JPH09155503A - 精密鋳造用鋳型および鋳造方法 - Google Patents
精密鋳造用鋳型および鋳造方法Info
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- JPH09155503A JPH09155503A JP7316355A JP31635595A JPH09155503A JP H09155503 A JPH09155503 A JP H09155503A JP 7316355 A JP7316355 A JP 7316355A JP 31635595 A JP31635595 A JP 31635595A JP H09155503 A JPH09155503 A JP H09155503A
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- powder
- mold
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質なガスタービン動翼および静翼を効率
よく製造するために、合金溶湯との無反応性に優れた鋳
型を提供することにある。 【解決手段】 ガスタービン動翼および静翼を、Ｃ、Ｈ
ｆを含むＮｉ基又はＣｏ基超耐熱合金で溶製する際、鋳
型表面層（フェース層１）において、フィラー材をＡｌ
2Ｏ3粉およびＳｉＯ2粉のみとし、バインダーをコロイ
ダルシリカとしたスラリーを用いることにより、合金溶
湯との無反応性に優れた鋳型となり、高品質なガスター
ビン動翼および静翼を、効率よく製造することができ
る。
よく製造するために、合金溶湯との無反応性に優れた鋳
型を提供することにある。 【解決手段】 ガスタービン動翼および静翼を、Ｃ、Ｈ
ｆを含むＮｉ基又はＣｏ基超耐熱合金で溶製する際、鋳
型表面層（フェース層１）において、フィラー材をＡｌ
2Ｏ3粉およびＳｉＯ2粉のみとし、バインダーをコロイ
ダルシリカとしたスラリーを用いることにより、合金溶
湯との無反応性に優れた鋳型となり、高品質なガスター
ビン動翼および静翼を、効率よく製造することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は精密鋳造用鋳型およ
び鋳造方法に係り、発電用ガスタービン動翼または静翼
を溶製するときなど、特に、Ｃ、Ｈｆを含むＮｉ基超耐
熱合金を鋳造するのに好敵な、低反応性セラミックから
なる精密鋳造用鋳型および鋳造方法に関する。
び鋳造方法に係り、発電用ガスタービン動翼または静翼
を溶製するときなど、特に、Ｃ、Ｈｆを含むＮｉ基超耐
熱合金を鋳造するのに好敵な、低反応性セラミックから
なる精密鋳造用鋳型および鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電用ガスタービンの動翼および静翼材
料は、従来から主としてＮｉ基およびＣｏ基超耐熱合金
が使用されてきた。ガスタービンの熱効率向上を図るた
め、年々燃焼ガス温度が上昇してきた。
料は、従来から主としてＮｉ基およびＣｏ基超耐熱合金
が使用されてきた。ガスタービンの熱効率向上を図るた
め、年々燃焼ガス温度が上昇してきた。
【０００３】ガスタービン動翼の組織は、従来は、等軸
晶が主流であった。しかし、燃焼ガス温度の上昇に伴
い、耐熱強度は限界に達している。そのため、さらに耐
熱強度を向上させるため、組織を一方向凝固法による柱
状晶化、あるいは、単結晶化するとともに、動翼内部に
複雑な冷却孔を設け、内部からの冷却を図ってきた。
晶が主流であった。しかし、燃焼ガス温度の上昇に伴
い、耐熱強度は限界に達している。そのため、さらに耐
熱強度を向上させるため、組織を一方向凝固法による柱
状晶化、あるいは、単結晶化するとともに、動翼内部に
複雑な冷却孔を設け、内部からの冷却を図ってきた。
【０００４】一方、ガスタービン静翼の組織は、従来
は、Ｃｏ基合金の等軸晶が主流であった。しかし、燃焼
ガス温度の上昇に伴い、耐熱強度は限界に達している。
そのため、高温強度に優れたＮｉ基合金の適用が計ら
れ、さらに耐熱強度を向上させるため、組織を一方向凝
固法による柱状晶化、あるいは、単結晶化するととも
に、静翼内部に複雑な冷却孔を設け、内部からの冷却を
図っている。
は、Ｃｏ基合金の等軸晶が主流であった。しかし、燃焼
ガス温度の上昇に伴い、耐熱強度は限界に達している。
そのため、高温強度に優れたＮｉ基合金の適用が計ら
れ、さらに耐熱強度を向上させるため、組織を一方向凝
固法による柱状晶化、あるいは、単結晶化するととも
に、静翼内部に複雑な冷却孔を設け、内部からの冷却を
図っている。
【０００５】一方向凝固法でガスタービン動翼や静翼を
製造する場合、鋳型は高温下に長時間保持されるととも
に、合金溶湯と長時間接触するため、鋳型には、高温強
度、合金溶湯との無反応性などの性質が要求される。
製造する場合、鋳型は高温下に長時間保持されるととも
に、合金溶湯と長時間接触するため、鋳型には、高温強
度、合金溶湯との無反応性などの性質が要求される。
【０００６】一方向凝固法に適用される鋳型の一例とし
ては、特開平４−２２４０４４号公報に示されている。
この鋳型は、スラリー中のフィラーおよび細粒耐火物
が、主としてＡｌ2Ｏ3微細粒子よりなり、フェース層中
に含まれる前記フィラーの最大粒子径を、第２層中に含
