JPH11322499A - 単結晶材の製造方法 - Google Patents
単結晶材の製造方法Info
- Publication number
- JPH11322499A JPH11322499A JP13502798A JP13502798A JPH11322499A JP H11322499 A JPH11322499 A JP H11322499A JP 13502798 A JP13502798 A JP 13502798A JP 13502798 A JP13502798 A JP 13502798A JP H11322499 A JPH11322499 A JP H11322499A
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- crystal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな種結晶を必要とせず、しかも種結晶か
らチルプレートへの熱流束を大きくして単結晶の成長速
度を大きくすることによって製造時間が短縮でき、単結
晶材の製造コストの低減が可能な単結晶材の精密鋳造法
による製造方法を提供すること。 【解決手段】 単結晶材を種結晶とし、該種結晶と同じ
結晶方位の単結晶を成長させる精密鋳造法による単結晶
材の製造方法において、前記種結晶を前記単結晶材と類
似の材質を有するダミー材の上にろう材を介して設置す
ることを特徴とする単結晶材の製造方法。
らチルプレートへの熱流束を大きくして単結晶の成長速
度を大きくすることによって製造時間が短縮でき、単結
晶材の製造コストの低減が可能な単結晶材の精密鋳造法
による製造方法を提供すること。 【解決手段】 単結晶材を種結晶とし、該種結晶と同じ
結晶方位の単結晶を成長させる精密鋳造法による単結晶
材の製造方法において、前記種結晶を前記単結晶材と類
似の材質を有するダミー材の上にろう材を介して設置す
ることを特徴とする単結晶材の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンの動翼
及び静翼等に使用されるニッケル基合金などの単結晶材
の精密鋳造法による製造方法に関する。
及び静翼等に使用されるニッケル基合金などの単結晶材
の精密鋳造法による製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン（産業用ガスタービン、航
空機用ガスタービン）の翼等に使用されるニッケル基合
金などの単結晶材の製造方法の一つとして、図４に示す
ように溶融金属８を凝固点以上に加熱された鋳型４に注
入し、鋳型加熱炉９からゆっくり引下げながら冷却、凝
固させ、チルプレート５上に設置したスタータブロック
６から発生した柱状晶をセレクタ７で一つの結晶だけに
選択して、この結晶を成長させて単結晶材とするセレク
タ方式による精密鋳造方法がある。しかし、単結晶材は
異方性の大きい材料であり、結晶の方位によって材料性
能が大きく異なっている。すなわち、前記方法の場合、
結晶の成長方向（引下げ方向）についてはある程度の結
晶方位のコントロールが可能であるが、これ以外の方向
では結晶の方位をコントロールすることができない。そ
のために例えばガスタービンの動翼では、翼幅方向及び
翼厚方向では翼毎に異なった結晶方位の製品になり、材
料強度あるいは振動特性等が異なった製品になるという
不都合がある。
空機用ガスタービン）の翼等に使用されるニッケル基合
金などの単結晶材の製造方法の一つとして、図４に示す
ように溶融金属８を凝固点以上に加熱された鋳型４に注
入し、鋳型加熱炉９からゆっくり引下げながら冷却、凝
固させ、チルプレート５上に設置したスタータブロック
６から発生した柱状晶をセレクタ７で一つの結晶だけに
選択して、この結晶を成長させて単結晶材とするセレク
タ方式による精密鋳造方法がある。しかし、単結晶材は
異方性の大きい材料であり、結晶の方位によって材料性
能が大きく異なっている。すなわち、前記方法の場合、
結晶の成長方向（引下げ方向）についてはある程度の結
晶方位のコントロールが可能であるが、これ以外の方向
