JPH10193087A - ＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法 - Google Patents
ＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法Info
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- JPH10193087A JPH10193087A JP8359854A JP35985496A JPH10193087A JP H10193087 A JPH10193087 A JP H10193087A JP 8359854 A JP8359854 A JP 8359854A JP 35985496 A JP35985496 A JP 35985496A JP H10193087 A JPH10193087 A JP H10193087A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
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- General Induction Heating (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱性に優れたＴｉＡｌローター羽根車と構
造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフトの軸を精度良く合わ
せ、かつシャフトとローター羽根車の接合強度が高いＴ
ｉＡｌ製タービンローターの製造方法を提供する。 【構成】 本発明のＴｉＡｌ製タービンローターの製造
方法は、精密鋳造によって製造されたＴｉＡｌ製タービ
ン羽根車と構造用鋼あるいはマルテンサイト系耐熱鋼か
らなるローターシャフトとを、図１（ａ）に示すよう
に、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の被接合部ａを凸にし、
シャフトの被接合部ｂを凹にして、これらの間にろう材
ｄを挿入し、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の凸部とシャフ
ト部の凹部をはめ合わせ、ろう材と被接合材との界面に
０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上でかつ接合温度においてシ
ャフトおよびローター羽根車の降伏応力以下の圧力を負
荷し、不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中で、高周
波誘導加熱によって接合界面部をろう材の液相線温度以
上でかつ液相線温度＋１００℃以内に加熱、保持しつつ
ろう付けを行ったことを特徴とするＴｉＡｌ製タービン
ローターの製造方法。
造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフトの軸を精度良く合わ
せ、かつシャフトとローター羽根車の接合強度が高いＴ
ｉＡｌ製タービンローターの製造方法を提供する。 【構成】 本発明のＴｉＡｌ製タービンローターの製造
方法は、精密鋳造によって製造されたＴｉＡｌ製タービ
ン羽根車と構造用鋼あるいはマルテンサイト系耐熱鋼か
らなるローターシャフトとを、図１（ａ）に示すよう
に、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の被接合部ａを凸にし、
シャフトの被接合部ｂを凹にして、これらの間にろう材
ｄを挿入し、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の凸部とシャフ
ト部の凹部をはめ合わせ、ろう材と被接合材との界面に
０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上でかつ接合温度においてシ
ャフトおよびローター羽根車の降伏応力以下の圧力を負
荷し、不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中で、高周
波誘導加熱によって接合界面部をろう材の液相線温度以
上でかつ液相線温度＋１００℃以内に加熱、保持しつつ
ろう付けを行ったことを特徴とするＴｉＡｌ製タービン
ローターの製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用の過給
機に使用されるＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法
に関するものである。
機に使用されるＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、内燃機関用過給機のタービン
羽根車には、高温強度に優れたＮｉ基鋳造用超合金Ｉｎ
ｃｏｎｅｌ ７１３Ｃなどの精密鋳造品のタービン羽根
車に構造用鋼からなるシャフトを摩擦接合や電子ビーム
溶接によって接合した物が用いられてきた。
羽根車には、高温強度に優れたＮｉ基鋳造用超合金Ｉｎ
ｃｏｎｅｌ ７１３Ｃなどの精密鋳造品のタービン羽根
車に構造用鋼からなるシャフトを摩擦接合や電子ビーム
溶接によって接合した物が用いられてきた。
【０００３】近年、上記過給機タービン羽根車の耐熱性
を改善するとともに、軽量化によるイナーシャの低下に
よってエンジンの応答性を向上させるため、窒化珪素か
らなるセラミックスローターが実用化された。
を改善するとともに、軽量化によるイナーシャの低下に
よってエンジンの応答性を向上させるため、窒化珪素か
らなるセラミックスローターが実用化された。
【０００４】しかし、このセラミックス羽根車にも、 １）靭性が乏しく従来の金属性ローターの羽根車に比
べ、肉厚を厚くしなければならない。 ２）熱膨張が小さいためケーシング等の周囲の部品との
熱膨張のバランスが取りにくい。 などの欠点があった。
べ、肉厚を厚くしなければならない。 ２）熱膨張が小さいためケーシング等の周囲の部品との
熱膨張のバランスが取りにくい。 などの欠点があった。
【０００５】そこで、最近セラミックス替わる新しい材
料として、比重が３．８とセラミックスに近く、高温の
比強度（強度を密度で割った値）はＮｉ基超合金Ｉｎｃ
ｏｎｅｌ ７１３Ｃと同等以上で、しかも、セラミック
スよりも靭性が高く、かつ熱膨張率が金属に近いＴｉＡ
ｌ金属間化合物が、タービン羽根車に提案された（例え
ば、特開昭６１−２２９９０１）。
料として、比重が３．８とセラミックスに近く、高温の
比強度（強度を密度で割った値）はＮｉ基超合金Ｉｎｃ
ｏｎｅｌ ７１３Ｃと同等以上で、しかも、セラミック
スよりも靭性が高く、かつ熱膨張率が金属に近いＴｉＡ
