡れ系に予想される通りのものである
と観測された。このため、前縁から後縁まで先端全域に
わたっての接触が達成されるように、成長種ブレード先
端部をダイ内に配置することが可能になった。上述の実
施例に示したように、ブレード先端合金の組成は、溶融
金属から先端上に成長した延長部の合金の組成とは相違
した。しかしながら、これら２つの組成は、延長部の結
晶構造が、延長部に対して本体部となるブレード先端の
結晶構造と一体且つ連続に成長するように、選択した。
この成長モードはエピタキシャル成長ということもあ
る。本発明の内容では、これは通常、ブレード先端（又
は本体部）の合金と延長部の合金との間の適合性を確保
する上で必要な条件である。適合性（共存性又は両立
性）は、一般に、これらの合金が互いに、汚染、液体金
属脆化、界面での脆い相の形成若しくはその他により、
悪影響を及ぼさないことを意味する。適合性は又、ブレ
ード先端と延長部との間での機械的特性、物理的特性及
び冶金学的構造の不連続性におけるある限度を意味す
る。最終的には、適合性は性能により測定しなければな
らない。もしも１つの合金の延長部を他の合金の部品上
に繰り返し成長させることができるならば、もしもその
上に延長部を成長させた部品がその後の製造作業に耐え
られるならば、又、もしも仕上げ済み部品が使用時に良
好に機能するならば、上述した一般論にもかかわらず、
その例外として、これら２つの合金が適合していると結
論せざるを得ない。同じことが、犠牲付加物についても
成り立つ。ここで用いる表現「……に適合している溶融
材料」は、液体状態で存在するときに前述した適合性基
準を満たす材料又は合金を意味すると解する。
で、ダイアセンブリのエアホイル形状断面における溶融
深さの変動が、非濡れ系に予想される通りのものである
と観測された。このため、前縁から後縁まで先端全域に
わたっての接触が達成されるように、成長種ブレード先
端部をダイ内に配置することが可能になった。上述の実
施例に示したように、ブレード先端合金の組成は、溶融
金属から先端上に成長した延長部の合金の組成とは相違
した。しかしながら、これら２つの組成は、延長部の結
晶構造が、延長部に対して本体部となるブレード先端の
結晶構造と一体且つ連続に成長するように、選択した。
この成長モードはエピタキシャル成長ということもあ
る。本発明の内容では、これは通常、ブレード先端（又
は本体部）の合金と延長部の合金との間の適合性を確保
する上で必要な条件である。適合性（共存性又は両立
性）は、一般に、これらの合金が互いに、汚染、液体金
属脆化、界面での脆い相の形成若しくはその他により、
悪影響を及ぼさないことを意味する。適合性は又、ブレ
ード先端と延長部との間での機械的特性、物理的特性及
び冶金学的構造の不連続性におけるある限度を意味す
る。最終的には、適合性は性能により測定しなければな
らない。もしも１つの合金の延長部を他の合金の部品上
に繰り返し成長させることができるならば、もしもその
上に延長部を成長させた部品がその後の製造作業に耐え
られるならば、又、もしも仕上げ済み部品が使用時に良
好に機能するならば、上述した一般論にもかかわらず、
その例外として、これら２つの合金が適合していると結
論せざるを得ない。同じことが、犠牲付加物についても
成り立つ。ここで用いる表現「……に適合している溶融
材料」は、液体状態で存在するときに前述した適合性基
準を満たす材料又は合金を意味すると解する。
【００２２】本発明を実施して得られる部品は、本体
部、例えば親ブレード先端を含んでおり、親ブレード先
端は、上述の実施例では一方向に配向されている多数の
細長い結晶粒の第１の結晶構造と、本体部の合金組成に
基づく第１の冶金学的構造とを有している。本体部と一
体で且つ連続な延長部は、本体部の第１の結晶構造と連
続であり且つ適合性のあるものとして第２の結晶構造を
有しており、又、本体部の第１の冶金学的構造と合致し
ていると共に適合しているが、第１の冶金学的構造と識
別可能な第２の冶金学的構造を有している。本体部と延
長部との間の界面部は、合致しており別個に形成されて
いる異なる部材を互いに拡散接合する従来の方法により
得られる界面とは異なっている。本発明と従来法との主
要な差異は界面に存する。本発明では、本体の表面上に
延長部として選択した液体材料から原子の層を順次積層
することにより、延長部をエピタキシャル成長させる。
従って、結晶構造は界面の両側で連続である。二次結晶
粒配向を横方向において合致させることが困難な従来の
界面接合技術と異なり、本発明の方法では更に、二次結
晶粒配向を成長させることができる。従って、エピタキ
シャル成長領域又は修復区域は、一次方向のみでなく、
二次方向においても、部品の元の冶金学的結晶粒構造又
は配向と合致する。界面及び修復区域において等軸結晶