まれる前記フィラーの最大粒子径より小さくし、かつ第
２層以降中に含まれる前記フィラーの最大粒子径が１０
μｍ以上２００μｍ以下で、平均粒子径が２０μｍ以上
となるようにしたことを特徴としている。
ては、特開平４−２２４０４４号公報に示されている。
この鋳型は、スラリー中のフィラーおよび細粒耐火物
が、主としてＡｌ2Ｏ3微細粒子よりなり、フェース層中
に含まれる前記フィラーの最大粒子径を、第２層中に含
まれる前記フィラーの最大粒子径より小さくし、かつ第
２層以降中に含まれる前記フィラーの最大粒子径が１０
μｍ以上２００μｍ以下で、平均粒子径が２０μｍ以上
となるようにしたことを特徴としている。
【０００７】特開平４−２２４０４４号公報の方法によ
り得られる鋳物は、鋳肌が良好となる。また、鋳型は第
２層以降のスラリー中に含まれるフィラーの５０％累積
重量に相当する平均粒子径を２０μｍ以上とすることに
より、高温強度が向上する。また、フィラーの粒子径を
溶湯側のフェース層から外側へ向かうほど大きくするこ
とにより、曲げ応力が第１層から外層に向かって圧縮か
ら引張に変化するのに対応して、各層の鋳型強度を向上
させることができる。
り得られる鋳物は、鋳肌が良好となる。また、鋳型は第
２層以降のスラリー中に含まれるフィラーの５０％累積
重量に相当する平均粒子径を２０μｍ以上とすることに
より、高温強度が向上する。また、フィラーの粒子径を
溶湯側のフェース層から外側へ向かうほど大きくするこ
とにより、曲げ応力が第１層から外層に向かって圧縮か
ら引張に変化するのに対応して、各層の鋳型強度を向上
させることができる。
【０００８】さらに、細粒耐火物の平均粒子径に対する
フィラーの平均粒子径の比を、一定範囲に限定すること
により、鋳型の密度を高め、内部の空隙を減少させ、強
度を向上させることができる。また、フェース層および
第２層以降に用いるフィラーの最大粒子径を、それぞれ
１００μｍ以下、および１００μｍ以上２００μｍ以
下、とすることによっても同様の効果が得られる。
フィラーの平均粒子径の比を、一定範囲に限定すること
により、鋳型の密度を高め、内部の空隙を減少させ、強
度を向上させることができる。また、フェース層および
第２層以降に用いるフィラーの最大粒子径を、それぞれ
１００μｍ以下、および１００μｍ以上２００μｍ以
下、とすることによっても同様の効果が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】特開平４−２２４０４
４号公報に述べられている方法による鋳型の高温強度は
充分である。しかし、前記鋳型は、Ｃ、Ｈｆを含まない
単結晶合金を鋳造することを目的としたものであり、
Ｃ、Ｈｆを含むＮｉ基超耐熱合金を鋳造した場合、鋳型
フェース層と合金溶湯が反応し、鋳物表面に凸欠陥が多
数発生する。
４号公報に述べられている方法による鋳型の高温強度は
充分である。しかし、前記鋳型は、Ｃ、Ｈｆを含まない
単結晶合金を鋳造することを目的としたものであり、
Ｃ、Ｈｆを含むＮｉ基超耐熱合金を鋳造した場合、鋳型
フェース層と合金溶湯が反応し、鋳物表面に凸欠陥が多
数発生する。
【００１０】この凸欠陥を手仕上や機械加工により除去
することは可能である。しかし、加工時間、加工費用の
増大を招き、鋳物の単価が高くなる。また、反応により
合金が汚染されるため、鋳物では実体強度、耐食性な
ど、合金本来の緒性質を低下させる問題点がある。
することは可能である。しかし、加工時間、加工費用の
増大を招き、鋳物の単価が高くなる。また、反応により
合金が汚染されるため、鋳物では実体強度、耐食性な
ど、合金本来の緒性質を低下させる問題点がある。
【００１１】本発明の目的は、高品質なガスタービン動
翼および静翼を効率よく製造するために、ＣおよびＨｆ
を含むＮｉ基超耐熱合金との無反応性に優れた表面品質
の優れた鋳物が製造できる鋳型を提供することにある。
翼および静翼を効率よく製造するために、ＣおよびＨｆ
を含むＮｉ基超耐熱合金との無反応性に優れた表面品質
の優れた鋳物が製造できる鋳型を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の精密鋳造用鋳型は、フェース層の鋳物面側
表面部を形成するスラリーのフィラーが、アルミナ（Ａ
ｌ2Ｏ3）粉とシリカ（ＳｉＯ2）粉を有することを特徴
とするものである。また、スラリーと耐火物とを交互に
複数層重ね合わせた精密鋳造用鋳型において、前記鋳型
の鋳物面側フェース層のスラリーが、フィラーとバイン
ダーとからなり、前記フィラーはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）
粉とシリカ（ＳｉＯ2）粉を有することを特徴とするも
のである。
に、本発明の精密鋳造用鋳型は、フェース層の鋳物面側
表面部を形成するスラリーのフィラーが、アルミナ（Ａ
ｌ2Ｏ3）粉とシリカ（ＳｉＯ2）粉を有することを特徴
とするものである。また、スラリーと耐火物とを交互に
複数層重ね合わせた精密鋳造用鋳型において、前記鋳型
の鋳物面側フェース層のスラリーが、フィラーとバイン
ダーとからなり、前記フィラーはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）
粉とシリカ（ＳｉＯ2）粉を有することを特徴とするも
のである。