ｌ金属間化合物が、タービン羽根車に提案された（例え
ば、特開昭６１−２２９９０１）。
【０００６】このタービン羽根車は、精密鋳造あるいは
恒温鍛造によって製造され、この羽根車と構造用鋼のシ
ャフトを接合してローターが製造される。このＴｉＡｌ
は、セラミックスにない靭性を有するものの、室温延性
は１％程度のため、従来のＮｉ基超合金羽根車と構造用
鋼のシャフトの接合で行われている摩擦接合を適用する
と、冷却時の構造用鋼がオーステナイトからマルテンサ
イトに変態する際に発生する体積膨張によって残留応力
が発生し、ＴｉＡｌが割れるという問題や、また、接合
界面に構造用鋼中の炭素とＴｉＡｌ中のＴｉが反応し炭
化物を生成し、界面強度を低下させるという問題があっ
た。
恒温鍛造によって製造され、この羽根車と構造用鋼のシ
ャフトを接合してローターが製造される。このＴｉＡｌ
は、セラミックスにない靭性を有するものの、室温延性
は１％程度のため、従来のＮｉ基超合金羽根車と構造用
鋼のシャフトの接合で行われている摩擦接合を適用する
と、冷却時の構造用鋼がオーステナイトからマルテンサ
イトに変態する際に発生する体積膨張によって残留応力
が発生し、ＴｉＡｌが割れるという問題や、また、接合
界面に構造用鋼中の炭素とＴｉＡｌ中のＴｉが反応し炭
化物を生成し、界面強度を低下させるという問題があっ
た。
【０００７】そこで、これらの問題を解決するために、
真空ろう付けや、ＴｉＡｌ羽根車とシャフトとの間に変
態のないオーステナイト系材料を中間材として摩擦接合
する方法が提案された（例えば、特開平２−１３３１８
３）。
真空ろう付けや、ＴｉＡｌ羽根車とシャフトとの間に変
態のないオーステナイト系材料を中間材として摩擦接合
する方法が提案された（例えば、特開平２−１３３１８
３）。
【０００８】しかし、真空ろう付けおよびオーステナイ
ト系材料を中間材とする摩擦接合法においては、前者は
高真空中で接合を行わなければならず、真空引きを含め
処理に時間がかかりコストが高く、また、後者は１回目
に中間材を例えばシャフトに摩擦接合した後、２回目に
中間材を接合したシャフトを羽根車に接合するといった
ように２回の接合をしなければならず、また、中間材の
接合後の厚さのコントロールが難しいばかりでなく、接
合コストが高いという問題があった。そこで、迅速かつ
低コストである高周波ろう付けが考えられる。
ト系材料を中間材とする摩擦接合法においては、前者は
高真空中で接合を行わなければならず、真空引きを含め
処理に時間がかかりコストが高く、また、後者は１回目
に中間材を例えばシャフトに摩擦接合した後、２回目に
中間材を接合したシャフトを羽根車に接合するといった
ように２回の接合をしなければならず、また、中間材の
接合後の厚さのコントロールが難しいばかりでなく、接
合コストが高いという問題があった。そこで、迅速かつ
低コストである高周波ろう付けが考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、接合界面が平
面のため、ＴｉＡｌ羽根車の軸とシャフトの軸とが正確
に合わすことが難しく、これらがずれて偏心するという
問題があった。また、ＴｉＡｌは熱伝導率が高いため、
運転中に高温に曝されたＴｉＡｌ羽根車からシャフトへ
の熱伝導が大きいため、シャフトの温度が高くなり、軸
受け部が焼き付くという問題が発生した。そこで本発明
では、ＴｉＡｌ羽根車の軸とシャフトの軸を正確に合わ
せ、かつシャフトへの熱伝導を少なくするＴｉＡｌ製タ
ービンローターの製造方法を提供することを目的とし
た。
面のため、ＴｉＡｌ羽根車の軸とシャフトの軸とが正確
に合わすことが難しく、これらがずれて偏心するという
問題があった。また、ＴｉＡｌは熱伝導率が高いため、
運転中に高温に曝されたＴｉＡｌ羽根車からシャフトへ
の熱伝導が大きいため、シャフトの温度が高くなり、軸
受け部が焼き付くという問題が発生した。そこで本発明
では、ＴｉＡｌ羽根車の軸とシャフトの軸を正確に合わ
せ、かつシャフトへの熱伝導を少なくするＴｉＡｌ製タ
ービンローターの製造方法を提供することを目的とし
た。
【００１０】
【発明が解決するための手段】本発明のＴｉＡｌ製ター
ビンローターの製造方法は、精密鋳造によって製造され
たＴｉＡｌ製タービン羽根車と構造用鋼あるいはマルテ
ンサイト系耐熱鋼からなるローターシャフトとを、図１
（ａ）に示すように、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の被接
合部ａを凸にし、シャフトの被接合部ｂを凹にしたり、
あるいは、図１（ｂ）に示すように、ＴｉＡｌ製タービ
ン羽根車の被接合部ａを凹にし、シャフトの被接合部ｂ
を凸にし、これらの間にろう材ｄを挿入し、ＴｉＡｌ製
タービン羽根車とシャフトの凹凸部をはめ合わせ、ろう
材と被接合材との界面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上で
かつ接合温度においてシャフトおよびローター羽根車の
降伏応力以下の圧力を負荷し、不活性ガスあるいは還元
性ガス雰囲気中で、高周波誘導加熱によって接合界面部
をろう材の液相線温度以上でかつ液相線温度＋１００℃
以内に加熱、保持しつつろう付けを行ったことを特徴と
する。
ビンローターの製造方法は、精密鋳造によって製造され
たＴｉＡｌ製タービン羽根車と構造用鋼あるいはマルテ
ンサイト系耐熱鋼からなるローターシャフトとを、図１
（ａ）に示すように、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の被接
合部ａを凸にし、シャフトの被接合部ｂを凹にしたり、
あるいは、図１（ｂ）に示すように、ＴｉＡｌ製タービ
ン羽根車の被接合部ａを凹にし、シャフトの被接合部ｂ
を凸にし、これらの間にろう材ｄを挿入し、ＴｉＡｌ製
タービン羽根車とシャフトの凹凸部をはめ合わせ、ろう
材と被接合材との界面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上で
かつ接合温度においてシャフトおよびローター羽根車の
降伏応力以下の圧力を負荷し、不活性ガスあるいは還元
性ガス雰囲気中で、高周波誘導加熱によって接合界面部
をろう材の液相線温度以上でかつ液相線温度＋１００℃
以内に加熱、保持しつつろう付けを行ったことを特徴と
する。
【００１１】このとき、凸部の外径Ｄ２と凹部の内径Ｄ
１とが、０ｍｍ＜Ｄ１−Ｄ２≦１ｍｍであり、かつ接合
部の外径Ｄ０と凹部の内径Ｄ１とが、Ｄ１２／Ｄ０２≦
０．８であることを特徴とし、さらに凹部の深さＨ１と
凸部の高さＨ２とが、０ｍｍ＜Ｈ１−Ｈ２≦１５ｍｍで
あり、接合部に空洞を有することを特徴とする。
１とが、０ｍｍ＜Ｄ１−Ｄ２≦１ｍｍであり、かつ接合