では結晶の方位をコントロールすることができない。そ
のために例えばガスタービンの動翼では、翼幅方向及び
翼厚方向では翼毎に異なった結晶方位の製品になり、材
料強度あるいは振動特性等が異なった製品になるという
不都合がある。
【０００３】これに対して、全ての方向に結晶の方位を
制御した単結晶材の製造方法として種結晶方式による製
造方法が知られている。この方法は図５に示すように、
チルプレート５上に設置した鋳型４の底部に、予め用意
した単結晶材の種結晶１を設置し、該種結晶１をスター
タブロックとしてその上部に溶融金属を注入し、下部か
ら徐々に冷却して種結晶１と全く同じ結晶方位の単結晶
を成長させる方法である。種結晶１から結晶を成長させ
るためには、種結晶１の上部に溶融金属を注入したとき
に溶融金属と接する種結晶１の界面が溶融することが必
要である。そして、種結晶１の界面が溶融するようにす
るためには、予め種結晶１を溶融温度より若干低い適切
な温度に加熱しておく必要がある。ところが、種結晶１
の高さが低いと、チルプレート５への伝熱により種結晶
１が冷却され十分な温度に加熱できないので、種結晶１
の高さを高くしなければならず、大きい種結晶を必要と
するという問題があった。
制御した単結晶材の製造方法として種結晶方式による製
造方法が知られている。この方法は図５に示すように、
チルプレート５上に設置した鋳型４の底部に、予め用意
した単結晶材の種結晶１を設置し、該種結晶１をスター
タブロックとしてその上部に溶融金属を注入し、下部か
ら徐々に冷却して種結晶１と全く同じ結晶方位の単結晶
を成長させる方法である。種結晶１から結晶を成長させ
るためには、種結晶１の上部に溶融金属を注入したとき
に溶融金属と接する種結晶１の界面が溶融することが必
要である。そして、種結晶１の界面が溶融するようにす
るためには、予め種結晶１を溶融温度より若干低い適切
な温度に加熱しておく必要がある。ところが、種結晶１
の高さが低いと、チルプレート５への伝熱により種結晶
１が冷却され十分な温度に加熱できないので、種結晶１
の高さを高くしなければならず、大きい種結晶を必要と
するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのよな従来
技術の実状に鑑み、大きな種結晶を必要とせず、しかも
種結晶からチルプレートへの熱流束を大きくして単結晶
の成長速度を大きく（鋳型加熱炉からの引下げ速度を大
きく）することによって製造時間が短縮でき、単結晶材
の製造コストの低減が可能な単結晶材の精密鋳造法によ
る製造方法を提供することを目的とする。
技術の実状に鑑み、大きな種結晶を必要とせず、しかも
種結晶からチルプレートへの熱流束を大きくして単結晶
の成長速度を大きく（鋳型加熱炉からの引下げ速度を大
きく）することによって製造時間が短縮でき、単結晶材
の製造コストの低減が可能な単結晶材の精密鋳造法によ
る製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は単結晶材を種結
晶とし、該種結晶と同じ結晶方位の単結晶を成長させる
精密鋳造法による単結晶材の製造方法において、前記種
結晶を前記単結晶材と類似の材質を有するダミー材の上
にろう材を介して設置することを特徴とする単結晶材の
製造方法である。
晶とし、該種結晶と同じ結晶方位の単結晶を成長させる
精密鋳造法による単結晶材の製造方法において、前記種
結晶を前記単結晶材と類似の材質を有するダミー材の上
にろう材を介して設置することを特徴とする単結晶材の
製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の方法は単結晶材の種結晶
を使用したニッケル基合金などの単結晶材の精密鋳造方
法において、前記単結晶材と類似の材質を有するダミー
材の上にろう材を介して種結晶を設置し、加熱の際に前
記種結晶とダミー材とを接合させるようにした点を特徴
とする。種結晶から単結晶材を成長させるためには、鋳
造前に種結晶を高温に加熱しておく必要がある。しかし
種結晶の高さが低いと十分な温度まで加熱するのが難し
く、また、大きな種結晶を使用するのは経済的に問題が