【００１３】そして、前記フェース層のバインダーは、
コロイダルシリカからなり、また、前記フェース層は、
前記スラリーと耐火物からなるスタッコから構成され、
また、前記フェース層の前記鋳物面側とは反対側のバッ
ク層には、交互に重ね合わされたスラリーおよびスタッ
コの複数層が設けられているものである。
コロイダルシリカからなり、また、前記フェース層は、
前記スラリーと耐火物からなるスタッコから構成され、
また、前記フェース層の前記鋳物面側とは反対側のバッ
ク層には、交互に重ね合わされたスラリーおよびスタッ
コの複数層が設けられているものである。
【００１４】また、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉とにおい
て、ＳｉＯ2粉の割合が、重量％の１０〜６０％の範囲
であると、鋳物表面に発生する凸欠陥は０.５個／ｃｍ2
以下、また、反応層厚さも５.０μｍ以下で除去可能な
ため支障ない。また、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉とにおい
て、ＳｉＯ2粉の割合が、重量％の２０〜６０％の範囲
であると、鋳物表面には除去可能な厚さ５.０μｍ以下
の反応層のみ発生するので支障ない。また、Ａｌ2Ｏ3粉
とＳｉＯ2粉とにおいて、ＳｉＯ2粉の割合が、重量％の
１０〜４５％の範囲であると、鋳物表面には除去可能な
凸欠が０.５個／ｃｍ2以下発生するので支障ない。ま
た、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉とにおいて、ＳｉＯ2粉の割
合が、重量％の２０〜４５％の範囲であると鋳物表面は
無欠陥で最適である。また、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉と
の平均粒子径が、それぞれ１０.０μｍ、１２.０μｍで
あるとよい。
て、ＳｉＯ2粉の割合が、重量％の１０〜６０％の範囲
であると、鋳物表面に発生する凸欠陥は０.５個／ｃｍ2
以下、また、反応層厚さも５.０μｍ以下で除去可能な
ため支障ない。また、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉とにおい
て、ＳｉＯ2粉の割合が、重量％の２０〜６０％の範囲
であると、鋳物表面には除去可能な厚さ５.０μｍ以下
の反応層のみ発生するので支障ない。また、Ａｌ2Ｏ3粉
とＳｉＯ2粉とにおいて、ＳｉＯ2粉の割合が、重量％の
１０〜４５％の範囲であると、鋳物表面には除去可能な
凸欠が０.５個／ｃｍ2以下発生するので支障ない。ま
た、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉とにおいて、ＳｉＯ2粉の割
合が、重量％の２０〜４５％の範囲であると鋳物表面は
無欠陥で最適である。また、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉と
の平均粒子径が、それぞれ１０.０μｍ、１２.０μｍで
あるとよい。
【００１５】また、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉との通過質
量百分率が、Ａｌ2Ｏ3粉の場合、１.０μｍ以下が１２.
９％、１.５μｍ以下が１５.９％、２.０μｍ以下が２
１.３％、３.０μｍ以下が２６.６％、４.０μｍ以下が
３１.８％、６.０μｍ以下が３８.３％、８.０μｍ以下
が４５.８％、１２.０μｍ以下が５４.６％、１６.０μ
ｍ以下が６３.０％、２４.０μｍ以下が７２.６％、３
２.０μｍ以下が８２.８％、４８.０μｍ以下が９４.６
％、６４.０μｍ以下が９７.３％、９６.０μｍ以下が
１００％、ＳｉＯ2粉の場合、１.０μｍ以下が０.６
％、１.５μｍ以下が１.８％、２.０μｍ以下が６.８
％、３.０μｍ以下が１４.１％、４.０μｍ以下が１９.
６％、６.０μｍ以下が２９.０％、８.０μｍ以下が３
７.３％、１２.０μｍ以下が４８.７％、１６.０μｍ以
下が５７.５％、２４.０μｍ以下が６７.６％、３２.０
μｍ以下が７７.０％、４８.０μｍ以下が８８.５％、
６４.０μｍ以下が９２.９％、９６.０μｍ以下が９８.
２％、１２８.０μｍ以下が９９.０％、１９２.０μｍ
以下が１００％、であるとよい。
量百分率が、Ａｌ2Ｏ3粉の場合、１.０μｍ以下が１２.
９％、１.５μｍ以下が１５.９％、２.０μｍ以下が２
１.３％、３.０μｍ以下が２６.６％、４.０μｍ以下が
３１.８％、６.０μｍ以下が３８.３％、８.０μｍ以下
が４５.８％、１２.０μｍ以下が５４.６％、１６.０μ
ｍ以下が６３.０％、２４.０μｍ以下が７２.６％、３
２.０μｍ以下が８２.８％、４８.０μｍ以下が９４.６
％、６４.０μｍ以下が９７.３％、９６.０μｍ以下が
１００％、ＳｉＯ2粉の場合、１.０μｍ以下が０.６
％、１.５μｍ以下が１.８％、２.０μｍ以下が６.８
％、３.０μｍ以下が１４.１％、４.０μｍ以下が１９.
６％、６.０μｍ以下が２９.０％、８.０μｍ以下が３
７.３％、１２.０μｍ以下が４８.７％、１６.０μｍ以
下が５７.５％、２４.０μｍ以下が６７.６％、３２.０
μｍ以下が７７.０％、４８.０μｍ以下が８８.５％、
６４.０μｍ以下が９２.９％、９６.０μｍ以下が９８.