部の外径Ｄ０と凹部の内径Ｄ１とが、Ｄ１２／Ｄ０２≦
０．８であることを特徴とし、さらに凹部の深さＨ１と
凸部の高さＨ２とが、０ｍｍ＜Ｈ１−Ｈ２≦１５ｍｍで
あり、接合部に空洞を有することを特徴とする。
【００１２】また、用いるろう材がＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉあ
るいはＴｉを主成分とすることを特徴とし、さらに用い
るろう材とシャフトとの組み合わせにおいて、ろう材の
液相線温度が、シャフトのオーステナイト化温度以上あ
ることを特徴とする。また、シャフト全体を高周波誘導
加熱によってオーステナイト化温度以上に加熱し、ろう
付け後、冷却ガスあるいは冷却液をシャフトに吹きつけ
冷却することによって、ろう付けとシャフトの焼き入れ
を同時に行うことを特徴とする。
るいはＴｉを主成分とすることを特徴とし、さらに用い
るろう材とシャフトとの組み合わせにおいて、ろう材の
液相線温度が、シャフトのオーステナイト化温度以上あ
ることを特徴とする。また、シャフト全体を高周波誘導
加熱によってオーステナイト化温度以上に加熱し、ろう
付け後、冷却ガスあるいは冷却液をシャフトに吹きつけ
冷却することによって、ろう付けとシャフトの焼き入れ
を同時に行うことを特徴とする。
【００１３】本発明は、いずれのＴｉＡｌからなるター
ビン羽根車に適用可能であるが、高温の使用条件下で、
高速回転する部品であるため、高温強度および延性に優
れ、かつ耐酸化性に優れることが必要であり、したがっ
て、本発明の適用を推奨すべきＴｉＡｌの代表組成は、
次の組成をもつものである。 １）Ａｌ：３１〜３５％を含有し、実質的に残部がＴｉ
からなるＴｉＡｌ。 ２）１）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖの
中から、１種または１種以上を合計で０．２〜４．０％
を含むＴｉＡｌ。 ３）１）または２）のＴｉＡｌの組成に加え、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｗ，Ｒｅの中から、１種または１種以上を合計で
０．２〜１０．０％を含むＴｉＡｌ。 ４）１）ないし３）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｓｉ：
０．０１〜１．００％を含むＴｉＡｌ。 ５）１）ないし４）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｚｒ：
＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、Ｃ：＜０．２％、Ｏ：
＜０．２％、Ｎ：＜０．２％にしたことを特徴とするＴ
ｉＡｌ。
ビン羽根車に適用可能であるが、高温の使用条件下で、
高速回転する部品であるため、高温強度および延性に優
れ、かつ耐酸化性に優れることが必要であり、したがっ
て、本発明の適用を推奨すべきＴｉＡｌの代表組成は、
次の組成をもつものである。 １）Ａｌ：３１〜３５％を含有し、実質的に残部がＴｉ
からなるＴｉＡｌ。 ２）１）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖの
中から、１種または１種以上を合計で０．２〜４．０％
を含むＴｉＡｌ。 ３）１）または２）のＴｉＡｌの組成に加え、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｗ，Ｒｅの中から、１種または１種以上を合計で
０．２〜１０．０％を含むＴｉＡｌ。 ４）１）ないし３）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｓｉ：
０．０１〜１．００％を含むＴｉＡｌ。 ５）１）ないし４）のＴｉＡｌの組成に加えて、Ｚｒ：
＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、Ｃ：＜０．２％、Ｏ：
＜０．２％、Ｎ：＜０．２％にしたことを特徴とするＴ
ｉＡｌ。
【００１４】以下に、本発明について具体的に図を参照
して説明する。本発明は、ＴｉＡｌ製タービン羽根車と
シャフトとの高周波ろう付けしたＴｉＡｌ製タービンロ
ーターの製造方法において、被接合面が平面の場合、Ｔ
ｉＡｌ製タービン羽根車とシャフトとの軸中心がずれる
という問題と、ＴｉＡｌの熱伝導が良いため、使用中に
シャフトの温度が上がりすぎるという問題を解決するた
め、ＴｉＡｌ製タービン羽根車とシャフトの被接合面を
それぞれ凹凸にして、はめあいによって軸中心を合わ
せ、また、凹凸部の寸法を変えることによって接合部に
空洞を作り熱伝導を阻害し、シャフトの温度上昇を防止
しようとしたものである。
して説明する。本発明は、ＴｉＡｌ製タービン羽根車と
シャフトとの高周波ろう付けしたＴｉＡｌ製タービンロ
ーターの製造方法において、被接合面が平面の場合、Ｔ
ｉＡｌ製タービン羽根車とシャフトとの軸中心がずれる
という問題と、ＴｉＡｌの熱伝導が良いため、使用中に
シャフトの温度が上がりすぎるという問題を解決するた
め、ＴｉＡｌ製タービン羽根車とシャフトの被接合面を
それぞれ凹凸にして、はめあいによって軸中心を合わ
せ、また、凹凸部の寸法を変えることによって接合部に
空洞を作り熱伝導を阻害し、シャフトの温度上昇を防止
しようとしたものである。
【００１５】図１（ａ）はＴｉＡｌ製タービン羽根車の
被接合面ａ部を凸にし、シャフトの被接合面を凹にした
場合であり、図１（ｂ）はＴｉＡｌ製タービン羽根車の
被接合面ａ部を凹にし、シャフトの被接合面ｂ部を凸に
した場合である。このとき、容易にはめあいを行うた
め、凸部の径Ｄ２と凹部の穴径Ｄ１を、０＜Ｄ１−Ｄ２
≦１ｍｍの範囲にし、すきまばめにするのが望ましく、
これにより接合時にろう材が隙間に入り、接合部面積が
増加し、接合強度の上昇が期待できる。この差が０ｍｍ
以下では、シマリバメとなり、はめ合を容易に行うこと
ができない。また、１ｍｍ以上になるとＴｉＡｌ製ター
ビン羽根車とシャフトとの軸心のずれが大きくなり、本
発明の趣旨に反する。
被接合面ａ部を凸にし、シャフトの被接合面を凹にした
場合であり、図１（ｂ）はＴｉＡｌ製タービン羽根車の
被接合面ａ部を凹にし、シャフトの被接合面ｂ部を凸に
した場合である。このとき、容易にはめあいを行うた
め、凸部の径Ｄ２と凹部の穴径Ｄ１を、０＜Ｄ１−Ｄ２
≦１ｍｍの範囲にし、すきまばめにするのが望ましく、
これにより接合時にろう材が隙間に入り、接合部面積が
増加し、接合強度の上昇が期待できる。この差が０ｍｍ
以下では、シマリバメとなり、はめ合を容易に行うこと
ができない。また、１ｍｍ以上になるとＴｉＡｌ製ター
ビン羽根車とシャフトとの軸心のずれが大きくなり、本
発明の趣旨に反する。
【００１６】また、シャフトの外径Ｄ０と凹部の穴径Ｄ