ある。そこで本発明ではダミー材を使用して種結晶の高
さを高くするようにした。その場合、単にダミー材の上
に単結晶を置いただけでは両材料間の熱伝達率が小さい
ので、間にろう材を挟んで種結晶とダミー材とを接合し
て熱伝達率が大きくなるようにしている。
を使用したニッケル基合金などの単結晶材の精密鋳造方
法において、前記単結晶材と類似の材質を有するダミー
材の上にろう材を介して種結晶を設置し、加熱の際に前
記種結晶とダミー材とを接合させるようにした点を特徴
とする。種結晶から単結晶材を成長させるためには、鋳
造前に種結晶を高温に加熱しておく必要がある。しかし
種結晶の高さが低いと十分な温度まで加熱するのが難し
く、また、大きな種結晶を使用するのは経済的に問題が
ある。そこで本発明ではダミー材を使用して種結晶の高
さを高くするようにした。その場合、単にダミー材の上
に単結晶を置いただけでは両材料間の熱伝達率が小さい
ので、間にろう材を挟んで種結晶とダミー材とを接合し
て熱伝達率が大きくなるようにしている。
【０００７】本発明の１実施態様を図１に示す。この例
においてはチルプレート５上に設置した鋳型４の底部
に、チルプレート５に接するダミー材２の上にろう材３
を介して単結晶材の種結晶１を載せたスタータブロック
を形成し、該スタータブロックと鋳型４を加熱した状態
でスタータブロックの上部に溶融金属を注入し、下部か
ら徐々に冷却して種結晶１と全く同じ結晶方位の単結晶
を成長させる。単結晶材の種結晶１とダミー材２との間
にろう材３を挟んでスタータブロックとすることによ
り、該スタータブロックを加熱する際に種結晶１とダミ
ー材２とが接合されて一体化し、両材料間の熱伝達率が
増大し、その結果、種結晶１からチルプレート５への熱
流束が増大する効果がある。
においてはチルプレート５上に設置した鋳型４の底部
に、チルプレート５に接するダミー材２の上にろう材３
を介して単結晶材の種結晶１を載せたスタータブロック
を形成し、該スタータブロックと鋳型４を加熱した状態
でスタータブロックの上部に溶融金属を注入し、下部か
ら徐々に冷却して種結晶１と全く同じ結晶方位の単結晶
を成長させる。単結晶材の種結晶１とダミー材２との間
にろう材３を挟んでスタータブロックとすることによ
り、該スタータブロックを加熱する際に種結晶１とダミ
ー材２とが接合されて一体化し、両材料間の熱伝達率が
増大し、その結果、種結晶１からチルプレート５への熱
流束が増大する効果がある。
【０００８】前記ダミー材としては種結晶として使用す
る単結晶材と類似の材質、例えば同一組成材の多結晶
材、同一組成材の一方向凝固材などを使用すればよい。
また、組成が類似した材料以外にも、単結晶材と同程度
以上の溶融温度を有し、熱伝導率の大きい材料であれば
前記ダミー材として使用可能である。例えば、単結晶材
がニッケル基合金である場合、ニッケル基合金よりも熱
伝導率の大きい炭素鋼、低合金鋼などが使用できる。
る単結晶材と類似の材質、例えば同一組成材の多結晶
材、同一組成材の一方向凝固材などを使用すればよい。
また、組成が類似した材料以外にも、単結晶材と同程度
以上の溶融温度を有し、熱伝導率の大きい材料であれば
前記ダミー材として使用可能である。例えば、単結晶材
がニッケル基合金である場合、ニッケル基合金よりも熱
伝導率の大きい炭素鋼、低合金鋼などが使用できる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照した実施例により本発明の
精密鋳造方法による単結晶材の製造方法を更に具体的に
説明する。先ず、金型中にワックスを射出成形して図３
に示す形状、寸法（数値の単位はｍｍ）のワックス模型
１０を製作した。次いで、シリカゾル（コロイダルシリ
カ）をバインダとしてシリカ粉末を骨材としたスラリと
スタッコ材としてのムライト粒子を使用し、スラリへの
ディッピングとスタッコイング（サンディング）を１２
回繰り返して前記ワックス模型１０の表面に厚さ約１０
〜１３ｍｍのセラミック鋳型を形成させた。これをオー
トクレーブ中に入れ、１７０℃、８気圧の条件で約５分
間加熱してワックスを溶出させ、ワックス溶出後の鋳型
