JP2820114B2 - 単結晶金属物品及びその用途 - Google Patents
単結晶金属物品及びその用途Info
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な一方向凝固
単結晶金属物品及びその用途に関する。
単結晶金属物品及びその用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属物品の単結晶は、粒界がないことか
ら、従来の普通鋳造品には、みられない優れた特性を示
すことが知られている。その一つの例として、Ｎｉ基超
合金の単結晶がある。Ｎｉ基超合金は高温特性、特に高
温クリープ強度に優れており、航空機用ジェットエンジ
ンの動翼として既に使用されている。
ら、従来の普通鋳造品には、みられない優れた特性を示
すことが知られている。その一つの例として、Ｎｉ基超
合金の単結晶がある。Ｎｉ基超合金は高温特性、特に高
温クリープ強度に優れており、航空機用ジェットエンジ
ンの動翼として既に使用されている。
【０００３】また、もう一つの例として、ステンレス等
の耐食合金がある。オーステナイト系ステンレス鋼や、
フェライトとオーステナイトからなる２相ステンレス鋼
は、耐応力腐食割れ性が高い材料であるが、更に応力腐
食割れ性を高めるために、特開昭62−180038号に示すよ
うに単結晶で使用しようとする状況にある。
の耐食合金がある。オーステナイト系ステンレス鋼や、
フェライトとオーステナイトからなる２相ステンレス鋼
は、耐応力腐食割れ性が高い材料であるが、更に応力腐
食割れ性を高めるために、特開昭62−180038号に示すよ
うに単結晶で使用しようとする状況にある。
【０００４】上記単結晶の大部分は、特開昭53−51102
号，特公昭62−43777 号，特開昭60−44168 号に示され
る一方向凝固法で製造されている。この方法は、加熱し
た炉の中から鋳型を下方に引き出し、下端から上方に漸
次凝固させる方法である。
号，特公昭62−43777 号，特開昭60−44168 号に示され
る一方向凝固法で製造されている。この方法は、加熱し
た炉の中から鋳型を下方に引き出し、下端から上方に漸
次凝固させる方法である。
【０００５】航空用ジェットエンジンに用いられる動翼
は長さが１０cm位でシャンク部の横断面積も大きくて１
０cm2 であり、また本体の横方向に張り出したプラット
ホームの突出寸法も小さいため全体に小型であり、翼形
状の鋳物を上記方法で一方向凝固させることで、単結晶
を製造することが可能であった。また、ステンレス鋼等
の耐食性に優れた材料も、単結晶の形は単純な丸棒や平
板形状であり、実際に使用する場合には、ボルトやフッ
ク等の形状に機械で加工していた。したがって、耐食合
金を上記方法で一方凝固させることで、単結晶を製造す
ることが可能であった。
は長さが１０cm位でシャンク部の横断面積も大きくて１
０cm2 であり、また本体の横方向に張り出したプラット
ホームの突出寸法も小さいため全体に小型であり、翼形
状の鋳物を上記方法で一方向凝固させることで、単結晶
を製造することが可能であった。また、ステンレス鋼等
の耐食性に優れた材料も、単結晶の形は単純な丸棒や平
板形状であり、実際に使用する場合には、ボルトやフッ
ク等の形状に機械で加工していた。したがって、耐食合
金を上記方法で一方凝固させることで、単結晶を製造す
ることが可能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
は、断面積１５cm2 以上ある大型物品或いは、凝固進行
に対して横方向に大きく張り出した部分を有する物品に
ついては配慮されておらず、横方向に大きく張り出した
部分を有する物品を従来と同じ方法で一方向凝固を行っ
ても、鋳物全体を単結晶化することができなかった。こ