１とがＤ１２／Ｄ０２≦０．８であれば接合部の面積が
十分取れ強度の確保が行えるが、Ｄ１２／Ｄ０２＞０．
８であると接合部の面積が小さく強度が低下し、実用に
耐えない。
１とがＤ１２／Ｄ０２≦０．８であれば接合部の面積が
十分取れ強度の確保が行えるが、Ｄ１２／Ｄ０２＞０．
８であると接合部の面積が小さく強度が低下し、実用に
耐えない。
【００１７】また、凹部の深さＨ１と凸部の高さ寸法Ｈ
１を０＜Ｈ１−Ｈ２≦１５ｍｍにすることにより、図２
に示すように接合部に空洞を作ることが可能である。熱
の伝導は、気体に比べ金属の方が著しく大きいため、空
洞を作ることによりＴｉＡｌ製タービン羽根車からシャ
フトへの熱伝導が小さくなり、シャフトの温度上昇を阻
止することが可能である。このとき、凸部および凹部穴
底面の形状は平面である必要は無く、例えば凹部は図２
（ｂ）に示すようにドリル穴のように円錐状であっても
良い。
１を０＜Ｈ１−Ｈ２≦１５ｍｍにすることにより、図２
に示すように接合部に空洞を作ることが可能である。熱
の伝導は、気体に比べ金属の方が著しく大きいため、空
洞を作ることによりＴｉＡｌ製タービン羽根車からシャ
フトへの熱伝導が小さくなり、シャフトの温度上昇を阻
止することが可能である。このとき、凸部および凹部穴
底面の形状は平面である必要は無く、例えば凹部は図２
（ｂ）に示すようにドリル穴のように円錐状であっても
良い。
【００１８】接合時には、図３に示すようにシャフトの
一端に荷重をかけ、接合界面に圧力を負荷することによ
り、高周波ろう付け時にろう材と被接合材の界面の濡れ
性が良くなり、未接合部の生成による接合強度の低下を
防止することが可能であるばかりでなく、はめ合を行う
空間にもろうが回り、実質的に接合面積が増加し強度の
上昇をもたらす。特に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上の圧
力を負荷することにより、濡れ性は良くなるが、接合面
の表面荒さが大きい場合には、圧力を高くすることが望
ましい。
一端に荷重をかけ、接合界面に圧力を負荷することによ
り、高周波ろう付け時にろう材と被接合材の界面の濡れ
性が良くなり、未接合部の生成による接合強度の低下を
防止することが可能であるばかりでなく、はめ合を行う
空間にもろうが回り、実質的に接合面積が増加し強度の
上昇をもたらす。特に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上の圧
力を負荷することにより、濡れ性は良くなるが、接合面
の表面荒さが大きい場合には、圧力を高くすることが望
ましい。
【００１９】しかし、接合温度においてシャフトおよび
ローター羽根車の降伏応力以上になると、接合部に塑性
変形が生じるため、それぞれの降伏応力以下の圧力にす
る必要が有る。また、ろう付けはろう材の液相線温度以
上で可能であるが、温度が高くなると被接合材とろう材
とが反応し、接合界面に化合物を生成して、接合強度が
低下するため、ろう材の液相線温度以上＋１００℃以下
にする必要が有る。このとき、ろう材としては、Ａｇ、
Ｃｕ、ＮｉあるいはＴｉを主成分とするろう材を用いる
ことが可能であり、箔状および粉末状のいずれであって
もよい。
ローター羽根車の降伏応力以上になると、接合部に塑性
変形が生じるため、それぞれの降伏応力以下の圧力にす
る必要が有る。また、ろう付けはろう材の液相線温度以
上で可能であるが、温度が高くなると被接合材とろう材
とが反応し、接合界面に化合物を生成して、接合強度が
低下するため、ろう材の液相線温度以上＋１００℃以下
にする必要が有る。このとき、ろう材としては、Ａｇ、
Ｃｕ、ＮｉあるいはＴｉを主成分とするろう材を用いる
ことが可能であり、箔状および粉末状のいずれであって
もよい。
【００２０】さらに、加熱中のろう材および被接合面の
酸化によるろう材の濡れ性悪化による未接合部の増加は
接合強度の低下をもたらすため、ＴｉＡｌ製タービン羽
根車およびシャフトを耐熱ガラス等で覆い、耐熱ガラス
とこれらの間に不活性ガスあるいは還元性ガスを流し、
酸化を防止した。特に、ろう材に活性金属を含む場合に
は、還元性ガス（例えば水素を５％含むＨｅガス）を流
すのが望ましい。
酸化によるろう材の濡れ性悪化による未接合部の増加は
接合強度の低下をもたらすため、ＴｉＡｌ製タービン羽
根車およびシャフトを耐熱ガラス等で覆い、耐熱ガラス
とこれらの間に不活性ガスあるいは還元性ガスを流し、
酸化を防止した。特に、ろう材に活性金属を含む場合に
は、還元性ガス（例えば水素を５％含むＨｅガス）を流
すのが望ましい。
【００２１】以上のような方法によって、ろう付けの時
間の調査を行った結果、３０秒で十分な接合強度が得ら
ることが判明し、直径１７ｍｍのシャフトの場合、加熱
開始からの時間を含め接合終了まで、約９０秒という短
時間で接合が可能となった。
間の調査を行った結果、３０秒で十分な接合強度が得ら
ることが判明し、直径１７ｍｍのシャフトの場合、加熱
開始からの時間を含め接合終了まで、約９０秒という短
時間で接合が可能となった。
【００２２】また接合後、シャフトの調質を行うため、
焼き入れ・焼き戻しを行う場合には、シャフトの焼き入
れ時に接合界面が再溶融およびこれに伴う劣化が起こら
ないように、用いるろう材とシャフトとの組み合わせに
おいて、ろう材の液相線温度が、シャフトのオーステナ
イト化温度以上であることが必要である。実際には、接
合後の接合部のろう材は接合中に被接合部からの他元素
の拡散によって、液相線温度がろう材そのものの液相線
温度より若干高くなっているため、ろう材の液相線温度
が、シャフトのオーステナイト化温度と同じ場合の組み
合わせであっても適用可能である。
焼き入れ・焼き戻しを行う場合には、シャフトの焼き入
れ時に接合界面が再溶融およびこれに伴う劣化が起こら
ないように、用いるろう材とシャフトとの組み合わせに
おいて、ろう材の液相線温度が、シャフトのオーステナ
イト化温度以上であることが必要である。実際には、接
合後の接合部のろう材は接合中に被接合部からの他元素
の拡散によって、液相線温度がろう材そのものの液相線
温度より若干高くなっているため、ろう材の液相線温度
が、シャフトのオーステナイト化温度と同じ場合の組み
合わせであっても適用可能である。
【００２３】また、ろう付けと同時にシャフトの焼き入
れを行うためには、図４に示すようにシャフト全体を高
周波加熱によって加熱し、ろう付け後、耐熱ガラスのノ
ズルよりＡｒおよびＨｅガスなどの冷却ガスあるいは水
などの冷却液をシャフトに吹きつけ急冷することによっ
て可能である。
れを行うためには、図４に示すようにシャフト全体を高
周波加熱によって加熱し、ろう付け後、耐熱ガラスのノ
ズルよりＡｒおよびＨｅガスなどの冷却ガスあるいは水
