JPS6024281B2 - タ−ビンエンジン用ねじれ羽根を形成する方法 - Google Patents
タ−ビンエンジン用ねじれ羽根を形成する方法Info
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- JPS6024281B2 JPS6024281B2 JP49126035A JP12603574A JPS6024281B2 JP S6024281 B2 JPS6024281 B2 JP S6024281B2 JP 49126035 A JP49126035 A JP 49126035A JP 12603574 A JP12603574 A JP 12603574A JP S6024281 B2 JPS6024281 B2 JP S6024281B2
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
- C22C47/062—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element from wires or filaments only
- C22C47/068—Aligning wires
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/20—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by subjecting to pressure and heat an assembly comprising at least one metal layer or sheet and one layer of fibres or filaments
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F01D5/12—Blades
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はタービンエンジン用ねじれ羽根を形成する方法
に関する。
に関する。
背景技術
タービンエンジン用羽根に使用される如き高温用途に対
して金属生地複合製品の使用が最近益々重視されている
。
して金属生地複合製品の使用が最近益々重視されている
。
金属生地複合羽根は多くの高強度高弾性補強フィラメン
トのうちの何れか一つ、様々な形をした適当な生地材料
、ばち形根もとブロック、根もと拡げくさびまたはシム
、及び先導縁挿入体から造られることのできる複雑な組
立体である。このような羽根を製造する際には、同羽根
の空気力学的外形が補強フィラメントの不正位置または
裂断なしに、かつ生地材料に空げき、き裂または介在物
ないこ、正確に充てんされなければならない。この分野
に於ける先行方法の実例としては、グレィ(Gray)
氏の1971年8月17日付米国特許第3600103
号がある。
トのうちの何れか一つ、様々な形をした適当な生地材料
、ばち形根もとブロック、根もと拡げくさびまたはシム
、及び先導縁挿入体から造られることのできる複雑な組
立体である。このような羽根を製造する際には、同羽根
の空気力学的外形が補強フィラメントの不正位置または
裂断なしに、かつ生地材料に空げき、き裂または介在物
ないこ、正確に充てんされなければならない。この分野
に於ける先行方法の実例としては、グレィ(Gray)
氏の1971年8月17日付米国特許第3600103
号がある。
この特許には、平行関係に延びていいる高弾性の諸層か
ら造られる圧縮機用または送風機用羽根が記載されてお
り、前記繊維はアルミニウム合金の被覆によりアルミニ
ウム合金シートに装着されている。この材料シート層は
次いで本質的には平たい関係に重ね合わされ、かつ高い
温度及び圧力下に接合されて、前記諸層を縦固め、かつ
アルミニウム合金を流動せしめて空げきを埋める。19
72年10月24日に特許されたクレイダー(Krei
der)氏の米国特許第3699623号には繊維で補
強されたアルミニウム生地複合部品を保護する方法が同
複合部品をチタンまたはチタン合金の保護外皮で覆う工
程を包含するとして記載されている。
ら造られる圧縮機用または送風機用羽根が記載されてお
り、前記繊維はアルミニウム合金の被覆によりアルミニ
ウム合金シートに装着されている。この材料シート層は
次いで本質的には平たい関係に重ね合わされ、かつ高い
温度及び圧力下に接合されて、前記諸層を縦固め、かつ
アルミニウム合金を流動せしめて空げきを埋める。19
72年10月24日に特許されたクレイダー(Krei