の理由は以下のように考えられる。横方向に大きく張り
出した部分があると一方向凝固を行っても、横方向に張
り出した部分では、鋳物の外周部からも凝固が始まる。
外周部から凝固した部分は、鋳物本体とは全ったく関係
なく凝固しているため、鋳物本体の結晶方位と異なった
結晶方位を持つことになる。したがって凝固が更に進
み、両方の結晶がぶつかると、その面が結晶粒界となり
単結晶が得られない。
は、断面積１５cm2 以上ある大型物品或いは、凝固進行
に対して横方向に大きく張り出した部分を有する物品に
ついては配慮されておらず、横方向に大きく張り出した
部分を有する物品を従来と同じ方法で一方向凝固を行っ
ても、鋳物全体を単結晶化することができなかった。こ
の理由は以下のように考えられる。横方向に大きく張り
出した部分があると一方向凝固を行っても、横方向に張
り出した部分では、鋳物の外周部からも凝固が始まる。
外周部から凝固した部分は、鋳物本体とは全ったく関係
なく凝固しているため、鋳物本体の結晶方位と異なった
結晶方位を持つことになる。したがって凝固が更に進
み、両方の結晶がぶつかると、その面が結晶粒界となり
単結晶が得られない。
【０００７】上記の理由により、横方向に大きく張り出
した部分を有する治具やボルト等の金属物品を全体にわ
たり単結晶組織にすることはできなかった。
した部分を有する治具やボルト等の金属物品を全体にわ
たり単結晶組織にすることはできなかった。
【０００８】本発明の目的は、引っ張り強度，クリープ
強度又は熱や応力に対する耐疲労強度の優れた単結晶金
属物品及びその用途を提供することにある。
強度又は熱や応力に対する耐疲労強度の優れた単結晶金
属物品及びその用途を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、凝固方向に対
して垂直な断面における断面積が異なる金属物品、特に
その断面積が１５cm2 以上である部分に該断面積より大
きい断面積を有する部分が一体に形成された金属物品に
おいて、該金属物品の少なくともマトリックス組識が単
結晶であり、前記大きい断面積を有する部分がそれより
小さい断面積の部分より後に凝固していることを特徴と
する単結晶金属物品にある。
して垂直な断面における断面積が異なる金属物品、特に
その断面積が１５cm2 以上である部分に該断面積より大
きい断面積を有する部分が一体に形成された金属物品に
おいて、該金属物品の少なくともマトリックス組識が単
結晶であり、前記大きい断面積を有する部分がそれより
小さい断面積の部分より後に凝固していることを特徴と
する単結晶金属物品にある。
【００１０】前記大きい断面積を有する部分の突出した
テーパ角が１０度以下であり、該突出距離が１cm以上で
あること、金属物品はＮｉを主成分とするＮｉ基合金又
はオーステナイト鋼であり、γ相が単結晶であること又
は、フェライト又はオーステナイト鋼であり、基地のフ
ェライト又はオーステナイト相が単結晶であることが、
好ましい。
テーパ角が１０度以下であり、該突出距離が１cm以上で
あること、金属物品はＮｉを主成分とするＮｉ基合金又
はオーステナイト鋼であり、γ相が単結晶であること又
は、フェライト又はオーステナイト鋼であり、基地のフ
ェライト又はオーステナイト相が単結晶であることが、
好ましい。
【００１１】本発明は螺子部と頭部を有するボルトにお
いて、該ボルトはＮｉ基合金又はオーステナイト鋼より
なり、前記螺子部より頭部に向って一方向に凝固してお
り、γ相が単結晶であることを特徴とする単結晶ボルト
にある。
いて、該ボルトはＮｉ基合金又はオーステナイト鋼より
なり、前記螺子部より頭部に向って一方向に凝固してお
り、γ相が単結晶であることを特徴とする単結晶ボルト
にある。
【００１２】本発明は、ディスクへの固定部となるダブ