などの冷却液をシャフトに吹きつけ急冷することによっ
て可能である。
【００２４】本発明に用いるＴｉＡｌ製タービン羽根車
は、精密鋳造あるいは高温鍛造のいずれの方法によって
製造されてもよい。さらに、ＴｉＡｌ製タービン羽根車
は１２００℃〜１３５０℃の範囲での熱処理によって延
性を改善することが可能で、精密鋳造材については、１
２００℃〜１３５０℃の範囲で、１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２以上の圧力でＨＩＰ熱処理を加えることにより、内部
の鋳造欠陥を無くし、信頼性を向上させるとともに、強
度および延性を改善することが可能である。
は、精密鋳造あるいは高温鍛造のいずれの方法によって
製造されてもよい。さらに、ＴｉＡｌ製タービン羽根車
は１２００℃〜１３５０℃の範囲での熱処理によって延
性を改善することが可能で、精密鋳造材については、１
２００℃〜１３５０℃の範囲で、１０００ｋｇｆ／ｃｍ
２以上の圧力でＨＩＰ熱処理を加えることにより、内部
の鋳造欠陥を無くし、信頼性を向上させるとともに、強
度および延性を改善することが可能である。
【００２５】
【作用】以下に本発明に関わるＴｉＡｌ製タービン羽根
車の組成を限定した理由を示す。 Ａｌ：３１〜３５％ ＡｌはＴｉと結合して金属間化合物ＴｉＡｌならびにＴ
ｉ３Ａｌを生成する元素である。ＴｉＡｌおよびＴｉ３
Ａｌの単相はいずれも脆く、強度が低い化合物である
が、Ａｌが３１〜３５％の範囲になると、ＴｉＡｌ相中
にＴｉ３Ａｌが体積率で５〜３０％を含まれるようにな
り、２相状態になって延性および強度が高くなる。しか
しながら、Ａｌが３１％以下になってＴｉ３Ａｌが多く
なり、あるいは、Ａｌが３５％以上になってＴｉ３Ａｌ
が少なくなると、強度および延性が著しく低下する。
車の組成を限定した理由を示す。 Ａｌ：３１〜３５％ ＡｌはＴｉと結合して金属間化合物ＴｉＡｌならびにＴ
ｉ３Ａｌを生成する元素である。ＴｉＡｌおよびＴｉ３
Ａｌの単相はいずれも脆く、強度が低い化合物である
が、Ａｌが３１〜３５％の範囲になると、ＴｉＡｌ相中
にＴｉ３Ａｌが体積率で５〜３０％を含まれるようにな
り、２相状態になって延性および強度が高くなる。しか
しながら、Ａｌが３１％以下になってＴｉ３Ａｌが多く
なり、あるいは、Ａｌが３５％以上になってＴｉ３Ａｌ
が少なくなると、強度および延性が著しく低下する。
【００２６】Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖの１種および２種以上の合
計：０．２〜４．０％ Ｃｒ、Ｍｎ、ＶはいずれもＴｉＡｌの延性を改善する元
素である。これらの元素が延性改善効果を示すのは、こ
れらの元素の１種あるいは２種以上の合計が０．２％以
上であり、４％を超えると耐酸化性が著しく劣化すると
ともに、β相の生成が起こり、高温強度が低下するとい
う不都合がある。
計：０．２〜４．０％ Ｃｒ、Ｍｎ、ＶはいずれもＴｉＡｌの延性を改善する元
素である。これらの元素が延性改善効果を示すのは、こ
れらの元素の１種あるいは２種以上の合計が０．２％以
上であり、４％を超えると耐酸化性が著しく劣化すると
ともに、β相の生成が起こり、高温強度が低下するとい
う不都合がある。
【００２７】Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅの１種および２種以
上の合計 ：０．２〜１０．０％ Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、ＲｅはＴｉＡｌの耐酸化性を改善する
元素である。これらの元素が耐酸化性改善効果を示すの
は、これらの元素の１種あるいは２種以上の合計が０．
２％以上であり、１０％を超えると延性が低下するとと
もに、ＴｉＡｌの密度が高くなって、ＴｉＡｌの低密度
であるという特徴が失われるという不都合がある。
上の合計 ：０．２〜１０．０％ Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、ＲｅはＴｉＡｌの耐酸化性を改善する
元素である。これらの元素が耐酸化性改善効果を示すの
は、これらの元素の１種あるいは２種以上の合計が０．
２％以上であり、１０％を超えると延性が低下するとと
もに、ＴｉＡｌの密度が高くなって、ＴｉＡｌの低密度
であるという特徴が失われるという不都合がある。
【００２８】Ｓｉ：０．０１〜１．００％ Ｓｉは、Ｔｉと反応しそれぞれ珪化物（Ｔｉ５Ｓｉ３）
を生成し、ＴｉＡｌのクリープ特性を改善するするばか
りでなく、耐酸化性を改善する元素である。これらの効
果が表れるのは、０．０１％以上であり、１．００％を
超えて添加すると延性が低下する。
を生成し、ＴｉＡｌのクリープ特性を改善するするばか
りでなく、耐酸化性を改善する元素である。これらの効
果が表れるのは、０．０１％以上であり、１．００％を
超えて添加すると延性が低下する。
【００２９】Ｚｒ：＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、
Ｃ：＜０．２％、Ｏ：＜０．２％、Ｎ：＜０．２％ Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃ、Ｏ、およびＮは、ＴｉＡｌ製ローター
羽根車の精密鋳造の工程および原料から混入する不純物
元素でり、これらが多量に混入すると、ＴｉＡｌの延性
が著しく低下する。そこで、これらの元素の上限値をそ
れぞれ、１．０％、１．０％、０．２％、０．２％およ
び０．２％とした。
Ｃ：＜０．２％、Ｏ：＜０．２％、Ｎ：＜０．２％ Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃ、Ｏ、およびＮは、ＴｉＡｌ製ローター
羽根車の精密鋳造の工程および原料から混入する不純物
元素でり、これらが多量に混入すると、ＴｉＡｌの延性
が著しく低下する。そこで、これらの元素の上限値をそ
れぞれ、１．０％、１．０％、０．２％、０．２％およ
び０．２％とした。
【００３０】
実施例１ 表１に接合部の形状を変化させて接合を行ったタービン
ローターのＴｉＡｌ製タービン羽根車の軸芯とシャフト
の軸芯のずれを示したものである。このとき、ＴｉＡｌ
製タービン羽根車には直径５２ｍｍのＴｉ−３３．５Ａ
ｌ−４．８Ｎｂ−１．０Ｃｒ−０．２Ｓｉ（ｗｔ％）の
組成を有する精密鋳造材を用い、シャフト材には外径Ｄ
０＝１７ｍｍ、長さ１１０ｍｍのＪＩＳＧ４１０３に規
定の構造用鋼のニッケル−クロム−モリブデン鋼ＳＮＣ
Ｍ４３９を用いた。ろう材には、厚さ５０μｍのＡｇ−
３５．３Ｃｕ−１．７Ｔｉ（ｗｔ％）の組成を有する銀
ろう箔を用いた。
ローターのＴｉＡｌ製タービン羽根車の軸芯とシャフト
の軸芯のずれを示したものである。このとき、ＴｉＡｌ