２％、１２８.０μｍ以下が９９.０％、１９２.０μｍ
以下が１００％、であるとよい。
【００１６】また、本発明による精密鋳造用鋳型を用
い、Ｃ、Ｈｆの１種または２種を含むＮｉ基超耐熱合金
を一方向凝固させるとよい。また、本発明による精密鋳
造用鋳型を用い、一方向凝固法で製造される発電用ガス
タービンの柱状晶動翼または単結晶動翼を製造するとよ
い。さらに、本発明による精密鋳造用鋳型を用い、一方
向凝固法で製造される発電用ガスタービンの柱状晶静翼
または単結晶静翼を製造するとよい。
い、Ｃ、Ｈｆの１種または２種を含むＮｉ基超耐熱合金
を一方向凝固させるとよい。また、本発明による精密鋳
造用鋳型を用い、一方向凝固法で製造される発電用ガス
タービンの柱状晶動翼または単結晶動翼を製造するとよ
い。さらに、本発明による精密鋳造用鋳型を用い、一方
向凝固法で製造される発電用ガスタービンの柱状晶静翼
または単結晶静翼を製造するとよい。
【００１７】以上のような構成を採用することにより、
以下のような作用がある。例えば、上記方法によるフェ
ース層（鋳型表面層）用スラリを適用した鋳型を用い、
Ｃ、Ｈｆを含むＮｉ基超耐熱合金を一方向凝固して得ら
れるガスタービン用動翼および静翼は、Ｃ、Ｈｆと鋳型
の反応を低減できる。よって、反応に起因する鋳物の表
面欠陥で、特に、凸欠陥発生数および反応層厚さを大幅
に低減できる。また、反応に起因し、鋳型による合金の
汚染を大幅に低減できるため、実体強度、耐食性など合
金本来の緒性質を損わない高品質なガスタービン用動翼
および静翼を製造することができる。この凸欠陥は、鋳
造後、機械加工もしくは手仕上げ加工によって除去する
ことは可能であるが、欠陥を除去した面の品質は劣る。
反応層は凹欠陥で、鋳造後に補修することは無理であ
る。以上のように、鋳型フェース層と合金溶湯との接触
部では、鋳型フェース層の成分とＣおよびＨｆを含む合
金溶湯成分との特有な反応によって、凸欠陥および反応
層が発生する。
以下のような作用がある。例えば、上記方法によるフェ
ース層（鋳型表面層）用スラリを適用した鋳型を用い、
Ｃ、Ｈｆを含むＮｉ基超耐熱合金を一方向凝固して得ら
れるガスタービン用動翼および静翼は、Ｃ、Ｈｆと鋳型
の反応を低減できる。よって、反応に起因する鋳物の表
面欠陥で、特に、凸欠陥発生数および反応層厚さを大幅
に低減できる。また、反応に起因し、鋳型による合金の
汚染を大幅に低減できるため、実体強度、耐食性など合
金本来の緒性質を損わない高品質なガスタービン用動翼
および静翼を製造することができる。この凸欠陥は、鋳
造後、機械加工もしくは手仕上げ加工によって除去する
ことは可能であるが、欠陥を除去した面の品質は劣る。
反応層は凹欠陥で、鋳造後に補修することは無理であ
る。以上のように、鋳型フェース層と合金溶湯との接触
部では、鋳型フェース層の成分とＣおよびＨｆを含む合
金溶湯成分との特有な反応によって、凸欠陥および反応
層が発生する。
【００１８】本発明は、Ｎｉ基およびＣｏ基超耐熱合金
を一方向凝固法で鋳造する場合、鋳型フェース層に使用
するスラリーのフィラーを、Ａｌ2Ｏ3粉単体、もしくは
ＳｉＯ2粉単体スラリーとした場合に生じる問題を解消
するために、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉のみを混合したも
のである。
を一方向凝固法で鋳造する場合、鋳型フェース層に使用
するスラリーのフィラーを、Ａｌ2Ｏ3粉単体、もしくは
ＳｉＯ2粉単体スラリーとした場合に生じる問題を解消
するために、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉のみを混合したも
のである。
【００１９】アルミナＡｌ2Ｏ3粉およびＳｉＯ2粉だけ
を鋳型フェース層に適用することにより、凸欠陥および
反応層の発生を抑制することができる。この際、Ａｌ2
Ｏ3粉とＳｉＯ2粉との割合は、適切な範囲にすることが
望ましい。また、反応層は、補修することが無理である
ので、前記割合は、特に、反応層が発生しづらい範囲が
好ましい。また、凸欠陥および反応層の双方が発生しづ
らい範囲がより好ましい。
を鋳型フェース層に適用することにより、凸欠陥および
反応層の発生を抑制することができる。この際、Ａｌ2
Ｏ3粉とＳｉＯ2粉との割合は、適切な範囲にすることが
望ましい。また、反応層は、補修することが無理である
ので、前記割合は、特に、反応層が発生しづらい範囲が
好ましい。また、凸欠陥および反応層の双方が発生しづ
らい範囲がより好ましい。
【００２０】また、凸欠陥は、発生数が鋳物表面におい
て一般に０.５個／ｃｍ2以下であれば、容易に除去可能
で鋳物として問題がないと考えられる。すなわち、発生
する凸欠陥を０.５個／ｃｍ2以下とするＡｌ2Ｏ3粉とＳ
ｉＯ2粉との割合にすることが好ましい。また、反応層
は、厚さが鋳物表面において一般に５μｍ以下であれ
ば、除去可能で鋳物として問題がないと考えられる。す
なわち、発生する反応層の厚さを５μｍ以下とするＡｌ
2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉との割合にすることが好ましい。
て一般に０.５個／ｃｍ2以下であれば、容易に除去可能
で鋳物として問題がないと考えられる。すなわち、発生
する凸欠陥を０.５個／ｃｍ2以下とするＡｌ2Ｏ3粉とＳ
ｉＯ2粉との割合にすることが好ましい。また、反応層
は、厚さが鋳物表面において一般に５μｍ以下であれ
ば、除去可能で鋳物として問題がないと考えられる。す
なわち、発生する反応層の厚さを５μｍ以下とするＡｌ
2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉との割合にすることが好ましい。
【００２１】また、Ａｌ2Ｏ3粉およびＳｉＯ2粉の平均
粒子径を、それぞれ１０.０μｍおよび１２.０μｍと
し、さらに、Ａｌ2Ｏ3粉およびＳｉＯ2粉の通過質量百
分率を次のようにすることによって、さらに凸欠陥およ
び反応層の発生を抑制することができる。すなわち、Ａ
ｌ2Ｏ3粉の場合、１.０μｍ以下が１２.９％、１.５μ
ｍ以下が１５.９％、２.０μｍ以下が２１.３％、３.０
μｍ以下が２６.６％、４.０μｍ以下が３１.８％、６.