ティル部と、このダブティル部に連なるシャンク部と、
該シャンク部に連なる翼部とを備えたジェットエンジン
用ブレードにおいて、該ジェットエンジン用ブレードは
Ｎｉを主成分としγ相を有するＮｉ基合金からなり、前
記γ相が単結晶組織であり前記翼部先端より前記ダブテ
ィル部に向って一方向凝固していることを特徴とするジ
ェットエンジン用ブレードにある。
ティル部と、このダブティル部に連なるシャンク部と、
該シャンク部に連なる翼部とを備えたジェットエンジン
用ブレードにおいて、該ジェットエンジン用ブレードは
Ｎｉを主成分としγ相を有するＮｉ基合金からなり、前
記γ相が単結晶組織であり前記翼部先端より前記ダブテ
ィル部に向って一方向凝固していることを特徴とするジ
ェットエンジン用ブレードにある。
【００１３】本発明に係る物品は、第１の鋳型に第１の
鋳型の凝固方向に垂直な断面の断面積より大きい断面積
を有する第２の鋳型が一体に形成されたメーン鋳型と、
前記第１の鋳型と第２の鋳型とに連通し前記メーン鋳型
に対し別個に設けられたバイパス鋳型とを有する一方向
凝固鋳型によって製造できる。
鋳型の凝固方向に垂直な断面の断面積より大きい断面積
を有する第２の鋳型が一体に形成されたメーン鋳型と、
前記第１の鋳型と第２の鋳型とに連通し前記メーン鋳型
に対し別個に設けられたバイパス鋳型とを有する一方向
凝固鋳型によって製造できる。
【００１４】また、本発明に係る物品は、第１の鋳型に
第１の鋳型の凝固方向に垂直な断面の断面積より大きい
断面積を有する第２の鋳型が一体に形成されたメーン鋳
型と、前記第１の鋳型と第２の鋳型とに連通し前記第１
の鋳型に対し別個に設けられたバイパス鋳型とを有し、
前記メーン鋳型及びバイパス鋳型を加熱炉に設置すると
ともに前記メーン鋳型とバイパス鋳型に金属の溶湯を注
入し、前記メーン鋳型及びバイパス鋳型を前記加熱炉で
加熱保持しながら前記加熱炉から徐々に引き出し、該溶
湯を前記第１の鋳型より第２の鋳型に向って一方向凝固
させることによって製造できる。
第１の鋳型の凝固方向に垂直な断面の断面積より大きい
断面積を有する第２の鋳型が一体に形成されたメーン鋳
型と、前記第１の鋳型と第２の鋳型とに連通し前記第１
の鋳型に対し別個に設けられたバイパス鋳型とを有し、
前記メーン鋳型及びバイパス鋳型を加熱炉に設置すると
ともに前記メーン鋳型とバイパス鋳型に金属の溶湯を注
入し、前記メーン鋳型及びバイパス鋳型を前記加熱炉で
加熱保持しながら前記加熱炉から徐々に引き出し、該溶
湯を前記第１の鋳型より第２の鋳型に向って一方向凝固
させることによって製造できる。
【００１５】本発明に係る物品の製造法は、鋳造品本体
と別個にバイパスを設けた鋳型を用いるとともに一方向
凝固させるので、鋳造品本体の結晶方位とバイパスを通
じて凝固した断面積が急激に大きくなる突起部分の結晶
方位とが一致し、突起を含めて全体が単結晶となる。
と別個にバイパスを設けた鋳型を用いるとともに一方向
凝固させるので、鋳造品本体の結晶方位とバイパスを通
じて凝固した断面積が急激に大きくなる突起部分の結晶
方位とが一致し、突起を含めて全体が単結晶となる。
【００１６】本発明に係る単結晶金属物品は、断面積が
１５cm2 以上の部分にこれより断面積が大きくなる突起
を有する大型の複雑形状のものが単結晶組織が得られる
ため、異結晶のもの同士の結晶粒界が存在するものより
強度が向上する。
１５cm2 以上の部分にこれより断面積が大きくなる突起
を有する大型の複雑形状のものが単結晶組織が得られる
ため、異結晶のもの同士の結晶粒界が存在するものより
強度が向上する。
【００１７】本発明で用いられるオーステナイト鋼は重
量％で、Ｃ≦０.１５,Ｓｉ≦１.０,Ｍｎ≦２.０，Ｃ
ｒ：１５〜２５，Ｎｉ：８〜３０ 、残部がＦｅのもの
が挙げられ、特にＣ＜０.０８，Ｓｉ≦1.0，Ｍｎ≦２.