を電気炉中で７００℃で２時間加熱して焼成した。
精密鋳造方法による単結晶材の製造方法を更に具体的に
説明する。先ず、金型中にワックスを射出成形して図３
に示す形状、寸法（数値の単位はｍｍ）のワックス模型
１０を製作した。次いで、シリカゾル（コロイダルシリ
カ）をバインダとしてシリカ粉末を骨材としたスラリと
スタッコ材としてのムライト粒子を使用し、スラリへの
ディッピングとスタッコイング（サンディング）を１２
回繰り返して前記ワックス模型１０の表面に厚さ約１０
〜１３ｍｍのセラミック鋳型を形成させた。これをオー
トクレーブ中に入れ、１７０℃、８気圧の条件で約５分
間加熱してワックスを溶出させ、ワックス溶出後の鋳型
を電気炉中で７００℃で２時間加熱して焼成した。
【００１０】次に図１に示すように、前記により製作し
た鋳型４の下部に種結晶１、ろう材３及びダミー材２か
らなるスタータブロックを嵌め込んだものをチルプレー
ト５の上に設置した。スタータブロックは結晶方位を特
定したニッケル基合金単結晶材からなる種結晶１と該種
結晶と同一組成の多結晶材からなるダミー材２との間に
厚さ約５０μｍのニッケルろう材３（本実施例ではＪＩ
Ｓ Ｚ ３２６５ ＢＮｉ−１を使用した）をサンドイ
ッチ状に挟んだ構成のもので、その詳細形状及び寸法
（数値の単位はｍｍ）は図２のとおりである。
た鋳型４の下部に種結晶１、ろう材３及びダミー材２か
らなるスタータブロックを嵌め込んだものをチルプレー
ト５の上に設置した。スタータブロックは結晶方位を特
定したニッケル基合金単結晶材からなる種結晶１と該種
結晶と同一組成の多結晶材からなるダミー材２との間に
厚さ約５０μｍのニッケルろう材３（本実施例ではＪＩ
Ｓ Ｚ ３２６５ ＢＮｉ−１を使用した）をサンドイ
ッチ状に挟んだ構成のもので、その詳細形状及び寸法
（数値の単位はｍｍ）は図２のとおりである。
【００１１】前記のようにしてチルプレート５上に設置
した鋳型４を、上方の溶解・鋳造チャンバ内にある鋳型
加熱炉中に上昇させ、鋳型４を１４５０℃に加熱し、３
０分間保持した。これにより種結晶１とダミー材２との
間のニッケルろう材部分は１２００〜１３００℃に加熱
され、種結晶１の単結晶材とダミー材２がろう材３で接
合されて一体となる。一方で、前記溶解・鋳造チャンバ
内で単結晶用のニッケル基合金を約１４５０℃に加熱し
て溶融し、この溶融金属を前記の１４５０℃に加熱した
鋳型４内に注入し、直ちに鋳型４を１００ｍｍ／ｈの速
度で引き下げて、種結晶１から生成した単結晶を成長さ
せた。これにより、種結晶１と同一の結晶方位を有する
単結晶を製造することができた。すなわち、従来の種結
晶のみを使用する方法では図２からわかるように高さ７
０ｍｍの種結晶（単結晶材）が必要なところ、ダミー材
を使用することにより高さ２０ｍｍの種結晶で単結晶材
の製造が可能となった。
した鋳型４を、上方の溶解・鋳造チャンバ内にある鋳型
加熱炉中に上昇させ、鋳型４を１４５０℃に加熱し、３
０分間保持した。これにより種結晶１とダミー材２との
間のニッケルろう材部分は１２００〜１３００℃に加熱
され、種結晶１の単結晶材とダミー材２がろう材３で接
合されて一体となる。一方で、前記溶解・鋳造チャンバ
内で単結晶用のニッケル基合金を約１４５０℃に加熱し
て溶融し、この溶融金属を前記の１４５０℃に加熱した
鋳型４内に注入し、直ちに鋳型４を１００ｍｍ／ｈの速
度で引き下げて、種結晶１から生成した単結晶を成長さ
せた。これにより、種結晶１と同一の結晶方位を有する
単結晶を製造することができた。すなわち、従来の種結
晶のみを使用する方法では図２からわかるように高さ７
０ｍｍの種結晶（単結晶材）が必要なところ、ダミー材
を使用することにより高さ２０ｍｍの種結晶で単結晶材
の製造が可能となった。
【００１２】
【発明の効果】本発明の方法においては、種結晶とダミ
ー材との間にろう材を挟んで設置することにより、種結
晶を加熱する際に種結晶とダミー材とが接合され、以下
のような効果が得られる。 (1) 種結晶材とダミー材が一体化するので両材料間の熱
伝達率が増大し、その結果種結晶からチルプレートへの
熱流束が増大して、種結晶からの単結晶の成長が促進