０μｍ以下が３８.３％、８.０μｍ以下が４５.８％、
１２.０μｍ以下が５４.６％、１６.０μｍ以下が６３.
０％、２４.０μｍ以下が７２.６％、３２.０μｍ以下
が８２.８％、４８.０μｍ以下が９４.６％、６４.０μ
ｍ以下が９７.３％、９６.０μｍ以下が１００％、Ｓｉ
Ｏ2粉の場合、１.０μｍ以下が０.６％、１.５μｍ以下
が１.８％、２.０μｍ以下が６.８％、３.０μｍ以下が
１４.１％、４.０μｍ以下が１９.６％、６.０μｍ以下
が２９.０％、８.０μｍ以下が３７.３％、１２.０μｍ
以下が４８.７％、１６.０μｍ以下が５７.５％、２４.
０μｍ以下が６７.６％、３２.０μｍ以下が７７.０
％、４８.０μｍ以下が８８.５％、６４.０μｍ以下が
９２.９％、９６.０μｍ以下が９８.２％、１２８.０μ
ｍ以下が９９.０％、１９２.０μｍ以下が１００％、が
好ましい。
粒子径を、それぞれ１０.０μｍおよび１２.０μｍと
し、さらに、Ａｌ2Ｏ3粉およびＳｉＯ2粉の通過質量百
分率を次のようにすることによって、さらに凸欠陥およ
び反応層の発生を抑制することができる。すなわち、Ａ
ｌ2Ｏ3粉の場合、１.０μｍ以下が１２.９％、１.５μ
ｍ以下が１５.９％、２.０μｍ以下が２１.３％、３.０
μｍ以下が２６.６％、４.０μｍ以下が３１.８％、６.
０μｍ以下が３８.３％、８.０μｍ以下が４５.８％、
１２.０μｍ以下が５４.６％、１６.０μｍ以下が６３.
０％、２４.０μｍ以下が７２.６％、３２.０μｍ以下
が８２.８％、４８.０μｍ以下が９４.６％、６４.０μ
ｍ以下が９７.３％、９６.０μｍ以下が１００％、Ｓｉ
Ｏ2粉の場合、１.０μｍ以下が０.６％、１.５μｍ以下
が１.８％、２.０μｍ以下が６.８％、３.０μｍ以下が
１４.１％、４.０μｍ以下が１９.６％、６.０μｍ以下
が２９.０％、８.０μｍ以下が３７.３％、１２.０μｍ
以下が４８.７％、１６.０μｍ以下が５７.５％、２４.
０μｍ以下が６７.６％、３２.０μｍ以下が７７.０
％、４８.０μｍ以下が８８.５％、６４.０μｍ以下が
９２.９％、９６.０μｍ以下が９８.２％、１２８.０μ
ｍ以下が９９.０％、１９２.０μｍ以下が１００％、が
好ましい。
【００２２】また、本発明による精密鋳造用鋳型は合金
溶湯と非常に低反応なため、凝固時間の長い一方向凝固
法で、Ｃ、Ｈｆの１種または２種を含むＮｉ基超耐熱合
金を鋳造すると好ましい。また、Ｃｒが５〜２０ｗｔ
％、Ｃが０.０５〜０.２ｗｔ％、Ｃｏが８〜１１ｗｔ
％、Ｃｕが０.１ｗｔ％以下、Ｍｏが０.３〜５ｗｔ％、
Ｗが２.５〜１０ｗｔ％、Ｆｅが０.５ｗｔ％Ｍａｘ、Ｎ
ｂが１ｗｔ％以下、Ｔｉが０.７〜６ｗｔ％、Ａｌが２.
８〜６ｗｔ％、Ｈｆが０.５〜１.７ｗｔ％、Ｔａが５ｗ
ｔ％以下、Ｂが０.０１〜０.０２ｗｔ％、Ｚｒが０.０
７ｗｔ％以下を含むＮｉ基超耐熱合金が好ましい。さら
に、Ｃｒが１８〜２５ｗｔ％、Ｃｏが１８〜２５ｗｔ
％、Ａｌが０.５〜２ｗｔ％、Ｈｆが０.５ｗｔ％以下、
Ｓｉが０.３ｗｔ％以下に対しては静翼に適用すると好
ましい。
溶湯と非常に低反応なため、凝固時間の長い一方向凝固
法で、Ｃ、Ｈｆの１種または２種を含むＮｉ基超耐熱合
金を鋳造すると好ましい。また、Ｃｒが５〜２０ｗｔ
％、Ｃが０.０５〜０.２ｗｔ％、Ｃｏが８〜１１ｗｔ
％、Ｃｕが０.１ｗｔ％以下、Ｍｏが０.３〜５ｗｔ％、
Ｗが２.５〜１０ｗｔ％、Ｆｅが０.５ｗｔ％Ｍａｘ、Ｎ
ｂが１ｗｔ％以下、Ｔｉが０.７〜６ｗｔ％、Ａｌが２.