０，Ｃｒ：１６〜１８.５，Ｎｉ：９〜１５，Ｍｏ：１
〜３がよい。フェライト＋オーステナイト鋼は重量％
で、Ｃ≦０.１５，Ｓｉ≦１.０，Ｍｎ≦２.０，Ｃｒ：
１５〜２５，Ｎｉ：４〜１２ 、残部がＦｅのものが挙
げられる。Ｃ量はいずれも０.００１〜０.０２％が好ま
しい。
量％で、Ｃ≦０.１５,Ｓｉ≦１.０,Ｍｎ≦２.０，Ｃ
ｒ：１５〜２５，Ｎｉ：８〜３０ 、残部がＦｅのもの
が挙げられ、特にＣ＜０.０８，Ｓｉ≦1.0，Ｍｎ≦２.
０，Ｃｒ：１６〜１８.５，Ｎｉ：９〜１５，Ｍｏ：１
〜３がよい。フェライト＋オーステナイト鋼は重量％
で、Ｃ≦０.１５，Ｓｉ≦１.０，Ｍｎ≦２.０，Ｃｒ：
１５〜２５，Ｎｉ：４〜１２ 、残部がＦｅのものが挙
げられる。Ｃ量はいずれも０.００１〜０.０２％が好ま
しい。
【００１８】本発明は、これらの鋼にＴｉ，Ｎｂ，Ａ
ｌ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａ，Ｗを各２％以下、Ｍｇ，希土類元
素を０.２％ 以下含有することができる。Ｎｉ基超合金
では、重量％で、Ｃ０〜０.１６％，Ｓｉ０〜０.５％，
Ｍｎ０〜１.４％,Ｃｒ５〜３０％，Ｃｏ０〜３０％，Ｍ
ｏ０〜１５％，Ｗ０〜１５％，Ｔｉ＋Ａｌ１〜１０％，
残部Ｎｉが好ましい。更に、これにＮｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ａ，Ｈｆを各５％以下、Ｍｇ希土類元素を０.２％ 以下
含むことができる。
ｌ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａ，Ｗを各２％以下、Ｍｇ，希土類元
素を０.２％ 以下含有することができる。Ｎｉ基超合金
では、重量％で、Ｃ０〜０.１６％，Ｓｉ０〜０.５％，
Ｍｎ０〜１.４％,Ｃｒ５〜３０％，Ｃｏ０〜３０％，Ｍ
ｏ０〜１５％，Ｗ０〜１５％，Ｔｉ＋Ａｌ１〜１０％，
残部Ｎｉが好ましい。更に、これにＮｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ａ，Ｈｆを各５％以下、Ｍｇ希土類元素を０.２％ 以下
含むことができる。
【００１９】本発明は、オーステナイト系，フェライト
系，オーステナイト＋フェライト系ステレンス鋼を溶融
し一方向から凝固させること、又は更にその後均質化熱
処理を施したオーステナイト相又はフェライト相が単結
晶である鋼によって構造用部品を製造することにより達
成される。この場合、該ステンレス鋼の場合、溶融は、
温度１５００〜１６５０℃，真空度３×１０-3Torr以下
または不活性ガス雰囲気で行い、さらに一方向からの凝
固は水冷チル上の鋳型加熱炉内にセットし、鋳型を１５
００〜１６５０℃に加熱後、上記ステンレス鋼の溶湯を
１５００〜１６５０℃で鋳型に鋳込んで数分保持した
後、鋳型を鋳型加熱炉から徐々に引き出す。この時の雰
囲気は真空度２×１０−３Ｔｏｒｒ以下または不活性ガ
ス中を採用し、凝固速度を１〜５０cm／ｈで行う。その
後の均質化処理は１２００〜１３５０℃で１回以上、例
えば１３００℃で５ｈ保持し続いて１１００℃で１ｈア
ルゴンガス雰囲気で保持した後水焼入れする方法によっ
て行われる。鋳造後、鋳物本体からバイパス部分は切断
される。
系，オーステナイト＋フェライト系ステレンス鋼を溶融
し一方向から凝固させること、又は更にその後均質化熱
処理を施したオーステナイト相又はフェライト相が単結
晶である鋼によって構造用部品を製造することにより達
成される。この場合、該ステンレス鋼の場合、溶融は、
温度１５００〜１６５０℃，真空度３×１０-3Torr以下
または不活性ガス雰囲気で行い、さらに一方向からの凝
固は水冷チル上の鋳型加熱炉内にセットし、鋳型を１５
００〜１６５０℃に加熱後、上記ステンレス鋼の溶湯を
１５００〜１６５０℃で鋳型に鋳込んで数分保持した
後、鋳型を鋳型加熱炉から徐々に引き出す。この時の雰
囲気は真空度２×１０−３Ｔｏｒｒ以下または不活性ガ
ス中を採用し、凝固速度を１〜５０cm／ｈで行う。その
後の均質化処理は１２００〜１３５０℃で１回以上、例