粒を有する現在の修理方法に対する利点は、機械的及び
冶金学的特性に関して顕著である。従来の方法を用いる
と、元の部品の冶金学的結晶粒構造が延長部又は修復区
域と合致しないからである。本体部及び延長部に異なる
合金を選択した場合でさえも、一般的には、凝固した構
造に隣接する液体中の原子種の迅速な混合の結果とし
て、界面領域では冶金学的構造に勾配が生じる。従来の
方法を十分注意して実施したとしても、本体部と、他の
延長部との間に局所的な表面凹凸や小さなミスアライメ
ントが生じる可能性が高く、これらは２つの部品間に、
ある種の小角境界を生じさせる結果となる。同様に、い
ずれかの部品の汚染物が界面に捕捉され、これにより接
合部を弱くする可能性が高い。
部、例えば親ブレード先端を含んでおり、親ブレード先
端は、上述の実施例では一方向に配向されている多数の
細長い結晶粒の第１の結晶構造と、本体部の合金組成に
基づく第１の冶金学的構造とを有している。本体部と一
体で且つ連続な延長部は、本体部の第１の結晶構造と連
続であり且つ適合性のあるものとして第２の結晶構造を
有しており、又、本体部の第１の冶金学的構造と合致し
ていると共に適合しているが、第１の冶金学的構造と識
別可能な第２の冶金学的構造を有している。本体部と延
長部との間の界面部は、合致しており別個に形成されて
いる異なる部材を互いに拡散接合する従来の方法により
得られる界面とは異なっている。本発明と従来法との主
要な差異は界面に存する。本発明では、本体の表面上に
延長部として選択した液体材料から原子の層を順次積層
することにより、延長部をエピタキシャル成長させる。
従って、結晶構造は界面の両側で連続である。二次結晶
粒配向を横方向において合致させることが困難な従来の
界面接合技術と異なり、本発明の方法では更に、二次結
晶粒配向を成長させることができる。従って、エピタキ
シャル成長領域又は修復区域は、一次方向のみでなく、
二次方向においても、部品の元の冶金学的結晶粒構造又
は配向と合致する。界面及び修復区域において等軸結晶
粒を有する現在の修理方法に対する利点は、機械的及び
冶金学的特性に関して顕著である。従来の方法を用いる
と、元の部品の冶金学的結晶粒構造が延長部又は修復区
域と合致しないからである。本体部及び延長部に異なる
合金を選択した場合でさえも、一般的には、凝固した構
造に隣接する液体中の原子種の迅速な混合の結果とし
て、界面領域では冶金学的構造に勾配が生じる。従来の
方法を十分注意して実施したとしても、本体部と、他の
延長部との間に局所的な表面凹凸や小さなミスアライメ
ントが生じる可能性が高く、これらは２つの部品間に、
ある種の小角境界を生じさせる結果となる。同様に、い
ずれかの部品の汚染物が界面に捕捉され、これにより接
合部を弱くする可能性が高い。
【００２３】親エアホイルと同じ断面を有しており、エ
アホイルブレード先端の修理に必要なタイプの延長部を
制御しながら成長させることが可能なことを、上述した
実施例は示している。この実施例は一端、即ち先端延長
部のみについてのものであるが、本発明は多数の部品端
部、例えば多数のブレード先端を同時に修理するように
拡張することができることを理解されたい。本発明は、
他の単結晶及び一方向に配向された部品、例えばタービ
ンノズル、シュラウド及びベーンの修理にも用いること
ができる。
アホイルブレード先端の修理に必要なタイプの延長部を
制御しながら成長させることが可能なことを、上述した
実施例は示している。この実施例は一端、即ち先端延長
部のみについてのものであるが、本発明は多数の部品端
部、例えば多数のブレード先端を同時に修理するように
拡張することができることを理解されたい。本発明は、
他の単結晶及び一方向に配向された部品、例えばタービ
ンノズル、シュラウド及びベーンの修理にも用いること
ができる。
【００２４】この実施例から、延長部の結晶構造が現存
する部品の結晶構造と実質的に同じでなければならない
と結論された。しかしながら、予期せざることには、現
存する部品と延長部との間で、冶金学的構造、特に合金
組成にかなりの差があってもよく、場合によっては好ま
しいことさえあることを見出した。本発明を実施した結
果として、図３のエアホイル４６は、図４に示すよう
に、修理を行いたかった位置である破線５２からの延長
部５６を含んでいる。図４の部分的な線図から分かるよ
うに、エアホイル４６を成長種として用いた結果、親エ
アホイルの微細構造と連続且つ一体の部分として、本実
施例では多数の細長い結晶粒を含んでいる適合性の微細
構造を有している延長部５６が得られる。
する部品の結晶構造と実質的に同じでなければならない
と結論された。しかしながら、予期せざることには、現
存する部品と延長部との間で、冶金学的構造、特に合金
組成にかなりの差があってもよく、場合によっては好ま
しいことさえあることを見出した。本発明を実施した結
