JPS6238521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス接触翼に係り、特に先端部におい
ても高い強度を有するガス接触翼に関する。

従来のガス接触翼はガスタービンのガス温度の
向上に対応して、真空中で鋳造されて製造される
ようになつてきた。そして、ガス温度の一層の上
昇に耐えるものとして、粒子境界が主応力軸に対
して実質的に平行になるものが提案されている。

一般にガス接触翼においては、主応力方向の応
力は翼先端方向に徐々に小さくなるが、翼先端部
においてはシユラウドリングの接触等により方向
が一定でない応力を受ける。そのため粒子境界が
主応力軸に対して平行になるように構成された非
先端部においては主応力軸方向に対して強度が高
くなり、破壊寿命が長くなる。しかしながら、応
力方向が一定でない先端部分においては粒子境界
が一方向にそろつている結果、強度が低下すると
いう問題があつた。

本発明の目的はこのような従来技術の問題点を
解消し、応力方向が一定でないガス接触翼先端部
分においても高い強度を有するガス接触翼を提供
するにある。

本発明は少なくとも翼部において、先端部にお
いては粒子境界は実質的に特定方向に配向せず、
先端部以外においては粒子境界は主応力軸に対し
て実質的に平行であると共に、先端部以外におい
ては主応力軸に対して垂直な粒子境界が実質的に
ない細長い柱状粒子組織を有することを特徴とす
るガス接触翼によつてこの目的を達成するもので
ある。

以下図面に従つて実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例に係るガス接触翼の縦
断面図であつて、粒子構造を示すものである。

このガスタービン用ガス接触翼はダブテイル部
１、シヤンク部２、及び翼部３よりなる。そし
て、粒子境界４はシヤンク部２から翼部３の先端
から2/5のところまでは実質的にガス接触翼の主
応力軸に対して平行になつており、翼部３の先端
から2/5より先端部分の粒子境界５は実質的に特
定の方向を向いていない。

本実施例によれば、粒子境界４のためにダブテ
イル部１、シヤンク部２、及び翼部３のシヤンク
から翼部の3/5のところまでのクリープ破断強度
は高くなり、その結果、ガス接触翼として使用で
きるガス温度及び応力は粒子境界が主応力軸に実
質的に平行でない場合より向上する。

一方、前記の従来より向上した温度及び応力に
おいて、翼先端部分は粒子境界５が粒子境界４の
ように一定の方向に向いていないにもかかわらず
その寿命は他の部分すなわちダブテイル部１、シ
ヤンク部２、及び翼部３のシヤンクから3/5のと
ころまでの部分の寿命と較べて低下しなかつた。

これは、翼先端部においては主応力軸方向の応
力は他の部分よりも小さいこと、及び翼先端部に
おいてはガス温度が他の部分よりも低いためであ
る。

また、翼先端部分に対してあらゆる方向からの
不特定な応力を与えたところ、本実施例に示した
翼先端部分に特定の方向に配向していない粒子境
界を組織するガス接触翼は、翼先端部分に特定の
方向を向いている粒子境界を持つガス接触翼より
破損が少なかつた。

また、本実施例のガス接触翼は製造工程におい
ては、途中で鋳型移動速度を大きくするところか
らその製作時間はガス接触翼の粒子境界が実質的
に全て主応力方向を向いているガス接触翼と較べ
て4/5の時間となり製作時間が実質的に短くなる
という効果も有する。

上記実施例においては粒子構造の異なる領域は
先端より2/5とされているが、これは使用条件に
応じた任意の比率とすることが可能である。

本発明のガス接触翼は例えば次のようにして製
造される。

まず合金を真空炉等の炉を用いて溶解し、その
融点よりも50〜150℃高い温度に保持し型中に鋳
込む。

好ましい鋳型は通常ワツクス模型上にセラミツ
クまたは、けい土質材料により数枚の層をもつて
形成されたもので、乾燥後、鋳型は、ロストワツ
クス鋳造法におけるが如く、ワツクスを除去すべ
く焼かれる。

鋳型には電気加熱装置を設けておき、溶湯を鋳
型へ注入する前に鋳型の上方部分がある温度、好
ましくは合金の融点よりも少なくとも50℃高い温
度に加熱する。鋳型が鋳造位置にある時、鋳造の
底部の開放端が支持部材上に支持され、該支持部
材は冷却されることができるものであり、鋳造操
作中鋳型の体部よりも実質的に冷たく維持し、か
くして鋳型内の鋳造金属の下端を冷却する。

鋳造金属の一端をこのように冷却することによ
り、翼は柱状組織となつて結晶化せしめられ、そ
の結晶は鋳造翼の軸と実質的に平行に整合し、単
一方向に配向する。その後、鋳型あるいは電気加
熱位置を低速で翼軸方向に移動することにより、
結晶は移動方向に沿つて柱状組織として成長す
る。そして、その移動速度を早めることによつて
結晶は一定方向の柱状組織から任意の方向に向
き、方向をもつ等軸晶タイプの形状となつて凝固
する。