えば１３００℃で５ｈ保持し続いて１１００℃で１ｈア
ルゴンガス雰囲気で保持した後水焼入れする方法によっ
て行われる。鋳造後、鋳物本体からバイパス部分は切断
される。
【００２０】
〔実施例１〕図１は、表１に示す組成（重量％）の合金
からなるＭ４０の単結晶ボルトを示し、図２は本発明の
鋳型を用いて、前記ボルトの製造方法の概略を示したも
のである。
からなるＭ４０の単結晶ボルトを示し、図２は本発明の
鋳型を用いて、前記ボルトの製造方法の概略を示したも
のである。
【００２１】
【表１】
【００２２】図２において、最初、水冷銅チル１の上に
本発明に係る鋳型２を固定し、それを鋳型加熱ヒーター
３の中にセットし、メーン鋳型２を鋳造合金の融点以上
に加熱する。次に溶解した合金を鋳型２の中に鋳込み、
その後水冷銅チル１を下方に引き出し、一方向凝固させ
る。一方向凝固させると、最初メーン鋳型２下端のスタ
ータ４では多くの結晶が発生するが、３６０℃旋回させ
るセレクタ５を凝固が進行する過程で一つの結晶に絞ら
れ単結晶となる。更に拡大部６で大きな単結晶となり、
鋳物のボルトネジ部７及びボルト頭部８へと凝固が進行
する。鋳造条件は表２のとおりである。セレクタ５は屈
曲又はラセン状とすることにより得られるものである。
本発明に係る鋳型２を固定し、それを鋳型加熱ヒーター
３の中にセットし、メーン鋳型２を鋳造合金の融点以上
に加熱する。次に溶解した合金を鋳型２の中に鋳込み、
その後水冷銅チル１を下方に引き出し、一方向凝固させ
る。一方向凝固させると、最初メーン鋳型２下端のスタ
ータ４では多くの結晶が発生するが、３６０℃旋回させ
るセレクタ５を凝固が進行する過程で一つの結晶に絞ら
れ単結晶となる。更に拡大部６で大きな単結晶となり、
鋳物のボルトネジ部７及びボルト頭部８へと凝固が進行
する。鋳造条件は表２のとおりである。セレクタ５は屈
曲又はラセン状とすることにより得られるものである。
【００２３】
【表２】
【００２４】メーン鋳型２はネジ山を形成する部分を下
方とし、ボルト全体を垂直軸に対して１５°傾けた。そ
して、ボルト頭部８の一番下端部分とボルト下方２０mm
の位置とを内径４mmのバイパス鋳型９で接続した。
方とし、ボルト全体を垂直軸に対して１５°傾けた。そ
して、ボルト頭部８の一番下端部分とボルト下方２０mm
の位置とを内径４mmのバイパス鋳型９で接続した。
【００２５】鋳物本体を形成する鋳型の型部分と異なる
バイパス鋳型９の取り付け位置は、セレクタ法ではセレ
クタ５より上方、種付法では種結晶より上方でボルト頭
部の位置より下方であれば、どこでも良いが、単結晶鋳
造後、そのバイパス部分を除去する必要があるので、セ
レクタ５又は種結晶より上方で鋳物本体部すなわち、図
２で言えばボルトネジ部７より下方の拡大部６の位置が
望ましい。
バイパス鋳型９の取り付け位置は、セレクタ法ではセレ
クタ５より上方、種付法では種結晶より上方でボルト頭
部の位置より下方であれば、どこでも良いが、単結晶鋳
造後、そのバイパス部分を除去する必要があるので、セ
レクタ５又は種結晶より上方で鋳物本体部すなわち、図
２で言えばボルトネジ部７より下方の拡大部６の位置が
望ましい。
【００２６】従来の方法では、ボルト頭部８で形状が拡
大するときに別な結晶が発生し、ボルト形状の単結晶が
製造できなかったが、本発明の方法により、ボルト形状
の単結晶が容易に製造できた。
大するときに別な結晶が発生し、ボルト形状の単結晶が
製造できなかったが、本発明の方法により、ボルト形状
の単結晶が容易に製造できた。
【００２７】本実施例で得られるボルトは軽水炉の上部
格子板，炉心支持板に用いられるボルトとして用いられ
る。
格子板，炉心支持板に用いられるボルトとして用いられ
る。
【００２８】本実施例ではネジは機械加工で行った。加
工後焼鈍を行うのが良い。
工後焼鈍を行うのが良い。
【００２９】〔実施例２〕実施例１と同じ一方向凝固法
で、図３に示す軽水炉々心支持板に用いられるアイボル
トを鋳造した。鋳造条件及び合金組成は実施例１の表１
及び表２と同じである。