果として、図３のエアホイル４６は、図４に示すよう
に、修理を行いたかった位置である破線５２からの延長
部５６を含んでいる。図４の部分的な線図から分かるよ
うに、エアホイル４６を成長種として用いた結果、親エ
アホイルの微細構造と連続且つ一体の部分として、本実
施例では多数の細長い結晶粒を含んでいる適合性の微細
構造を有している延長部５６が得られる。
【００２５】ガスタービンエンジンの空気冷却ブレード
の先端部の他の形状を、主要部を示す斜視図である図
５、及び図５の６−６線方向に沿って見た断面図である
図６に示す。この形式の先端は「スクイーラ先端」と呼
ばれることもある。それは、作動条件によっては、この
先端が対向する部材に干渉し、又はその部材を擦り、ク
リアランスゼロの状態に近付くことがあるからである。
このような干渉の結果として、エアホイル６０の外周リ
ム５８（図５及び図６）が摩耗し、又は損傷されるおそ
れがある。このような擦れ状態がない場合でさえも、長
い動作期間の間には、空気中の粒子や酸化がリム５８を
摩耗し、リム５８の損傷につながるおそれがある。本発
明の方法を用いて、前述の実施例に記載した態様で延長
部を設けることにより、このような損傷を修理すること
ができる。しかしながら、リム５８が狭いか、又は損傷
がシェルフ６２の近くまで及んでいる場合には、シェル
フ６２への損傷を回避するために、図１の溶融材料２６
における逆溶融のようなリム５８の相互作用を制限し、
注意深く制御するべきである。本発明の方法の一形態で
は、リム５８によって支持されている犠牲付加物（図７
に参照番号６４で示す）を用いる。図７におけるリム５
８のエッジ又は表面６６は、侵食され、損傷されて、修
理が必要な状態になっていることを表している。
の先端部の他の形状を、主要部を示す斜視図である図
５、及び図５の６−６線方向に沿って見た断面図である
図６に示す。この形式の先端は「スクイーラ先端」と呼
ばれることもある。それは、作動条件によっては、この
先端が対向する部材に干渉し、又はその部材を擦り、ク
リアランスゼロの状態に近付くことがあるからである。
このような干渉の結果として、エアホイル６０の外周リ
ム５８（図５及び図６）が摩耗し、又は損傷されるおそ
れがある。このような擦れ状態がない場合でさえも、長
い動作期間の間には、空気中の粒子や酸化がリム５８を
摩耗し、リム５８の損傷につながるおそれがある。本発
明の方法を用いて、前述の実施例に記載した態様で延長
部を設けることにより、このような損傷を修理すること
ができる。しかしながら、リム５８が狭いか、又は損傷
がシェルフ６２の近くまで及んでいる場合には、シェル
フ６２への損傷を回避するために、図１の溶融材料２６
における逆溶融のようなリム５８の相互作用を制限し、
注意深く制御するべきである。本発明の方法の一形態で
は、リム５８によって支持されている犠牲付加物（図７
に参照番号６４で示す）を用いる。図７におけるリム５
８のエッジ又は表面６６は、侵食され、損傷されて、修
理が必要な状態になっていることを表している。
【００２６】犠牲付加物６４は、ブレード先端と同じ微
細構造、例えば多数の細長い結晶粒又は単結晶を有して
いる必要はない。必要なことは、付加物６４がリム５８
に取り付けられていると共に、溶融材料２６に適合して
いる材料から形成されていることのみである。例えば、
溶融材料２６がニッケル基超合金である場合には、付加
物６４を、ニッケルにすることもできるし、溶融材料２
６の組成を希釈したり、若しくは実質的に変えたりしな
い元素を含んでいるニッケル基合金、又は溶融材料２６
の合金化元素の一種の合金等とすることができる。付加
物６４は、当業者に周知の種々の方法、例えばフレーム
溶射、電着、予め形成されている部材の拡散接合等によ
り設けることができる。又、犠牲付加物６４は本発明の
方法を実施する際に溶融材料２６中に溶解するので、付
加物６４の形状は、好都合なものであればどのような形
状でもよい。即ち、付加物を、図７に示すようにリム５
８の延長部として成形したり、リム５８によって支持さ
れているシム、シート又はホイルとしたりすることがで
きる。溶融材料２６によって付加物６４が溶解すると、
少なくともリム５８の表面微細構造が溶融材料２６に露
呈され、このような表面が本発明に従って成長種として
作用することが可能になる。犠牲付加物６４を用いるこ
とにより、図１のエアホイル部品４０の適正な位置決め
が容易になり、このため、図５、図６及び図７のエアホ
イル６０のような部品を修理しているとき、図７の逆溶
融線６８は、シェルフ６２の位置又はシェルフ６２内に
くるのではなく、シェルフ６２から離れる。このような
犠牲付加物がないと、溶融材料２６の完全な接触及び溶
融材料２６との相互作用を達成するために、リム５８を
シェルフ６２内に逆溶融することが必要になるおそれが