８〜６ｗｔ％、Ｈｆが０.５〜１.７ｗｔ％、Ｔａが５ｗ
ｔ％以下、Ｂが０.０１〜０.０２ｗｔ％、Ｚｒが０.０
７ｗｔ％以下を含むＮｉ基超耐熱合金が好ましい。さら
に、Ｃｒが１８〜２５ｗｔ％、Ｃｏが１８〜２５ｗｔ
％、Ａｌが０.５〜２ｗｔ％、Ｈｆが０.５ｗｔ％以下、
Ｓｉが０.３ｗｔ％以下に対しては静翼に適用すると好
ましい。
【００２３】特に、鋳物の表面欠陥の発生を皆無とした
い発電用ガスタービンの柱状晶動翼または単結晶動翼を
鋳造するとよい。さらに、発電用ガスタービンの柱状晶
静翼または単結晶静翼を鋳造すると、鋳造後の鋳物表面
の仕上げを無加工あるいは大幅低減できる。
い発電用ガスタービンの柱状晶動翼または単結晶動翼を
鋳造するとよい。さらに、発電用ガスタービンの柱状晶
静翼または単結晶静翼を鋳造すると、鋳造後の鋳物表面
の仕上げを無加工あるいは大幅低減できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。 〈実施形態１〉図１は、本発明による精密鋳造用鋳型の
断面構成を示す。フェース層１は、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ
2粉とのみからなる混合粉を用いたスラリと、Ａｌ2Ｏ3
スタッコで構成されている。バック層２は、Ａｌ2Ｏ3ス
ラリとＡｌ2Ｏ3スタッコとで構成されている。
を参照して説明する。 〈実施形態１〉図１は、本発明による精密鋳造用鋳型の
断面構成を示す。フェース層１は、Ａｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ
2粉とのみからなる混合粉を用いたスラリと、Ａｌ2Ｏ3
スタッコで構成されている。バック層２は、Ａｌ2Ｏ3ス
ラリとＡｌ2Ｏ3スタッコとで構成されている。
【００２５】図２は、本発明に用いたＡｌ2Ｏ3粉および
ＳｉＯ2粉の粒度分布を示す図である。図２に示した粒
度分布を持つＡｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉とを、下記の表１
に示すような配合割合に配し、スラリを作製した。バイ
ンダはＳｉＯ2含有量３０重量％のコロイダルシリカと
した。さらにスラリには界面活性剤として非イオン系り
ん酸エステル、消泡剤としてｎ−オクチルアルコール
を、それぞれ、バインダの体積に対して、０.３％、０.
１％、配合した。
ＳｉＯ2粉の粒度分布を示す図である。図２に示した粒
度分布を持つＡｌ2Ｏ3粉とＳｉＯ2粉とを、下記の表１
に示すような配合割合に配し、スラリを作製した。バイ
ンダはＳｉＯ2含有量３０重量％のコロイダルシリカと
した。さらにスラリには界面活性剤として非イオン系り
ん酸エステル、消泡剤としてｎ−オクチルアルコール
を、それぞれ、バインダの体積に対して、０.３％、０.
１％、配合した。
【００２６】
【表１】
【００２７】次に、図３に示すガスタービン動翼形状の
ワックス模型を、スラリに浸漬後、スタッコをふりか
け、フェース層を形成した。約２時間乾燥し、スラリに
浸漬後、スタッコをふりかけて第２層を形成した。約２
時間後、同じ工程を１０回繰返して鋳型断面の厚さを約
１０ｍｍとした。第２層以降は、下記の表２のスラリを
用い、スタッコは、表３に示す粒度のＡｌ2Ｏ3粒を用い
た。
ワックス模型を、スラリに浸漬後、スタッコをふりか
け、フェース層を形成した。約２時間乾燥し、スラリに
浸漬後、スタッコをふりかけて第２層を形成した。約２
時間後、同じ工程を１０回繰返して鋳型断面の厚さを約
１０ｍｍとした。第２層以降は、下記の表２のスラリを
用い、スタッコは、表３に示す粒度のＡｌ2Ｏ3粒を用い
た。
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】次に、鋳型のワックスを約１５０℃の加熱
蒸気中で除去し、その後９００℃で２時間大気中で焼成
し、鋳造用鋳型を作製した。鋳造は鋳型引出し式一方向
凝固法で行ない、一方向凝固動翼を得た。下記表４に鋳
造条件を示す。
蒸気中で除去し、その後９００℃で２時間大気中で焼成
し、鋳造用鋳型を作製した。鋳造は鋳型引出し式一方向
凝固法で行ない、一方向凝固動翼を得た。下記表４に鋳
造条件を示す。
【００３１】
【表４】
【００３２】最初、鋳型を水冷チルプレート上にセット
し、加熱炉で１５３０℃に加熱し、上方より溶湯を鋳込
んだ。鋳込み温度は１５５０℃とした。鋳込み後鋳型を
３５ｃｍ／ｈの速度で下方に引き出し一方向凝固させ
た。表５に鋳造に用いた合金の組成を示す。合金は３種
類用いた。
し、加熱炉で１５３０℃に加熱し、上方より溶湯を鋳込
んだ。鋳込み温度は１５５０℃とした。鋳込み後鋳型を
３５ｃｍ／ｈの速度で下方に引き出し一方向凝固させ
た。表５に鋳造に用いた合金の組成を示す。合金は３種
類用いた。
【００３３】
【表５】
【００３４】引き出し後、鋳型を除去し、表面欠陥およ
び反応層の厚さを調べた。図４に、表面欠陥である凸欠
陥の発生数と反応層厚さを示す。配合割合が、ＥからＧ
のスラリにおいて、凸欠陥および反応層が形成されない
良好な鋳肌を持つ一方向凝固鋳物が得られた。尚、鋳造
合金は、前記表５に示した３種のものを用い、合金Ａ、
Ｂは、一方向凝固による柱状晶動翼を、合金Ｃは、鋳型
にスタータおよびセレクタを設けることで単結晶動翼を
鋳造したが、凸欠陥の発生数および反応層厚さに明瞭な
差はみられなかった。
び反応層の厚さを調べた。図４に、表面欠陥である凸欠
陥の発生数と反応層厚さを示す。配合割合が、ＥからＧ
のスラリにおいて、凸欠陥および反応層が形成されない
良好な鋳肌を持つ一方向凝固鋳物が得られた。尚、鋳造
合金は、前記表５に示した３種のものを用い、合金Ａ、
Ｂは、一方向凝固による柱状晶動翼を、合金Ｃは、鋳型
にスタータおよびセレクタを設けることで単結晶動翼を
鋳造したが、凸欠陥の発生数および反応層厚さに明瞭な
差はみられなかった。
【００３５】以上のように、本実施形態では、Ｃおよび
Ｈｆを含むＮｉ基超耐熱合金との無反応性に優れて表面
品質の優れた鋳物が製造できる鋳型の提供をすることが
できた。そのため、鋳造時の鋳型と溶湯との反応が原因
で発生する鋳物表面の欠陥と合金の汚染を著しく低減で
き、高品質なガスタービン動翼を効率よく製造すること
ができた。また、鋳物表面の欠陥が低減され、鋳造後の
手仕上げ加工工程および機械加工工程を、省略もしくは