製タービン羽根車には直径５２ｍｍのＴｉ−３３．５Ａ
ｌ−４．８Ｎｂ−１．０Ｃｒ−０．２Ｓｉ（ｗｔ％）の
組成を有する精密鋳造材を用い、シャフト材には外径Ｄ
０＝１７ｍｍ、長さ１１０ｍｍのＪＩＳＧ４１０３に規
定の構造用鋼のニッケル−クロム−モリブデン鋼ＳＮＣ
Ｍ４３９を用いた。ろう材には、厚さ５０μｍのＡｇ−
３５．３Ｃｕ−１．７Ｔｉ（ｗｔ％）の組成を有する銀
ろう箔を用いた。
【００３１】接合は、図３に示すように高周波加熱を行
い接合した。まず、接合界面にろう材ｄを挿入し、シャ
フト上部を加圧し、接合界面に０．５ｋｇｆ／ｍｍ２の
圧力を負荷した。ろう材は０．０５ｍｍの箔状のものを
用いた。さらに、接合部を不活性雰囲気にするため、被
接合材の周囲を耐熱ガラスで覆い、被接合材と耐熱ガラ
スとの間にＡｒガスを流し、大気とのシールを行った。
高周波誘導加熱は耐熱ガラスの外側に加熱コイルを置
き、８５０℃まで加熱し、温度が一定になってから３０
秒間保持後、電源を切り冷却を行った。
い接合した。まず、接合界面にろう材ｄを挿入し、シャ
フト上部を加圧し、接合界面に０．５ｋｇｆ／ｍｍ２の
圧力を負荷した。ろう材は０．０５ｍｍの箔状のものを
用いた。さらに、接合部を不活性雰囲気にするため、被
接合材の周囲を耐熱ガラスで覆い、被接合材と耐熱ガラ
スとの間にＡｒガスを流し、大気とのシールを行った。
高周波誘導加熱は耐熱ガラスの外側に加熱コイルを置
き、８５０℃まで加熱し、温度が一定になってから３０
秒間保持後、電源を切り冷却を行った。
【００３２】接合後、ＴｉＡｌ製タービン羽根車のシャ
フト芯とシャフトの軸芯のずれを図５に示すように、シ
ャフトを固定して回転させ、タービン羽根車の最外径の
変化の最大値を芯の振れとした。芯の振れはそれぞれ３
個づつ試験を行った平均で表した。また、測定後６００
℃ｘ３０ｍｉｎ、ＡＣの焼き戻し熱処理を行い接合部の
捩り試験を行った。この結果、本発明の接合面を凹凸に
してはめあわせ接合を行ったタービンローターの軸の振
れは、比較例１の接合部を平面にして接合した場合に比
べ、軸芯の振れが著しく小さいことがわかる。また、Ｄ
１２／Ｄ００＞０．８の比較例３のローターは、接合面
の面積が小さいため十分な捩り破断トルクが得られなか
った。さらに、比較例２のローターはＤ１−Ｄ２＞１．
０ｍｍであり、凹凸部のはめ合い隙間が大きく、接合部
が平面の場合と同様に芯の振れが大きいのがわかる。
フト芯とシャフトの軸芯のずれを図５に示すように、シ
ャフトを固定して回転させ、タービン羽根車の最外径の
変化の最大値を芯の振れとした。芯の振れはそれぞれ３
個づつ試験を行った平均で表した。また、測定後６００
℃ｘ３０ｍｉｎ、ＡＣの焼き戻し熱処理を行い接合部の
捩り試験を行った。この結果、本発明の接合面を凹凸に
してはめあわせ接合を行ったタービンローターの軸の振
れは、比較例１の接合部を平面にして接合した場合に比
べ、軸芯の振れが著しく小さいことがわかる。また、Ｄ
１２／Ｄ００＞０．８の比較例３のローターは、接合面
の面積が小さいため十分な捩り破断トルクが得られなか
った。さらに、比較例２のローターはＤ１−Ｄ２＞１．
０ｍｍであり、凹凸部のはめ合い隙間が大きく、接合部
が平面の場合と同様に芯の振れが大きいのがわかる。
【表１】
【００３３】実施例２ 表２に接合を実施したろう材、シャフトおよびＴｉＡｌ
製タービン羽根車の組み合わせを示す。シャフト材には
実施例１で用いたＳＮＣＭ４３９と、ＪＩＳＧ４３１１
に規定のマルテにンサイト系耐熱鋼ＳＵＨ１１を用い
た。これらを、実施例１と同様に高周波加熱によって、
精密鋳造で製造した直径５２ｍｍのＴｉＡｌ製タービン
羽根車と、外径Ｄ０＝１７ｍｍ、長さ１１０ｍｍに加工
したシャフト材との接合を行った。接合部は、シャフト
材が凹で、Ｄ１＝８ｍｍ、Ｈ１＝６ｍｍにし、ＴｉＡｌ
羽根車は凸で、Ｄ２＝７．９ｍｍ、Ｈ２＝１ｍｍにし
た。
製タービン羽根車の組み合わせを示す。シャフト材には
実施例１で用いたＳＮＣＭ４３９と、ＪＩＳＧ４３１１
に規定のマルテにンサイト系耐熱鋼ＳＵＨ１１を用い
た。これらを、実施例１と同様に高周波加熱によって、
精密鋳造で製造した直径５２ｍｍのＴｉＡｌ製タービン
羽根車と、外径Ｄ０＝１７ｍｍ、長さ１１０ｍｍに加工
したシャフト材との接合を行った。接合部は、シャフト
材が凹で、Ｄ１＝８ｍｍ、Ｈ１＝６ｍｍにし、ＴｉＡｌ
羽根車は凸で、Ｄ２＝７．９ｍｍ、Ｈ２＝１ｍｍにし
た。
【００３４】さらに、ろう材にはＪＩＳＺ３２６１に規
定の銀ろうであＢＡｇ−７および１３Ａと、Ａｇ−３
５．３Ｃｕ−１．７Ｔｉ（ｗｔ％）の組成を有する銀ろ
うＡを、また、ＪＩＳＺ３２６５に規定のニッケルろう
であるＢＮｉ−３と、Ｃｕ−１０Ｃｏ−３１．５Ｍｎ
（ｗｔ％）の組成を有する銅ろうＢと、Ｔｉ−１５Ｎｉ
−１５Ｃｕ（ｗｔ％）の組成を有するチタンろうＣを用
いた。ろう材はいずれも厚さ０．０５ｍｍの箔状のもの
を用いた。このとき、接合部の圧力はに０．５ｋｇｆ／
ｍｍ２で、接合部はろう材の液相線温度＋５０℃の温度
まで加熱し、温度が一定になってから３０秒間保持後、
電源を切り冷却を行った。
定の銀ろうであＢＡｇ−７および１３Ａと、Ａｇ−３
５．３Ｃｕ−１．７Ｔｉ（ｗｔ％）の組成を有する銀ろ
うＡを、また、ＪＩＳＺ３２６５に規定のニッケルろう
であるＢＮｉ−３と、Ｃｕ−１０Ｃｏ−３１．５Ｍｎ
（ｗｔ％）の組成を有する銅ろうＢと、Ｔｉ−１５Ｎｉ
−１５Ｃｕ（ｗｔ％）の組成を有するチタンろうＣを用
いた。ろう材はいずれも厚さ０．０５ｍｍの箔状のもの
を用いた。このとき、接合部の圧力はに０．５ｋｇｆ／
ｍｍ２で、接合部はろう材の液相線温度＋５０℃の温度
まで加熱し、温度が一定になってから３０秒間保持後、
電源を切り冷却を行った。
【００３５】接合したタービンローターは、接合ままの
状態と、表２に示す各条件でそれぞれ焼き入れ・焼き戻
しを行い、接合部を直径１６ｍｍに機械加工し、捩り試
験を室温で実施した。焼き入れ・焼き戻しはＪＩＳＧ４
１０３および４３１１の指定範囲で実施した。本発明の
タービンローターは、接合後および焼き入れ・焼き戻し
後、いずれも１０ｋｇｆ・ｍ以上の捩り破断トルクを有
し、タービンローターシャフトの接合強度として十分な
強度を示した。
状態と、表２に示す各条件でそれぞれ焼き入れ・焼き戻
しを行い、接合部を直径１６ｍｍに機械加工し、捩り試
験を室温で実施した。焼き入れ・焼き戻しはＪＩＳＧ４
１０３および４３１１の指定範囲で実施した。本発明の
タービンローターは、接合後および焼き入れ・焼き戻し
後、いずれも１０ｋｇｆ・ｍ以上の捩り破断トルクを有
し、タービンローターシャフトの接合強度として十分な
強度を示した。
【００３６】しかし、比較例１〜３のローターは、焼き
入れ・焼き戻しを行ったものの内、ろう材の液相線温度