ある。
細構造、例えば多数の細長い結晶粒又は単結晶を有して
いる必要はない。必要なことは、付加物６４がリム５８
に取り付けられていると共に、溶融材料２６に適合して
いる材料から形成されていることのみである。例えば、
溶融材料２６がニッケル基超合金である場合には、付加
物６４を、ニッケルにすることもできるし、溶融材料２
６の組成を希釈したり、若しくは実質的に変えたりしな
い元素を含んでいるニッケル基合金、又は溶融材料２６
の合金化元素の一種の合金等とすることができる。付加
物６４は、当業者に周知の種々の方法、例えばフレーム
溶射、電着、予め形成されている部材の拡散接合等によ
り設けることができる。又、犠牲付加物６４は本発明の
方法を実施する際に溶融材料２６中に溶解するので、付
加物６４の形状は、好都合なものであればどのような形
状でもよい。即ち、付加物を、図７に示すようにリム５
８の延長部として成形したり、リム５８によって支持さ
れているシム、シート又はホイルとしたりすることがで
きる。溶融材料２６によって付加物６４が溶解すると、
少なくともリム５８の表面微細構造が溶融材料２６に露
呈され、このような表面が本発明に従って成長種として
作用することが可能になる。犠牲付加物６４を用いるこ
とにより、図１のエアホイル部品４０の適正な位置決め
が容易になり、このため、図５、図６及び図７のエアホ
イル６０のような部品を修理しているとき、図７の逆溶
融線６８は、シェルフ６２の位置又はシェルフ６２内に
くるのではなく、シェルフ６２から離れる。このような
犠牲付加物がないと、溶融材料２６の完全な接触及び溶
融材料２６との相互作用を達成するために、リム５８を
シェルフ６２内に逆溶融することが必要になるおそれが
ある。
【００２７】線図的断面図である図８、図９及び図１０
に、中空内部を有している部品の修理に関して、図１に
示すような周囲を囲んでいる成形ダイ（図示せず）にお
いて、本発明の方法を実施する一連の工程を示す。例え
ば、このような内部は、空気冷却タービンブレードにお
けるラビリンス通路７０とすることができる。便宜上、
参照番号のいくつかを先の実施例に用いたのと同じ参照
番号とする。図８では、リム５８が溶融材料２６と接触
していると共に、仮想線で示されている先のリムエッジ
６６から溶融材料２６によって部分的に逆溶融されてい
る。図９において、逆溶融（メルトバック）は更に継続
して、リム５８の残存部が溶融材料２６への成長種とし
て作用するのに十分にリム５８内を進行し、逆溶融線６
８まで達している。次に、エアホイル６０を、溶融材料
２６と接触状態を保ったまま、図１０に矢印５４で示す
ように上向きに移動させる。こうして、溶融線６８より
上方での凝固により、リム５８上に破線７２で境界を定
められている延長部５６を成長させる。溶融線６８は、
前述したように凝固界面４２となる。部品によっては、
ブレード延長部５６が中実であれば、所望に応じて追加
の孔を穿孔して、中空内部からの空気排出又は中空内部
の外部連通を実現することができる。例えば、このよう
な孔を、材料切除技術において周知でよく用いられてい
るレーザ穿孔、電気化学法又は放電加工法により形成す
ることができる。
に、中空内部を有している部品の修理に関して、図１に
示すような周囲を囲んでいる成形ダイ（図示せず）にお
いて、本発明の方法を実施する一連の工程を示す。例え
ば、このような内部は、空気冷却タービンブレードにお
けるラビリンス通路７０とすることができる。便宜上、
参照番号のいくつかを先の実施例に用いたのと同じ参照
番号とする。図８では、リム５８が溶融材料２６と接触
していると共に、仮想線で示されている先のリムエッジ
６６から溶融材料２６によって部分的に逆溶融されてい
る。図９において、逆溶融（メルトバック）は更に継続
して、リム５８の残存部が溶融材料２６への成長種とし
て作用するのに十分にリム５８内を進行し、逆溶融線６
８まで達している。次に、エアホイル６０を、溶融材料
２６と接触状態を保ったまま、図１０に矢印５４で示す
ように上向きに移動させる。こうして、溶融線６８より
上方での凝固により、リム５８上に破線７２で境界を定
められている延長部５６を成長させる。溶融線６８は、
前述したように凝固界面４２となる。部品によっては、
ブレード延長部５６が中実であれば、所望に応じて追加
の孔を穿孔して、中空内部からの空気排出又は中空内部
の外部連通を実現することができる。例えば、このよう
な孔を、材料切除技術において周知でよく用いられてい
るレーザ穿孔、電気化学法又は放電加工法により形成す
ることができる。
【００２８】本発明を評価する一例では、ガスタービン
の作動条件に置いた後の、図５、図６及び図７に示す形
式の空冷タービンブレードを用いた。ブレードは先の実
施例と同じニッケル基超合金から形成されている。この