der)氏の米国特許第3699623号には繊維で補
強されたアルミニウム生地複合部品を保護する方法が同
複合部品をチタンまたはチタン合金の保護外皮で覆う工
程を包含するとして記載されている。
1973年5月8日に特許されたストーン(Sto蛇)
氏の米国特許第373136び号‘こは、複合羽根を一
体に取付けられる線もとと接合する方法が記載されてお
り、同方法では複合繊維が締固められかつ根もとブロッ
クが繊維の諸層の一端に単一加圧接合処理で接合される
。
氏の米国特許第373136び号‘こは、複合羽根を一
体に取付けられる線もとと接合する方法が記載されてお
り、同方法では複合繊維が締固められかつ根もとブロッ
クが繊維の諸層の一端に単一加圧接合処理で接合される
。
従って、平たい層を使用して成形ブロック上で複合羽根
を形成する製造過程では、空間に材料を充てんするに従
って材料に流動が生じ、空間に材料が順応するのに動き
回らなければならない状態では望ましくないフィラメン
ト裂断や空げきを生じさせる結果になる。
を形成する製造過程では、空間に材料を充てんするに従
って材料に流動が生じ、空間に材料が順応するのに動き
回らなければならない状態では望ましくないフィラメン
ト裂断や空げきを生じさせる結果になる。
発明の目的
本発明は、かかる従釆方法の欠点を解消するために、平
行なフィラメントを繊密な生地金属によって包囲した単
一シートである強化されたモノテープを非平面状状態で
使用し積層プレフオームすなわち半完成品の素材に形成
して接合中に生地の流動をほとんどまたは全然生じさせ
ないタービンエンジン用ねじれ羽根を得る方法を提供す
ることを目的とする。
行なフィラメントを繊密な生地金属によって包囲した単
一シートである強化されたモノテープを非平面状状態で
使用し積層プレフオームすなわち半完成品の素材に形成
して接合中に生地の流動をほとんどまたは全然生じさせ
ないタービンエンジン用ねじれ羽根を得る方法を提供す
ることを目的とする。
発明の構成
即ち、本発明の構成はねじれ形状を有するタービンェン
ジン用の複合羽根を形成する方法において;積層の必要
枚数と積層の形状を決めるため前記羽根を解析する工程
と、複数個の成形工具を準備する工程と、前記工具を使
用して成形し且つねじれを与えた非平面形状の強化モノ
テープ素材を作る工程と、前述のねじれを与えた素材を
積み重ねてエンジン羽根のねじれと同一のねじれ形状を
持った積層体を作る工程と、該積層体に熱と圧力を与え
て共に拡散接合する工程とを包含し;前記ねじれを与え
た素材を積み重ねる工程の中に複数枚の層を持った積層
体を形成する工程を含み、前記複数牧の層の各層は強化
モノテープからなる単一のねじれ素材にて形成されてい
る。
ジン用の複合羽根を形成する方法において;積層の必要
枚数と積層の形状を決めるため前記羽根を解析する工程
と、複数個の成形工具を準備する工程と、前記工具を使
用して成形し且つねじれを与えた非平面形状の強化モノ
テープ素材を作る工程と、前述のねじれを与えた素材を
積み重ねてエンジン羽根のねじれと同一のねじれ形状を
持った積層体を作る工程と、該積層体に熱と圧力を与え
て共に拡散接合する工程とを包含し;前記ねじれを与え
た素材を積み重ねる工程の中に複数枚の層を持った積層
体を形成する工程を含み、前記複数牧の層の各層は強化
モノテープからなる単一のねじれ素材にて形成されてい
る。
発明の効果
従って、本発明の構成によれば、金属生地に平行に埋設
された高弾性フィラメントで形成された強化モノテープ
を非平面形状にねじり、このねじられたモノテープを複
数重ね合せ羽根のプレフオームを形成して拡散接合する
ので、接合中にモノテープのずれに起因するフィラメン
トの不正位置への移動やフィラメントの裂断等を防止し
、生地材料に空げきやき裂を生じるのを防止すると共に
不純物の介入等も最小限におさえることができ、正確堅
実なタービンエンジン用ねじれ羽根を提供することがで
きる。
された高弾性フィラメントで形成された強化モノテープ
を非平面形状にねじり、このねじられたモノテープを複
数重ね合せ羽根のプレフオームを形成して拡散接合する
ので、接合中にモノテープのずれに起因するフィラメン
トの不正位置への移動やフィラメントの裂断等を防止し
、生地材料に空げきやき裂を生じるのを防止すると共に
不純物の介入等も最小限におさえることができ、正確堅
実なタービンエンジン用ねじれ羽根を提供することがで
きる。
例えば、一部の層はそれぞれの高弾性フィラメントを同
フィラメントの含まれる層の主要寸法に平行にし、その
他の層を特定層のものに対して鋭角にしたり、様々な形
の中間材料、補強フィラメント及び生地から造られるこ
とができる。