短縮することができる。
Ｈｆを含むＮｉ基超耐熱合金との無反応性に優れて表面
品質の優れた鋳物が製造できる鋳型の提供をすることが
できた。そのため、鋳造時の鋳型と溶湯との反応が原因
で発生する鋳物表面の欠陥と合金の汚染を著しく低減で
き、高品質なガスタービン動翼を効率よく製造すること
ができた。また、鋳物表面の欠陥が低減され、鋳造後の
手仕上げ加工工程および機械加工工程を、省略もしくは
短縮することができる。
【００３６】〈実施形態２〉上記実施形態１と同様に、
図５に示すガスタービン静翼用模型で鋳造用鋳型を作製
し、一方向凝固により柱状晶静翼および単結晶静翼を鋳
造した。合金は、前記表５のＢおよびＣを用いた。鋳造
した鋳物の凸欠陥の発生数および反応層厚さは、図４に
示した結果と同じであった。
図５に示すガスタービン静翼用模型で鋳造用鋳型を作製
し、一方向凝固により柱状晶静翼および単結晶静翼を鋳
造した。合金は、前記表５のＢおよびＣを用いた。鋳造
した鋳物の凸欠陥の発生数および反応層厚さは、図４に
示した結果と同じであった。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、合金との無反応性に優
れ、表面品質の優れた鋳物が製造できる鋳型を提供する
ことができた。そのため、鋳造時の鋳型と溶湯との反応
が原因で発生する鋳物表面の欠陥と合金の汚染を著しく
低減でき、高品質なガスタービン動翼および静翼を効率
よく製造することができる。また、鋳物表面の欠陥が低
減され、鋳造後の手仕上げ加工工程および機械加工工程
が省略もしくは短縮できる。
れ、表面品質の優れた鋳物が製造できる鋳型を提供する
ことができた。そのため、鋳造時の鋳型と溶湯との反応
が原因で発生する鋳物表面の欠陥と合金の汚染を著しく
低減でき、高品質なガスタービン動翼および静翼を効率
よく製造することができる。また、鋳物表面の欠陥が低
減され、鋳造後の手仕上げ加工工程および機械加工工程
が省略もしくは短縮できる。
【図１】本発明における精密鋳造用鋳型の断面構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明に用いたＡｌ2Ｏ3粉およびＳｉＯ2粉の
粒度分布図である。
粒度分布図である。
【図３】ガスタービン動翼の形状を示す斜視図である。
【図４】凸欠陥発生数および反応層厚さに及ぼすフィラ
ー材配合割合の影響を示す図である。
ー材配合割合の影響を示す図である。
【図５】ガスタービン静翼の形状を示す図である。
１ フェース層 ２ バック層 ３ 動翼用ワックス模型 ４ 静翼用ワックス模型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｄ 5/12 Ｆ０１Ｄ 5/28 5/28 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｄ (72)発明者 福井 寛 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (15)
- 【請求項１】 フェース層の鋳物面側表面部を形成する
スラリーのフィラーが、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉とシリ
カ（ＳｉＯ2）粉を有することを特徴とする精密鋳造用
鋳型。 - 【請求項２】 スラリーと耐火物とを交互に複数層重ね
合わせた精密鋳造用鋳型において、前記鋳型の鋳物面側
フェース層のスラリーが、フィラーとバインダーとから
なり、前記フィラーはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉とシリカ
（ＳｉＯ2）粉を有することを特徴とする精密鋳造用鋳
型。 - 【請求項３】 前記フェース層のバインダーは、コロイ
ダルシリカからなる請求項１または２に記載の精密鋳造
用鋳型。 - 【請求項４】 前記フェース層は、前記スラリーと耐火
物からなるスタッコから構成されている請求項１、２ま
たは３に記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項５】 前記フェース層の前記鋳物面側とは反対
側のバック層には、交互に重ね合わされたスラリーおよ
びスタッコの複数層が設けられている請求項１ないし４
のうちいずれかに記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項６】 前記フェース層のＳｉＯ2粉の含有割合
が、重量％で１０ないし６０％である請求項１ないし５
のうちいずれかに記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項７】 前記フェース層のＳｉＯ2粉の含有割合
が、重量％で２０ないし６０％である請求項１ないし５
のうちいずれかに記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項８】 前記フェース層のＳｉＯ2粉の含有割合
が、重量％で２０ないし４５％である請求項１ないし５
のうちいずれかに記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項９】 前記フェース層のＳｉＯ2粉の含有割合
が、重量％で２０ないし４５％であり、ガスタービンブ
レードを鋳造するものである請求項１ないし５のうちい
ずれかに記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項１０】 前記フェース層のＡｌ2Ｏ3粉の平均粒
子径が１０.０μｍであり、かつＳｉＯ2粉の平均粒子径
が１２.０μｍである請求項１ないし９のうちいずれか
に記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項１１】 前記フェース層のＡｌ2Ｏ3粉の通過質
量百分率が、１.０μｍ以下が１２.９％、１.５μｍ以
下が１５.９％、２.０μｍ以下が２１.３％、３.０μｍ
以下が２６.６％、４.０μｍ以下が３１.８％、６.０μ
ｍ以下が３８.３％、８.０μｍ以下が４５.８％、１２.
０μｍ以下が５４.６％、１６.０μｍ以下が６３.０
％、２４.０μｍ以下が７２.６％、３２.０μｍ以下が
８２.８％、４８.０μｍ以下が９４.６％、６４.０μｍ
以下が９７.３％、９６.０μｍ以下が１００％、であ