合金は、その組成中にＡｌとＨｆとを含有しており、こ
れらの元素は、高温の酸化状態に露呈されると、安定な
表面酸化物を形成する。このような合金化元素、及び場
合によってはイットリウムは、タービンブレードを形成
しているニッケル基超合金によく用いられている。従っ
て、空冷通路又は孔、例えば図５、図６及び図７の孔７
４の露出表面は、表面酸化物で被覆されており、このよ
うな表面酸化物は、溶融物２６のような溶融材料と相互
作用しないし、溶融材料の中で溶解もしない。このよう
な表面は酸化物であるので、非濡れモールドとして作用
する。この実施例では、孔が形成されているブレード材
料内に逆溶融を進行させた。予期せざることに、先の実
施例の延長部の材料と同じ組成を有している溶融材料２
６と接触したとき、孔のほとんどが閉塞されず、孔の健
全性が維持された。しかしながら、このような非濡れ作
用が、溶融修理材料と相互作用する所定のブレード先端
の他の部分に影響するのを回避するために、酸化物や皮
膜等を除去する前処理、例えば機械的又は化学的表面処
理を用いて、部品延長部の成長を促進することができ
る。本発明の方法の一形態では、溶融物に加える流体圧
力は、溶融物を成形部材内に押し入れるために適正であ
るが、溶融物を酸化物被覆孔に押し込むために必要な圧
力よりも小さい値に選定されている。このような圧力限
度は、孔の寸法の関数である。
の作動条件に置いた後の、図５、図６及び図７に示す形
式の空冷タービンブレードを用いた。ブレードは先の実
施例と同じニッケル基超合金から形成されている。この
合金は、その組成中にＡｌとＨｆとを含有しており、こ
れらの元素は、高温の酸化状態に露呈されると、安定な
表面酸化物を形成する。このような合金化元素、及び場
合によってはイットリウムは、タービンブレードを形成
しているニッケル基超合金によく用いられている。従っ
て、空冷通路又は孔、例えば図５、図６及び図７の孔７
４の露出表面は、表面酸化物で被覆されており、このよ
うな表面酸化物は、溶融物２６のような溶融材料と相互
作用しないし、溶融材料の中で溶解もしない。このよう
な表面は酸化物であるので、非濡れモールドとして作用
する。この実施例では、孔が形成されているブレード材
料内に逆溶融を進行させた。予期せざることに、先の実
施例の延長部の材料と同じ組成を有している溶融材料２
６と接触したとき、孔のほとんどが閉塞されず、孔の健
全性が維持された。しかしながら、このような非濡れ作
用が、溶融修理材料と相互作用する所定のブレード先端
の他の部分に影響するのを回避するために、酸化物や皮
膜等を除去する前処理、例えば機械的又は化学的表面処
理を用いて、部品延長部の成長を促進することができ
る。本発明の方法の一形態では、溶融物に加える流体圧
力は、溶融物を成形部材内に押し入れるために適正であ
るが、溶融物を酸化物被覆孔に押し込むために必要な圧
力よりも小さい値に選定されている。このような圧力限
度は、孔の寸法の関数である。
【００２９】本発明によれば、部品又は部材を一方向に
配向されている成長種として用いて、その部材の端部
に、部材の微細構造と合致した微細構造を有している識
別可能な延長部を形成する。このような延長部は、成長
種の材料に適合しているか、又は成長種の材料と合致し
ている溶融材料から形成されているので、延長部は部材
と一体に形成されていると共に、部材の微細構造と連続
な微細構造を有している。しかしながら、上述したよう
に、部材の組成と、溶融材料の組成、従って、溶融材料
から成長する延長部の組成とは、同じである必要はな
い。例えば、耐環境性の高い延長部を形成するための溶
融材料の選択は、成長種として作用する部材と溶融材料
から成長する延長部との間の結晶構造の許容可能な不一
致度（ミスマッチ）に依存している。成長種として作用
する部品端部の溶融材料からの移動の速度は、少なくと
も加えられる流体圧力、溶融物の温度、凝固界面での熱
勾配、並びに延長部の凝固及び成長の速度の関数であ
る。
配向されている成長種として用いて、その部材の端部
に、部材の微細構造と合致した微細構造を有している識
別可能な延長部を形成する。このような延長部は、成長
種の材料に適合しているか、又は成長種の材料と合致し
ている溶融材料から形成されているので、延長部は部材
と一体に形成されていると共に、部材の微細構造と連続
な微細構造を有している。しかしながら、上述したよう
に、部材の組成と、溶融材料の組成、従って、溶融材料
から成長する延長部の組成とは、同じである必要はな
い。例えば、耐環境性の高い延長部を形成するための溶
融材料の選択は、成長種として作用する部材と溶融材料
から成長する延長部との間の結晶構造の許容可能な不一
致度（ミスマッチ）に依存している。成長種として作用
する部品端部の溶融材料からの移動の速度は、少なくと