フィラメントの含まれる層の主要寸法に平行にし、その
他の層を特定層のものに対して鋭角にしたり、様々な形
の中間材料、補強フィラメント及び生地から造られるこ
とができる。
また補強フィラメントはほう素、炭化けし、素で被覆さ
れたほう素、炭化けし、素、ちつ化ほう素、被覆された
ほう素、種々の形のグラフアィト及び類似材料の如き材
料であることができ、生地はアルミニウム合金、チタン
合金、ニッケル合金、及び類似材料を包含する。更に、
複合材料を本発明に従って製造する方法は、羽根の断面
をコンピュータ計算及び図形幾何学によって先ず解析し
、羽根の根もと及び先導縁に必要な金属挿入体を総べて
考慮に入れて羽根を、所望される数の層に分割し、この
解析後に、周知の成形工具で眉素材が線、孔またはノツ
チの如き重ね合せ整合目印や層識別標等と共に成形され
る。
れたほう素、炭化けし、素、ちつ化ほう素、被覆された
ほう素、種々の形のグラフアィト及び類似材料の如き材
料であることができ、生地はアルミニウム合金、チタン
合金、ニッケル合金、及び類似材料を包含する。更に、
複合材料を本発明に従って製造する方法は、羽根の断面
をコンピュータ計算及び図形幾何学によって先ず解析し
、羽根の根もと及び先導縁に必要な金属挿入体を総べて
考慮に入れて羽根を、所望される数の層に分割し、この
解析後に、周知の成形工具で眉素材が線、孔またはノツ
チの如き重ね合せ整合目印や層識別標等と共に成形され
る。
個々の層は次いで適当な非破壊検査によつて検査されか
つ掃除される。層は次いでカバーシート及び根もと挿入
体と共に重ね合わされかつ定着されて正確な十分に繊密
にされた羽根のプレフオームにされる。実施例 次に本発明を図面の実施例に従って説明する。
つ掃除される。層は次いでカバーシート及び根もと挿入
体と共に重ね合わされかつ定着されて正確な十分に繊密
にされた羽根のプレフオームにされる。実施例 次に本発明を図面の実施例に従って説明する。
第1図に於いて参照数字10はタービンエンジンの羽根
全体に付せられ、同羽根は翼部分11、典型的な対の根
もとブロック12,13及び同対間の少くとも1個のく
さび14を有している。翼部分11の極めて複雑な性質
は第2図の平面図から技もよく立証される。本発明の羽
根を製造するための最初の材料は拡大された形で第3図
に示されている。
全体に付せられ、同羽根は翼部分11、典型的な対の根
もとブロック12,13及び同対間の少くとも1個のく
さび14を有している。翼部分11の極めて複雑な性質
は第2図の平面図から技もよく立証される。本発明の羽
根を製造するための最初の材料は拡大された形で第3図
に示されている。
同図に示されているように、本発明に採用されるモノテ
ープはアルミニウムの如き適当な金属の強化された生地
16に完全に埋められ平行にされた複数の高弾性フィラ
メント15を有している。注目すべきは、生地金属16
がフィラメント15を完全に包囲し、かつ同金属の相反
する両面に平らな表面I6a及び16bを有しているこ
とである。高弾性フィラメントとしてはカーボン、シリ
コン、カーバィドやアルミニウム等のフィラメントを挙
げることができ、これらフィラメントは弾性係数が21
0,舵lk9/地(3000000柾SI)、引張強さ
が62k9/地(40雌SI)であり、高い温度でタン
グステンのようなワイヤに蒸着されて製造される。
ープはアルミニウムの如き適当な金属の強化された生地
16に完全に埋められ平行にされた複数の高弾性フィラ
メント15を有している。注目すべきは、生地金属16
がフィラメント15を完全に包囲し、かつ同金属の相反
する両面に平らな表面I6a及び16bを有しているこ
とである。高弾性フィラメントとしてはカーボン、シリ
コン、カーバィドやアルミニウム等のフィラメントを挙
げることができ、これらフィラメントは弾性係数が21
0,舵lk9/地(3000000柾SI)、引張強さ
が62k9/地(40雌SI)であり、高い温度でタン
グステンのようなワイヤに蒸着されて製造される。
また強化モノテープは、金属生地、例えばアルミニウム
、チタン、ニッケルや合金等に高弾性フィラメントを埋
めた複合材料からなる十分に繊密にされたシートで、最
終製品に要求される特性に従って大きさが決められ、ロ
ールやプレスの拡散接合によって形成され、寸法も設備
の大きさによって制限され、ロール拡散接合では、例え
ば、直径1.27側(0.05インチ)のほう素フィラ
メントを接触しない間隔で十分な金属生地で拡散接合で
きるようにし、厚さは0.2風(0.008インチ)、
幅406.4肌以上(16インチ)、そして長さを連続
させることができる。
、チタン、ニッケルや合金等に高弾性フィラメントを埋