り、前記ＳｉＯ2粉の通過質量百分率が、１.０μｍ以下
が０.６％、１.５μｍ以下が１.８％、２.０μｍ以下が
６.８％、３.０μｍ以下が１４.１％、４.０μｍ以下が
１９.６％、６.０μｍ以下が２９.０％、８.０μｍ以下
が３７.３％、１２.０μｍ以下が４８.７％、１６.０μ
ｍ以下が５７.５％、２４.０μｍ以下が６７.６％、３
２.０μｍ以下が７７.０％、４８.０μｍ以下が８８.５
％、６４.０μｍ以下が９２.９％、９６.０μｍ以下が
９８.２％、１２８.０μｍ以下が９９.０％、１９２.０
μｍ以下が１００％、である請求項１ないし１０のうち
いずれかに記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項１２】 前記フェース層の前記鋳物面側とは反
対側のバック層に適用されるスラリーまたはスタッコの
材質が、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、
ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）またはジルコン
（ＺｒＳｉＯ4）、の単体もしくは２種以上の複合体か
らなる材質である請求項１ないし１１のうちいずれかに
記載の精密鋳造用鋳型。 - 【請求項１３】 請求項１ないし１２のうちいずれかに
記載の精密鋳造用鋳型を用いて鋳造する一方向凝固鋳物
が、発電用ガスタービンの柱状晶動翼または単結晶動翼
である一方向凝固鋳物の鋳造方法。 - 【請求項１４】 請求項１ないし１２のうちいずれかに
記載の精密鋳造用鋳型を用いて鋳造する一方向凝固鋳物
が、発電用ガスタービンの柱状晶静翼または単結晶静翼
である一方向凝固鋳物の鋳造方法。 - 【請求項１５】 前記一方向凝固鋳物は、Ｃ、Ｈｆのう
ち少なくともいずれかを含むＮｉ基超耐熱合金である請
求項１３または１４に記載の鋳造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7316355A JPH09155503A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | 精密鋳造用鋳型および鋳造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7316355A JPH09155503A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | 精密鋳造用鋳型および鋳造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09155503A true JPH09155503A (ja) | 1997-06-17 |
Family
ID=18076185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7316355A Pending JPH09155503A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | 精密鋳造用鋳型および鋳造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09155503A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005324253A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Snecma Moteurs | ロストワックス鋳造法 |
| JP2005349472A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-12-22 | Snecma Moteurs | 接触層を用いたロストワックス鋳造方法 |
| JP2007268615A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | General Electric Co <Ge> | 耐熱性金属金属間複合材の製造方法、並びに関連する物品及び組成物 |
| JP2010029940A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | General Electric Co <Ge> | 方向性鋳造用の高エミッタンスシェルモールド |
| JP2010174876A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Tajima:Kk | タービンブレードの加工方法とその装置、タービンブレードの固定装置 |
-
1995
- 1995-12-05 JP JP7316355A patent/JPH09155503A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005324253A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Snecma Moteurs | ロストワックス鋳造法 |
| JP2005349472A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-12-22 | Snecma Moteurs | 接触層を用いたロストワックス鋳造方法 |
| JP2007268615A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | General Electric Co <Ge> | 耐熱性金属金属間複合材の製造方法、並びに関連する物品及び組成物 |
| JP2010029940A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | General Electric Co <Ge> | 方向性鋳造用の高エミッタンスシェルモールド |
| JP2010174876A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Tajima:Kk | タービンブレードの加工方法とその装置、タービンブレードの固定装置 |
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