も加えられる流体圧力、溶融物の温度、凝固界面での熱
勾配、並びに延長部の凝固及び成長の速度の関数であ
る。
【００３０】本発明の方法では、もしも溶融材料の融点
が成長種として作用している部品端部の融点よりも低い
ならば、溶融材料と成長種との相互作用が成長種として
の部品端部の完全な溶融を伴うことを必要としない。必
要なことは、界面を横切って溶融材料内に進行する結晶
構造の成長を可能にする条件が界面で存在することのみ
である。
が成長種として作用している部品端部の融点よりも低い
ならば、溶融材料と成長種との相互作用が成長種として
の部品端部の完全な溶融を伴うことを必要としない。必
要なことは、界面を横切って溶融材料内に進行する結晶
構造の成長を可能にする条件が界面で存在することのみ
である。
【００３１】以上、本発明を、図面に示した実施例を含
めてその特定の実施例について説明した。しかしなが
ら、これらの実施例は本発明の例示であって、その範囲
を限定しようとするものではない。
めてその特定の実施例について説明した。しかしなが
ら、これらの実施例は本発明の例示であって、その範囲
を限定しようとするものではない。
【図１】本発明の方法を実施するために構成されている
装置の断面図である。
装置の断面図である。
【図２】図１の２−２線方向に見た部分的断面図であっ
て、エアホイル形状の成形ダイの断面を示す図である。
て、エアホイル形状の成形ダイの断面を示す図である。
【図３】空冷ガスタービンエンジンのタービンブレード
の斜視図である。
の斜視図である。
【図４】修理したエアホイルの部分的線図であって、延
長部及び多数の細長い結晶粒を示す図である。
長部及び多数の細長い結晶粒を示す図である。
【図５】空冷ガスタービンエンジンブレードのブレード
先端部の部分的斜視図である。
先端部の部分的斜視図である。
【図６】図５の６−６線方向に見たブレード先端部の部
分的断面図である。
分的断面図である。
【図７】図６のブレード先端部の部分的断面図であっ
て、犠牲付加物を含んでいる図である。
て、犠牲付加物を含んでいる図である。
【図８】中空な部品に本発明の方法を実施する一連の工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図９】中空な部品に本発明の方法を実施する一連の工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図１０】中空な部品に本発明の方法を実施する一連の
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
１０ キャニスタ １４ 溶融るつぼ １６ ダイアセンブリ １８ 成形ダイ ２０ ダイ延長部 ２６ 溶融材料 ３２ 流体圧力入口管 ４０ エアホイル部品 ４２ 凝固界面 ４８ 先端部 ５６ 延長部 ６０ エアホイル ６４ 付加物 ７０ 通路 ７４ 孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｄ 5/22 7825−3Ｇ 9/02 １０１ 7825−3Ｇ // Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｈ
Claims (21)
- 【請求項１】 選択された冶金学的構造及び選択された
結晶構造の成長種を用いて溶融材料から部材の成長を開
始する方法であって、 前記部材は、前記成長種の微細構造に適合した微細構造
を有しており、前記溶融材料は、前記選択された種の冶
金学的構造に適合しており、 選択された形状及び一方向に配向されている選択された
微細構造の端部を有している部品に、前記一方向に配向
されている選択された微細構造に適合した微細構造と一
体に形成されている当該延長部を設けると共に該微細構
造を有している当該延長部を設けるべく、前記溶融材料
内で前記部品の端部を前記成長種として用いて延長部を
設ける工程を含んでいる、溶融材料から部品の成長を開
始する方法。 - 【請求項２】 前記部品の端部は、エアホイル形状を有
していると共に、ニッケル基超合金から形成されている
請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記部品の端部を前記成長種として用い
る前に、前記溶融材料に適合している材料の犠牲付加物
を前記部品の端部に固定し、前記犠牲付加物は、前記部
品の端部を前記溶融材料に露出するように前記溶融材料
内で溶解する請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 選択された冶金学的構造及び選択された
結晶構造の種を用いて部材の成長を開始する方法であっ
て、 前記部材は、前記種の微細構造に適合した微細構造を有
しており、 前記種の前記選択された冶金学的構造に適合した溶融材