めた複合材料からなる十分に繊密にされたシートで、最
終製品に要求される特性に従って大きさが決められ、ロ
ールやプレスの拡散接合によって形成され、寸法も設備
の大きさによって制限され、ロール拡散接合では、例え
ば、直径1.27側(0.05インチ)のほう素フィラ
メントを接触しない間隔で十分な金属生地で拡散接合で
きるようにし、厚さは0.2風(0.008インチ)、
幅406.4肌以上(16インチ)、そして長さを連続
させることができる。
第4図は前記モノテープから形成されかつ根もとブロッ
ク12及び13並びにくさび14と組合わされた分解部
品配列透視図である。
ク12及び13並びにくさび14と組合わされた分解部
品配列透視図である。
個々の形及びねじりは羽根を所望される層に分割する羽
根断面図からコンピュータ計算及び図形幾何学によって
決定される。第4図に示されている配列はくさび14に
よって分離されて2部分に分割されることができる。
根断面図からコンピュータ計算及び図形幾何学によって
決定される。第4図に示されている配列はくさび14に
よって分離されて2部分に分割されることができる。
第1部分はアルミニウム合金で全体を構成された外側て
ん村層17を含んでいる。層17は次には適当に成形さ
れたモノテープ18がある。構造目的に対して、モノテ
ープ18にあるフィラメントはモノテープ18の長手方
向に対して一方的に約450の角度に配置されても構わ
ない。モノテープ18の次には適当に成形されたモノテ
ープ19があって、モノテープ19にあるフイラメント
がモノテープ19の長手方向に対して450に、但しモ
ノテープ18に於けるフィラメントの向きとは反対の方
向に通っている。即ちモノテープ19のフィラメントは
モノテープ18のフィラメントに対して90oの角度を
成している。モノテープ18のフィラメントと同じ方向
に向けられたフィラメントを有する他のモノテーブ20
が次に配列されている。
ん村層17を含んでいる。層17は次には適当に成形さ
れたモノテープ18がある。構造目的に対して、モノテ
ープ18にあるフィラメントはモノテープ18の長手方
向に対して一方的に約450の角度に配置されても構わ
ない。モノテープ18の次には適当に成形されたモノテ
ープ19があって、モノテープ19にあるフイラメント
がモノテープ19の長手方向に対して450に、但しモ
ノテープ18に於けるフィラメントの向きとは反対の方
向に通っている。即ちモノテープ19のフィラメントは
モノテープ18のフィラメントに対して90oの角度を
成している。モノテープ18のフィラメントと同じ方向
に向けられたフィラメントを有する他のモノテーブ20
が次に配列されている。
モノテープ21はモノテープ19と同じ方法に配向され
たフィラメントを有している。次に続くモノテーブ22
,23,24,25,26,27及び28はフィラメン
ト配向の方向がモノテーブの長手方向と同じである。
たフィラメントを有している。次に続くモノテーブ22
,23,24,25,26,27及び28はフィラメン
ト配向の方向がモノテーブの長手方向と同じである。
この群にある最後はアルミニウム合金層29である。根
もとくさび14の反対側にはアルミニウム合金で構成さ
れた層30がある。
もとくさび14の反対側にはアルミニウム合金で構成さ
れた層30がある。
一連のモノテープ31,32,33,34,35,36
及び37は総べて単層テープで構成されており、同テー
プに於いてフィラメント配向は層の長手方向の方向にあ
る。モノテープ38は鉛直軸線に対して45oに向けら
れたフィラメントを有している。
及び37は総べて単層テープで構成されており、同テー
プに於いてフィラメント配向は層の長手方向の方向にあ
る。モノテープ38は鉛直軸線に対して45oに向けら
れたフィラメントを有している。
同機にモ/テープ39はモノテープ38に於けるフィラ
メント配向に対して90oに向けられたフィラメントを
有している。1対のモノテープ40及び41がそれぞれ
の長手方向に対して45oに但し相互に反対方向に配向
されたそれぞれのフィラメントを有している。
メント配向に対して90oに向けられたフィラメントを
有している。1対のモノテープ40及び41がそれぞれ
の長手方向に対して45oに但し相互に反対方向に配向
されたそれぞれのフィラメントを有している。
最後に、アルミニウム合金のてん材層42がこの重ね合
わせられたモノテープの外側を形成している。2組の重
ね合わされた層は第7図の略図で示す如く組立てられて
、第5ぴ6図にそれぞれ参照数字43及び44に示され
ている如きプレフオームすなわち半完成品である素材を