で、図３に示す軽水炉々心支持板に用いられるアイボル
トを鋳造した。鋳造条件及び合金組成は実施例１の表１
及び表２と同じである。
【００３０】アイボルトの拡大部１０とセレクタ５から
アイボルト本体１１への拡大部６との間にバイパス鋳型
９を９０°間隔で４本設けた。バイパスの形状は直径３
mmの線状である。
アイボルト本体１１への拡大部６との間にバイパス鋳型
９を９０°間隔で４本設けた。バイパスの形状は直径３
mmの線状である。
【００３１】本発明の方法により、アイボルト拡大部１
０で多結晶化することなく単結晶が得られた。
０で多結晶化することなく単結晶が得られた。
【００３２】バイパス鋳型９の数は、２本以上が好まし
いが、通常は四方から凝固させるために４本程度が良
い。また１本でも良いが、この場合には実施例１で示し
たように、本体をバイパス鋳型がある方にやや傾ける。
アイボルト拡大部１０の一番下方に接続する必要があ
る。
いが、通常は四方から凝固させるために４本程度が良
い。また１本でも良いが、この場合には実施例１で示し
たように、本体をバイパス鋳型がある方にやや傾ける。
アイボルト拡大部１０の一番下方に接続する必要があ
る。
【００３３】〔実施例３〕Ｎｉ基合金として、重量で
６.５％Ｃｒ−４.３％Ｍｏ−７.３％Ｗ−５.１％Ａｌ−
７.３％Ｔａ 残部Ｎｉを用いて、厚さ１０mmのＴ字型の
平面物品を鋳造した。従来は、横方向に張り出した部分
で単結晶成長しなかったため、図４に示した如く拡大部
１２にテーパ角１３を設け、単結晶成長後機械加工する
必要があった。図５は凝固速度を１０cm／ｈとしたとき
のテーパ角θと単結晶成長する張出し部の距離との関係
を示すが、テーパ角θが約１０°以内で、横方向への張
出し距離が１cm以上では、単結晶成長させることができ
なかった。このようなＴ字型鋳物１４を図６に示すメー
ン鋳型２を用いて表２と同条件で一方向凝固を行うこと
により、テーパ角を付けることなく、単結晶成長させる
ことができた。このような具体的な製品として図７に示
すジェットエンジン用ブレードがあり、翼部１５側より
一方向に凝固させるとともにプラットフォーム１６に対
してバイパス鋳型を設けプラットフォーム１６の翼部側
と外側とから同時に凝固させ、次いでシャンク１７及び
ダブティル１８へと凝固させることによって単結晶ブレ
ードが製造できる。
６.５％Ｃｒ−４.３％Ｍｏ−７.３％Ｗ−５.１％Ａｌ−
７.３％Ｔａ 残部Ｎｉを用いて、厚さ１０mmのＴ字型の
平面物品を鋳造した。従来は、横方向に張り出した部分
で単結晶成長しなかったため、図４に示した如く拡大部
１２にテーパ角１３を設け、単結晶成長後機械加工する
必要があった。図５は凝固速度を１０cm／ｈとしたとき
のテーパ角θと単結晶成長する張出し部の距離との関係
を示すが、テーパ角θが約１０°以内で、横方向への張
出し距離が１cm以上では、単結晶成長させることができ
なかった。このようなＴ字型鋳物１４を図６に示すメー
ン鋳型２を用いて表２と同条件で一方向凝固を行うこと
により、テーパ角を付けることなく、単結晶成長させる
ことができた。このような具体的な製品として図７に示
すジェットエンジン用ブレードがあり、翼部１５側より
一方向に凝固させるとともにプラットフォーム１６に対
してバイパス鋳型を設けプラットフォーム１６の翼部側
と外側とから同時に凝固させ、次いでシャンク１７及び
ダブティル１８へと凝固させることによって単結晶ブレ
ードが製造できる。
【００３４】〔実施例４〕重量で、Ｃ０.０８％以下，
Ｃｒ１４〜２０％，Ｆｅ１０％以下，Ａｌ０.４〜１.０
％，Ｔｉ２〜３％，Ｎｂ０.５〜１.５％ 、残部Ｎｉよ
りなる合金組成を有するものの一例として、Ｃ０.０２
％，Ｃｒ１５.６％，Ｆｅ８.０％，Ｔｉ２.５％，Ａｌ
０.８％，Ｎｂ１.０％，Ｃｕ０.３％ 、残部Ｎｉよりな
る実施例１に示す方法により原子炉炉心に使用されるボ
ルトを製造した。鋳造のままの組織は大きな共晶γ′相
が形成されているが、これを１２００〜１３５０℃×２
〜１０ｈで溶体化処理し、単結晶のγ相とし、次いで６