がシャフトのオーステナイト化温度より低いため、熱処
理後の強度が熱処理前に比べ著しく低下する結果とな
り、タービンローターとして十分な強度を示さなかっ
た。
入れ・焼き戻しを行ったものの内、ろう材の液相線温度
がシャフトのオーステナイト化温度より低いため、熱処
理後の強度が熱処理前に比べ著しく低下する結果とな
り、タービンローターとして十分な強度を示さなかっ
た。
【表２】
【００３７】実施例３ シャフトの接合と焼き入れを同時に行うため、シャフト
全体を高周波誘導によって加熱し、ろう付けと同時に焼
き入れを行った。用いたＴｉＡｌ製タービン羽根車、シ
ャフト材、ろう材、接合部形状および接合条件は実施例
２の本発明５の場合と同じである。ただし、加熱・保持
完了時に耐熱ガラスとシャフトとの間にシールドガスと
して流していたＡｒガスに代わり耐熱ガラスの冷却ガス
吹き出しノズルから、高圧Ａｒガスをシャフトに吹きつ
けシャフトを急冷し、焼き入れを行った。接合を行った
ローターは、室温で接合部の捩り試験を行うとともに、
シャフトの硬さを測定した。室温の捩り破断トルクは、
１３．７ｋｇｆ・ｍと十分な強度を示し、シャフトの表
層硬さはＨＲＣ５５と十分な焼き入れ硬さを示し、ろう
付けと同時に焼き入れを行うことが可能であった。
全体を高周波誘導によって加熱し、ろう付けと同時に焼
き入れを行った。用いたＴｉＡｌ製タービン羽根車、シ
ャフト材、ろう材、接合部形状および接合条件は実施例
２の本発明５の場合と同じである。ただし、加熱・保持
完了時に耐熱ガラスとシャフトとの間にシールドガスと
して流していたＡｒガスに代わり耐熱ガラスの冷却ガス
吹き出しノズルから、高圧Ａｒガスをシャフトに吹きつ
けシャフトを急冷し、焼き入れを行った。接合を行った
ローターは、室温で接合部の捩り試験を行うとともに、
シャフトの硬さを測定した。室温の捩り破断トルクは、
１３．７ｋｇｆ・ｍと十分な強度を示し、シャフトの表
層硬さはＨＲＣ５５と十分な焼き入れ硬さを示し、ろう
付けと同時に焼き入れを行うことが可能であった。
【００３８】実施例４ 実施例１の接合部に空洞を有する本発明３に示したロー
ターと、実施例１の接合部が平面で空洞を持たない比較
例１のローターを用いて接合部外径Ｄ０＝１５ｍｍの最
終形状のローターに機械加工し、軸受け部を高周波焼き
入れしてターボチャジャーを試作した。エンジン試験は
ディーゼルエンジンを用いてエンジン回転数４０００ｒ
ｐｍで１００ｈｒの耐久試験を実施した。その結果、比
較例１の空洞を有さないローターの軸受け部は、一部変
色し温度が上がったことを示したが、本発明の空洞を有
するローターの軸受け部には変色は認められず、空洞を
有さないローターに比べ温度が上がっていないことが確
認された。
ターと、実施例１の接合部が平面で空洞を持たない比較
例１のローターを用いて接合部外径Ｄ０＝１５ｍｍの最
終形状のローターに機械加工し、軸受け部を高周波焼き
入れしてターボチャジャーを試作した。エンジン試験は
ディーゼルエンジンを用いてエンジン回転数４０００ｒ
ｐｍで１００ｈｒの耐久試験を実施した。その結果、比
較例１の空洞を有さないローターの軸受け部は、一部変
色し温度が上がったことを示したが、本発明の空洞を有
するローターの軸受け部には変色は認められず、空洞を
有さないローターに比べ温度が上がっていないことが確
認された。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、耐熱性に優れたＴｉＡ
ｌローター羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフト
の軸を精度良く合わせ、かつシャフトとローター羽根車
の接合強度が高いＴｉＡｌ製タービンローターの製造方
法を提供することが可能である。
ｌローター羽根車と構造用鋼あるいは耐熱鋼のシャフト
の軸を精度良く合わせ、かつシャフトとローター羽根車
の接合強度が高いＴｉＡｌ製タービンローターの製造方
法を提供することが可能である。
【図１】本発明の接合部の構造を示す説明図である。
【図２】本発明の接合部に空洞を有するの構造を示す説
明図である。
明図である。
【図３】本発明における接合の方法を示す説明図であ
る。
る。
【図４】本発明におけるシャフトの焼き入れと接合を同
時に行うことを示す説明図である。
時に行うことを示す説明図である。
【図５】実施例１におけるＴｉＡｌ製タービン羽根車の
軸芯とシャフトの軸芯のずれを測定する方法を示す説明
図である。
軸芯とシャフトの軸芯のずれを測定する方法を示す説明
図である。
ａ ＴｉＡｌ製タービン羽根車 ｂ シャフト Ｃ 接合部 ｄ ろう材 Ｄ０ シャフトの外径 Ｄ１ 凹部の内径 Ｄ２ 凸部の外径 Ｈ１ 凹部の深さ Ｈ２ 凸部の高さ ｅ 高周波加熱コイル ｆ 耐熱ガラス ｇ ＴｉＡｌ製タービン羽根車支え台 ｈ Ａｒガス ｉ 冷却ガスおよび冷却液吹きつけノズル ｊ 荷重 ｋ 空洞 ｌ ローター支持台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 35/24 ３１０ Ｂ２３Ｋ 35/24 ３１０ Ｃ２１Ｄ 1/76 Ｃ２１Ｄ 1/76 Ｅ 9/28 9/28 Ａ 9/50 １０１ 9/50 １０１Ｚ Ｃ２２Ｃ 14/00 Ｃ２２Ｃ 14/00 Ｚ Ｆ０１Ｄ 5/02 Ｆ０１Ｄ 5/02 5/28 5/28 Ｈ０５Ｂ 6/10 ３３１ Ｈ０５Ｂ 6/10 ３３１ // Ｂ２３Ｋ 103:18 103:24
Claims (12)
- 【請求項１】 精密鋳造によって製造されたＴｉＡｌ製
タービン羽根車と構造用鋼あるいはマルテンサイト系耐
熱鋼からなるローターシャフトとを、図１（ａ）に示す
ように、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の被接合部ａを凸に
し、シャフトの被接合部ｂを凹にして、これらの間にろ
う材ｄを挿入し、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の凸部とシ
ャフト部の凹部をはめ合わせ、ろう材と被接合材との界
面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上でかつ接合温度におい
てシャフトおよびローター羽根車の降伏応力以下の圧力
を負荷し、不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中で、
高周波誘導加熱によって接合界面部をろう材の液相線温
度以上でかつ液相線温度＋１００℃以内に加熱、保持し
つつろう付けを行ったことを特徴とするＴｉＡｌ製ター
ビンローターの製造方法。 - 【請求項２】 精密鋳造によって製造されたＴｉＡｌ製
タービン羽根車と構造用鋼あるいはマルテンサイト系耐