料と、該溶融材料と連通して設けられた成形開口を画定
している壁を有している成形部材とを設け、 一方向に配向されている端部微細構造を有している部品
の端部に延長部を設けるために、 前記溶融材料を前記成形開口内に押し込むように、前記
溶融材料に流体圧力を加え、 前記部品の端部の一部が前記溶融材料と相互作用し、次
いで前記加えられた流体圧力と相互作用するために十分
な時間、前記部品の端部を前記成形開口内で前記溶融材
料と接触状態に保持することにより、前記部品の端部を
一方向に配向されている微細構造の成長種として用い、 前記溶融材料が、前記部品の端部の一部と一体に形成さ
れていると共に前記端部の一方向に配向されている微細
構造に適合した微細構造を有している延長部として、前
記成形開口内で前記部品の端部の一部上に一方向に凝固
するのを許容する速度で、前記部品の端部を前記成形開
口を通して引き抜く工程を含んでいる、部材の成長を開
始する方法。 - 【請求項５】 前記成形開口は、ダイ延長部を含んでい
るダイ内にあり、前記ダイ延長部は、前記溶融材料と前
記成形開口との間に設けられていると共に該溶融材料及
び該成形開口と連通して設けられている延長中空内部を
画定している壁を有しており、 前記流体圧力は、前記溶融材料を前記延長中空内部に押
し込んでおり、 前記部品の端部は、前記成形開口の少なくとも一部を介
して保持されていると共に、前記延長中空内部で前記溶
融材料と接触している請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記部品を前記成長種として用いる前
に、前記溶融材料に適合していると共に、前記部品の端
部の一部を前記溶融材料に露出するように前記溶融材料
内で溶解する犠牲付加物を前記部品の端部に固定する工
程を含んでいる請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 前記部品の端部は、合金であり、 前記溶融材料は、前記部品の端部の合金と冶金学的に適
合した合金であり、 前記流体圧力は、ガスにより加えられている請求項４に
記載の方法。 - 【請求項８】 外側断面形状と、一方向に配向されてい
る微細構造とを有している部品の端部に延長部を設ける
方法であって、 前記部品に適合している溶融材料を設け、 前記部品の外側断面形状と断面が合致しているダイ開口
を画定している内壁を有しているダイを設け、 第１の延長部端上の前記ダイ内壁と第２の延長部端上の
前記溶融材料との間に配設されていると共に第１の延長
部端上の前記ダイ内壁及び第２の延長部端上の前記溶融
材料と連通して配設されている延長壁により、画定され
ている中空内部を有しているダイ延長部を設け、 前記溶融材料を前記第２の延長部端を経て前記ダイ延長
部の中空内部に押し込むように、前記溶融材料に流体圧
力を加え、 前記部品の端部を前記溶融材料と接触状態で前記ダイ開
口の少なくとも一部を通過させ、 前記部品の端部の一部が一方向に配向されている微細構
造の成長種として前記溶融材料と相互作用するために十
分な時間、前記部品の端部を前記溶融材料と接触状態に
保持し、 前記溶融材料が、前記部品の端部と一体に形成されてい
ると共に前記部品の一方向に配向されている微細構造と
実質的に連続な結晶構造を有している延長部として、前
記ダイ開口内で前記成長種上に一方向に凝固するのを許
容する速度で、前記部品の端部を前記ダイ開口を通して
引き抜く工程を含んでいる、部品の端部に延長部を設け
る方法。 - 【請求項９】 前記部品の端部を前記ダイ開口の一部を
通過させる前に、犠牲付加物を前記部品の端部に取り付
ける工程を含んでおり、前記犠牲付加物は、前記溶融材
料に適合している材料から成っていると共に、前記部品
の表面を前記溶融材料に露出するように前記溶融材料内
で溶解する材料から成っている請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記部品の端部の前記一方向に配向さ
れている結晶構造は、実質的に単結晶である請求項８に
記載の方法。 - 【請求項１１】 外側断面形状と、一方向に配向されて
いる微細構造と、中空な内部と、当該部品の端部を貫通
して前記中空な内部と連通しており、壁により画定され
ている少なくとも１つの通路とを有している合金部品の
端部に延長部を設けるために、 前記溶融材料は、合金であり、 前記流体圧力は、ガスにより加えられている請求項８に
記載の方法。 - 【請求項１２】 損傷した部品のエアホイル形状先端部
を修理する方法であって、 前記先端部は、選択された合金の一方向に配向されてい
る微細構造を有しており、 前記選択された合金に適合している溶融材料を設け、 該溶融材料を前記エアホイル形状と合致している成形部
材内に配置し、 前記先端部が前記溶融材料と相互作用するために十分な