鋳造品が室温にまで冷却した時、または大気と
反応しない程度にまで充分に冷却した時、真空を
解除でき鋳造羽根とその鋳型とが装置から除去さ
れ、次いで鋳造品から鋳型が通常破壊により除去
される。その後、鋳造品は所望により仕上機械加
工される。

また本発明においては、高温強度を高めるとこ
ろから面心立方結晶組織のものが好適である。

本発明のガスタービン用ガス接触翼の製作に使
用するに適当な合金としてはニツケル基（少なく
とも35％のニツケルを含有しかつ好ましくは通常
50％以上のニツケルを含有する）高温合金であつ
て、各種の合金成分として次の重量百分率の範囲
内にあるものが好適である。

クロム ２％〜30％ コバルト ０％〜30％ モリブデン及びタングステン ０％〜20％ アルミニウム ０％〜10％ チタニウム ０％〜10％ アルミニウム及びチタニウム 少なくとも3.5％ 炭素 ０％〜0.5％ 硼素 ０％〜１％ ジルコニウム ０％〜１％ ハフニウム ０％〜５％ タンタル ０％〜15％ イツトリウム ０％〜５％ ミツシユメタル ０％〜５％ 残部は少なくとも35％の量、好ましくは通常50
％重量以上の量のニツケルから主として成り、ま
た上記成分以外にも次の百分率範囲内の次の元素
を含んでもよい。

バナジウム 最大1.5％ 鉄 最大５％ マンガン 最大１％ けい素 最大１％ これらの元素の外に、特性に悪影響を与えない
僅小量の硫黄、燐、銅等を含有することもでき
る。

また、コバルト基合金も本発明による使用に適
した合金である。

製造工程は次の通りである。

炉室内には、第１表で示す合金が仕込まれてい
る炉と、水冷銅ブロツク上にセツトされた鋳型及
び鋳型を加熱する電気加熱装置が準備されてい
る。なお、鋳型は水冷銅ブロツクと共に電気加熱
装置の中を上下方向に移動できるように構成され
ており移動速度は、外部より制御が可能となつて
いる。上記炉室内を閉じ、好ましくは50μ以下に
なるまで内部圧力を減じ次いで鋳型を加熱し始め
る。加熱は徐々に行ない鋳型のガス抜きを完全に
するようにし、最終的に1480℃まで加熱し、その
後、約20分保持を行なつて鋳型の温度を均一化さ
せる。一方、炉においても合金を同時に溶解はじ
め、1480℃になるよう加熱し、1480℃になつた時
にあらかじめ加熱保温されている鋳型に注湯す
る。なお、注湯する直前には水冷銅ブロツクから
流出する水温が周囲温度と等しくなるように制御
する。注湯後、鋳型は300mm／hrの速度で下方に
移動させ、結晶を翼軸方向に平行に凝固させる。
そして、翼部のシヤンクから翼長の1/3の長さま
で凝固が終了した時点で鋳型移動速度を10000
mm／hrにする。それによつて今まで軸方向に平行
に成長し柱状晶となつて凝固していたものが、移
動速度が増加し熱移動の方向が不均一になること
から柱状組織がくずれて等軸晶タイプの合金とし
て凝固する。

以上の通り本発明に係るガス接触翼は、先端部
においては粒子境界は実質的に特定方向に配向せ
ず、先端部以外においては粒子境界は主応力軸に
対して実質的に平行であると共に、先端部以外に
おいては主応力軸に対して垂直な粒子境界が実質
的にない細長い柱状粒子組織を有するものであ
り、主応力軸方向応力の大きい非先端部、及び応
力方向が一定でない先端部において、それぞれの
応力に応じた高い強さを有するようになる。その
ため、実質的にガス接触翼を全体として強化でき
る。また、したがつてガスタービンのガス温度の
向上、ガス接触翼に加えることのできる応力の向
上が可能となり、ガスタービンの出力を向上させ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るガス接触翼の縦
断面における粒子構造を示す図である。 １……ダブテイル部、２……シヤンク部、３…
…翼部、４，５……粒子境界。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも翼部において、先端部においては
   粒子境界は実質的に特定方向に配向せず、先端部
   以外においては粒子境界は主応力軸に対して実質
   的に平行であると共に、先端部以外においては主
   応力軸に対して垂直な粒子境界が実質的にない細
   長い柱状粒子組織を有することを特徴とするガス
   接触翼。 ２ 面心立方結晶組織を有する合金製である特許
   請求の範囲第１項記載のガス接触翼。