熱鋼からなるローターシャフトとを、図１（ｂ）に示す
ように、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の被接合部ａを凹に
し、シャフトの被接合部ｂを凸にして、これらの間にろ
う材ｄを挿入し、ＴｉＡｌ製タービン羽根車の凹部とシ
ャフト部の凸部をはめ合わせ、ろう材と被接合材との界
面に０．０１ｋｇｆ／ｍｍ２以上でかつ接合温度におい
てシャフトおよびローター羽根車の降伏応力以下の圧力
を負荷し、不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気中で、
高周波誘導加熱によって接合界面部をろう材の液相線温
度以上でかつ液相線温度＋１００℃以内に加熱、保持し
つつろう付けを行ったことを特徴とするＴｉＡｌ製ター
ビンローターの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２項に記載のＴｉＡｌ製
タービンローターの製造方法において、前記凸部の外径
Ｄ２と前記凹部の内径Ｄ１とが、０ｍｍ＜Ｄ１−Ｄ２≦
１ｍｍであり、かつ接合部の外径Ｄ０と凹部の内径Ｄ１
とが、Ｄ１２／Ｄ０２≦０．８であることを特徴とする
ＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３項に記載のＴｉＡｌ製
タービンローターの製造方法において、凹部の深さＨ１
と凸部の高さＨ２とが、０ｍｍ＜Ｈ１−Ｈ２≦１５ｍｍ
であり、接合界面に空洞を作ったことを特徴とするＴｉ
Ａｌ製タービンローターの製造方法。 - 【請求項５】 請求項１ないし４項に記載のＴｉＡｌ製
タービンローターの製造方法において、接合に用いるろ
う材にＡｇ、Ｎｉ、ＣｕあるいはＴｉを主成分とするろ
う材を用いたことを特徴とするＴｉＡｌ製タービンロー
ターの製造方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし５項に記載のＴｉＡｌ製
タービンローターの製造方法において、用いるろう材と
シャフトとの組み合わせにおいて、ろう材の液相線温度
が、シャフトのオーステナイト化温度以上であることを
特徴とするＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし６項に記載のＴｉＡｌ製
タービンローターの製造方法において、シャフト全体を
高周波誘導加熱によってオーステナイト化温度以上に加
熱し、ろう付け後、冷却ガスあるいは冷却液をシャフト
に吹きつけ急冷することによって、ろう付けとシャフト
の焼き入れを同時に行ったことを特徴とするＴｉＡｌ製
タービンローターの製造方法。 - 【請求項８】 請求項１ないし７項記載のＴｉＡｌ製タ
ービンローターの製造方法において、ＴｉＡｌ製タービ
ン羽根車の組成が、重量％で Ａｌ：３１〜３５％を含
有し実質的に残部がＴｉからなることを特徴とするＴｉ
Ａｌ製タービンローターの製造方法。 - 【請求項９】 請求項８記載のＴｉＡｌ製タービンロー
ターの製造方法におけるＴｉＡｌ製タービン羽根車の組
成が、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖの内、１種あるいは２種以上を合
計で０．２〜４．０重量％を含むことを特徴とするＴｉ
Ａｌ製タービンローターの製造方法。 - 【請求項１０】 請求項８ないし９項記載のＴｉＡｌ製
タービンローターの製造方法におけるＴｉＡｌ製タービ
ン羽根車の組成が、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅの内、１種ま
たは２種以上を合計で０．２〜１０．０重量％を含むこ
とを特徴とするＴｉＡｌ製タービンローターの製造方
法。 - 【請求項１１】 請求項８ないし１０項記載のＴｉＡｌ
製タービンローターの製造方法におけるＴｉＡｌ製ター
ビン羽根車の組成が、重量％で、Ｓｉ：０．０１〜１．
００％を含むことを特徴とするＴｉＡｌ製タービンロー
ターの製造方法。 - 【請求項１２】 請求項８ないし１１項記載の接合方法
におけるＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法におけ
るＴｉＡｌ製タービン羽根車の組成が、重量％で、Ｚ
ｒ：＜１．０％、Ｆｅ：＜１．０％、Ｃ：＜０．２％、
Ｏ：＜０．２％、Ｎ：＜０．２％にしたことを特徴とす
るＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8359854A JPH10193087A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | ＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法 |
| US08/953,249 US6007301A (en) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | TiAl turbine rotor and method of manufacturing |
| DE69724730T DE69724730T2 (de) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | Turbinenrotor aus Ti-Al und Verfahren zur Herstellung dieses Rotors |
| AT97118046T ATE249571T1 (de) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | Turbinenrotor aus ti-al und verfahren zur herstellung dieses rotors |
| EP97118046A EP0837221B1 (en) | 1996-10-18 | 1997-10-17 | Ti-Al turbine rotor and method of manufacturing said rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8359854A JPH10193087A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | ＴｉＡｌ製タービンローターの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-12-27 JP JP8359854A patent/JPH10193087A/ja active Pending
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