される、凝固速度（鋳型加熱炉からの引下げ速度）を
大きくでき、凝固時間（製造時間）を短縮できる。 (2) 大きな種結晶を必要としない。 (3) 前記(1) 及び(2) から、単結晶材の製造コストの低
減が可能である。
ー材との間にろう材を挟んで設置することにより、種結
晶を加熱する際に種結晶とダミー材とが接合され、以下
のような効果が得られる。 (1) 種結晶材とダミー材が一体化するので両材料間の熱
伝達率が増大し、その結果種結晶からチルプレートへの
熱流束が増大して、種結晶からの単結晶の成長が促進
される、凝固速度（鋳型加熱炉からの引下げ速度）を
大きくでき、凝固時間（製造時間）を短縮できる。 (2) 大きな種結晶を必要としない。 (3) 前記(1) 及び(2) から、単結晶材の製造コストの低
減が可能である。
【図１】本発明の方法の１実施態様における鋳型の設置
状態を示す断面図。
状態を示す断面図。
【図２】図１における種結晶、ダミー材及びろう材の詳
細図。
細図。
【図３】図１の鋳型製造に使用したワックス模型の説明
図。
図。
【図４】従来技術であるセレクタ方式による精密鋳造の
概略説明図。
概略説明図。
【図５】従来技術である種結晶を用いた精密鋳造の概略
説明図。
説明図。
Claims (1)
- 【請求項１】 単結晶材を種結晶とし、該種結晶と同じ
結晶方位の単結晶を成長させる精密鋳造法による単結晶
材の製造方法において、前記種結晶を前記単結晶材と類
似の材質を有するダミー材の上にろう材を介して設置す
ることを特徴とする単結晶材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13502798A JPH11322499A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 単結晶材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13502798A JPH11322499A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 単結晶材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11322499A true JPH11322499A (ja) | 1999-11-24 |
Family
ID=15142237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13502798A Withdrawn JPH11322499A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 単結晶材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11322499A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7204294B2 (en) | 2004-03-18 | 2007-04-17 | Rolls-Royce Plc | Casting method |
| KR101270071B1 (ko) * | 2011-06-30 | 2013-06-04 | (주)세미머티리얼즈 | 실리콘 연속 주조 장치 및 방법 |
-
1998
- 1998-05-18 JP JP13502798A patent/JPH11322499A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7204294B2 (en) | 2004-03-18 | 2007-04-17 | Rolls-Royce Plc | Casting method |
| KR101270071B1 (ko) * | 2011-06-30 | 2013-06-04 | (주)세미머티리얼즈 | 실리콘 연속 주조 장치 및 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050802 |