５０〜７５０℃で時効処理することにより微細なγ′相
を析出させ強化した。本実施例によるものは耐応力腐食
割れ性に優れ、０.２％ 耐力７０kg／mm2 以上、伸び率
２０％以上有するすぐれたものであった。
Ｃｒ１４〜２０％，Ｆｅ１０％以下，Ａｌ０.４〜１.０
％，Ｔｉ２〜３％，Ｎｂ０.５〜１.５％ 、残部Ｎｉよ
りなる合金組成を有するものの一例として、Ｃ０.０２
％，Ｃｒ１５.６％，Ｆｅ８.０％，Ｔｉ２.５％，Ａｌ
０.８％，Ｎｂ１.０％，Ｃｕ０.３％ 、残部Ｎｉよりな
る実施例１に示す方法により原子炉炉心に使用されるボ
ルトを製造した。鋳造のままの組織は大きな共晶γ′相
が形成されているが、これを１２００〜１３５０℃×２
〜１０ｈで溶体化処理し、単結晶のγ相とし、次いで６
５０〜７５０℃で時効処理することにより微細なγ′相
を析出させ強化した。本実施例によるものは耐応力腐食
割れ性に優れ、０.２％ 耐力７０kg／mm2 以上、伸び率
２０％以上有するすぐれたものであった。
【００３５】本実施例においてはネジは機械加工によっ
て形成させたが、鋳造によって得ることが表面に残留応
力を形成させない点で好ましい。加工後は焼鈍を行うの
がよい。
て形成させたが、鋳造によって得ることが表面に残留応
力を形成させない点で好ましい。加工後は焼鈍を行うの
がよい。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、凝固進行方向に対して
横方向への張り出し部の結晶方位を、鋳物本体の結晶方
位と同じにすることができるので、大型の単結晶金属物
品を効率よく得ることができる。
横方向への張り出し部の結晶方位を、鋳物本体の結晶方
位と同じにすることができるので、大型の単結晶金属物
品を効率よく得ることができる。
【００３７】また、本発明に係る単結晶金属物品は高強
度ボルト等に用いることができ、強度が向上している。
度ボルト等に用いることができ、強度が向上している。
【００３８】また本発明に係る金属物品は本実施例の製
造方法によって、従来の鋳造法では製造できなかった複
雑形状な部材の単結晶化が容易に得られる。その場合、
鋳造材料は、鉄，コバルト，ステンレス，アルミニウ
ム，銅など溶解可能な材料であれば全て適用できる。
造方法によって、従来の鋳造法では製造できなかった複
雑形状な部材の単結晶化が容易に得られる。その場合、
鋳造材料は、鉄，コバルト，ステンレス，アルミニウ
ム，銅など溶解可能な材料であれば全て適用できる。
【図１】本発明に係る単結晶ボルトの平面図。
【図２】図１のボルトの製造方法を示す鋳型の断面図。
【図３】実施例で製造したアイボルトのバイパスを付け
た説明図。
た説明図。
【図４】Ｔ字型金属物品の正面図。
【図５】テーパ面と張り出し距離と結晶組織との関係を
示す図。
示す図。
【図６】Ｔ字型金属物品を鋳造する方法を示す鋳型の縦
断面図。
断面図。
【図７】ジェットエンジン用ブレードの斜視図。
２…メーン鋳型、８…ボルト頭部、９…バイパス鋳型、
１０…アイボルト拡大部。
１０…アイボルト拡大部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｐ 38/00 ３０２ 38/00 ３０２Ａ Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ１６Ｂ 35/00 Ｆ１６Ｂ 35/00 Ｎ // Ｃ２２Ｃ 33/04 Ｃ２２Ｃ 33/04 Ｎ (72)発明者 斉藤 年旦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 加藤 隆彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 B22C 9/22 B22D 27/04 C22C 1/00 - 38/00 F01D 5/28 F16B 35/00
Claims (6)
- 【請求項１】凝固方向に対して垂直な断面における断面
積が異なる金属物品において、該金属物品の少なくとも
マトリックス組織が単結晶であり、前記大きい断面積を