時間、前記先端部を前記溶融材料と接触状態に保持し、 前記溶融材料が、前記先端部と一体に形成されていると
共に前記先端部の一方向に配向されている微細構造と適
合した微細構造を有している延長部として、前記成形部
材内で凝固するのを許容する速度で、前記先端部を前記
成形部材を通して引き抜く工程を含んでいる、損傷した
部品のエアホイル形状先端部を修理する方法。 - 【請求項１３】 一方向に配向されている第１の結晶構
造と、第１の冶金学的構造とを有している本体部と、 該本体部の端部と一体に形成されており、前記本体部の
第１の結晶構造に適合していると共に該本体部の第１の
結晶構造と連続して延在している一方向に配向された第
２の結晶構造と、前記本体部の第１の冶金学的構造に適
合していると共に該本体部の第１の冶金学的構造と冶金
学的に識別可能な冶金学的構造とを有している延長部と
を備えた部品。 - 【請求項１４】 前記本体部及び前記延長部の両者は、
エアホイル形状である請求項１３に記載の部品。 - 【請求項１５】 基部と、該基部により支持されている
前記本体部としてのエアホイルとを含んでいるターボ機
関のブレード部材であって、前記エアホイルは、一体の
エアホイル先端部を前記基部から離れた前記延長部とし
て含んでいる請求項１４に記載の部品。 - 【請求項１６】 前記エアホイルは、ニッケル基超合金
であり、 前記一体の延長部は、ニッケル基合金である請求項１５
に記載の部品。 - 【請求項１７】 前記エアホイルは、一方向に配向され
ている多数の細長い結晶粒の結晶構造を有しており、前
記延長部は、前記エアホイルの結晶構造と実質的に連続
な一方向に配向されている多数の細長い結晶粒の結晶構
造を有している請求項１６に記載の部品。 - 【請求項１８】 前記エアホイルは、単結晶の結晶構造
を有しており、前記延長部は、前記エアホイルの結晶構
造と実質的に連続な単結晶としての結晶構造を有してい
る請求項１６に記載の部品。 - 【請求項１９】 前記本体部は、タービンシュラウドで
ある請求項１３に記載の部品。 - 【請求項２０】 前記本体部は、タービンノズルである
請求項１３に記載の部品。 - 【請求項２１】 前記本体部は、エアホイルベーンであ
る請求項１３に記載の部品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/922,447 US5304039A (en) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | Method for providing an extension on an end of an article and extended article |
| US922447 | 1992-07-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06210433A true JPH06210433A (ja) | 1994-08-02 |
| JPH07110409B2 JPH07110409B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=25447064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5177152A Expired - Fee Related JPH07110409B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-07-19 | 部品の端部に延長部を設ける方法、損傷した部品のエアホイル形状先端部を修理する方法及び一方向に配向された結晶学的構造を有している部品 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5304039A (ja) |
| EP (1) | EP0581547B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07110409B2 (ja) |
| CA (1) | CA2101608A1 (ja) |
| DE (1) | DE69317020T2 (ja) |
| SG (1) | SG43015A1 (ja) |
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| US11154956B2 (en) | 2017-02-22 | 2021-10-26 | General Electric Company | Method of repairing turbine component using ultra-thin plate |
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