形成する。
わせられたモノテープの外側を形成している。2組の重
ね合わされた層は第7図の略図で示す如く組立てられて
、第5ぴ6図にそれぞれ参照数字43及び44に示され
ている如きプレフオームすなわち半完成品である素材を
形成する。
これら一つのプレフオームは次いで根もとブロック12
及び13並びに根もとくさび14と共に組立てられ(第
8図参照)、かつ拡散接合させられるのに十分な高い温
度及び圧力状態に曝される。拡散接合後に正確堅実な羽
根を確保するために、個々の金属生地複合羽根層を粗立
ててプレフオームすなわち半完成品の素材にする前に個
々の層の外形を成形する。
及び13並びに根もとくさび14と共に組立てられ(第
8図参照)、かつ拡散接合させられるのに十分な高い温
度及び圧力状態に曝される。拡散接合後に正確堅実な羽
根を確保するために、個々の金属生地複合羽根層を粗立
ててプレフオームすなわち半完成品の素材にする前に個
々の層の外形を成形する。
このようにして外形を予め成形された層は拡散接合され
て仕上り寸法の形にされる。それ故に接合中にずれに起
因するフィラメントの不正位置決めまたは裂断は無く、
また生地に於ける空げき、き裂及び介在物は最低限にさ
れる。層の外形を予め成形する。
て仕上り寸法の形にされる。それ故に接合中にずれに起
因するフィラメントの不正位置決めまたは裂断は無く、
また生地に於ける空げき、き裂及び介在物は最低限にさ
れる。層の外形を予め成形する。
以上に説明された方法は生地材料と補強材料との総べて
の組合せに通用する。本発明に使用された羽根組立方式
は高価な羽根組立体を最後に拡散接合するのに先立って
、プレフオームをX線またはその他の手段によつて非破
壊試験するのを可能にする。図面の簡単な説明第1図は
本発明に従って製造された仕上り夕−ビンェンジン用羽
根の透視図、第2図は第1図の仕上り羽根を線0−川こ
沿って見た平面図、第3図は本発明の基本構成要素を形
成する強化されたモノテープの構造体を一部切除し、大
きく拡大して示す透視図、第4図はモノテープ層が根も
とブロック、くさび挿入体及びシムと組合わされてター
ビンエンジン用複合羽根を構成する組立体の分解部品配
列透視図、第5図は羽根の半分となる1組の層プレフオ
ームの拡散接合前の図、第6図は相手層プレフオーム組
を第5図と同様に示す図、第7図は複数の層が拡散接合
に先立って組合わされる状態を略図で示す分解部品配列
図、そして第8図は拡散接合型に挿入される時の層及び
根もとくさびを示す分解部品配列図である。
の組合せに通用する。本発明に使用された羽根組立方式
は高価な羽根組立体を最後に拡散接合するのに先立って
、プレフオームをX線またはその他の手段によつて非破
壊試験するのを可能にする。図面の簡単な説明第1図は
本発明に従って製造された仕上り夕−ビンェンジン用羽
根の透視図、第2図は第1図の仕上り羽根を線0−川こ
沿って見た平面図、第3図は本発明の基本構成要素を形
成する強化されたモノテープの構造体を一部切除し、大
きく拡大して示す透視図、第4図はモノテープ層が根も
とブロック、くさび挿入体及びシムと組合わされてター
ビンエンジン用複合羽根を構成する組立体の分解部品配
列透視図、第5図は羽根の半分となる1組の層プレフオ
ームの拡散接合前の図、第6図は相手層プレフオーム組
を第5図と同様に示す図、第7図は複数の層が拡散接合
に先立って組合わされる状態を略図で示す分解部品配列
図、そして第8図は拡散接合型に挿入される時の層及び
根もとくさびを示す分解部品配列図である。
10・・・羽根、15・・・高弾性フィラメント、16
・・・生地金属、18〜28,31〜41・・・モノテ
ープ。
・・・生地金属、18〜28,31〜41・・・モノテ
ープ。
Figl
Fig2
rig8
Fig5
rig6
ri87
Fig8
Fig.4
Claims (1)
- 1 ねじれた形状を有するタービンエンジン用の複合羽
根を形成する方法において、積層される層の必要枚数と
各層の形状を決めるため前記羽根を解析する工程と、各
層に対応する工程と、各層に対応した複数個の成形工具
を準備する工程と、金属生地よりなる平行に埋設された
高弾性フイラメントで強化形成された強化モノテープを
前記各成形工具を使用して非平面形状に形成する工程と
、これらの非平面状の強化モノテープの各層を積み重ね
てエンジン羽根のねじれと同一のねじれ形状を持つた積
層体を作る工程と、該積層体に熱と圧力を与えて共に拡
散接合する工程とを有することを特徴とするタービンエ
ンジン用ねじれ羽根を形成する方法。
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