有する部分がそれより小さい断面積の部分より後に凝固
していることを特徴とする単結晶金属物品。 - 【請求項２】請求項１において、前記大きい断面積を有
する部分の突出したテーパ角が１０度以下であり、該突
出距離が１cm以上である単結晶金属物品。 - 【請求項３】請求項１において、金属物品はＮｉを主成
分とするＮｉ基合金であり、γ相が単結晶である単結晶
金属物品。 - 【請求項４】請求項１において、金属物品はフェライト
又はオーステナイト鋼であり、基地のフェライト又はオ
ーステナイト相が単結晶である単結晶金属物品。 - 【請求項５】螺子部と凝固方向に対して垂直な断面にお
ける断面積が前記螺子部より大きい頭部を有するボルト
において、該ボルトはＮｉ基合金又はオーステナイト鋼
よりなり、前記螺子部より頭部に向って一方向に凝固し
ており、γ相が単結晶であることを特徴とする高強度ボ
ルト。 - 【請求項６】ディスクへの固定部となるダブティル部
と、このダブティル部に連なるシャンク部と、該シャン
ク部に連なる翼部とを備えたジェットエンジン用ブレー
ドにおいて、該ジェットエンジン用ブレードはＮｉを主
成分としγ相を有するＮｉ基合金からなり、前記γ相が
単結晶組織であり、前記翼部先端より前記ダブティル部
に向って一方向凝固していることを特徴とするジェット
エンジン用ブレード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10492096A JP2820114B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 単結晶金属物品及びその用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10492096A JP2820114B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 単結晶金属物品及びその用途 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2092227A Division JP2581824B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 金属物品の製造法及びそれに用いる一方向凝固鋳型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08295599A JPH08295599A (ja) | 1996-11-12 |
| JP2820114B2 true JP2820114B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=14393549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10492096A Expired - Fee Related JP2820114B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 単結晶金属物品及びその用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820114B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109351951B (zh) * | 2018-11-29 | 2020-12-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法 |
-
1996
- 1996-04-25 JP JP10492096A patent/JP2820114B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08295599A (ja) | 1996-11-12 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |