JPH01127639A - ターボ装置ブレード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はターボ装置ブレード、特に低密度ニッケル超合
金よりなるターボ装置ブレードに関する。

本発明は、現在入手しうる最高の性能の超合金に比較し
て、低密度でかつ、この超合金よりも、すぐれた耐クリ
ープ性を有する合金より作られたターボ装置ブレードを
提供するものである。耐クリープ性とは、加熱した時の
、単位密度当たりのクリープに対する抵抗を言う。

〔従来の技術〕

現在得られる最高の超合金は、Ｐ　Ｗ　Ａ　（ＤＳ２０
０＋ＨＦ）である、その密度は、８．５５ｇ／ａｊであ
る。この合金は、粒子の境界線に平行な方向への力に対
し、強い抵抗を与える直接的な凝固により得られた柱状
粒子よりなっている。

直接的な凝固により、単結晶よりなるブレードを作る好
適な組成物を作るために、数多くの試みがなされた。

現在ある最上の合金の一つは、Ｐ　Ｗ　Ａ　１４８０、
即ち合金４５４であり、その密度は８．７ｇ／−である
。

上記の柱状粒子合金（Ｐ　Ｗ　Ａ　１４８０）に比較し
て、本発明による合金の耐クリープ性は、温度範囲にお
いて、２０℃から５０℃の改良を与える。

単結晶凝固を施した後に、部材を作る合金ＰＷＡの組成
及び析出熱処理の性質は、同一出願人によるフランス国
特許第２，５０３，１８８号明細書に開示されている。

この明細書には、γ″相が、　ｓ、ｏｏｏ人の平均粒子
の大きさで析出することが記載されている。

このフランス国特許は、特開昭５７−１７９１００号（
特願昭５７−５５９４９号）公報に記載の発明に対応す
るものである。

この発明には、 ５．４％乃至６．２％のアルミニウムと、４％乃至７％
のコバルトと、 ６％乃至９％のクロムと。

２．５％以下のモリブテンと。

５．５％乃至８％のタンタルと、 ０乃至１％のチタンと。

７％乃至９％のタングステンと、 残余量のニッケルとを。

それぞれ重量％をもって含む単結晶スーパーアロイから
作られた部材のクリープ強度を増すための方法であって
、前記部材を、そのＮｉ、　Ａｌタイプのγ′相を全て
溶解する温度にまで加熱し、次いで、ｔｏｏｏ℃を越え
る温度をもって、γ′相をγ固溶体から析出させること
を特徴とする方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ターボ装置の可動ブレードを作るための合金に
とって、ターボ装置の可動ブレードの遠心方向の応力を
最小にするべく、合金の密度は出来る限り、小さくしな
くてはならないことを考慮にいれると、実際上、耐クリ
ープ性を選択することが、とても重要である。

密度が約１０％増加すると、ブレードを取り付けたディ
スクの寿命が約１７３に減少してしまう。

逆に、密度を減少させると、ブレードのディスクをより
軽くすることによって、ターボ装置の性能を改良するこ
とが出来る。

しかし、現在、公知の低クリープ単結晶超合金の密度は
、約８．６ｇ／−であった。

本発明の目的は、合金４５４として知られる合金よりも
すぐれた耐クリープ性を有する単結晶部材を構成し、か
つ密度が８．２５ｇ／ｃｊ以下であって、上記の公知の
合金に対し約５％の改良をなした合金より作られたター
ボ装置ブレードを提供することにある。

普通、加熱した時の耐クリープ性は、Ｔａ、　Ｗ及びＭ
Ｏ又はＲｅのような耐火部材を多量に添加した時に得ら
れる。

現在、工業的に使用されている最強の単結晶合金、即ち
合金４５４は、１２％のＴａと４％のＷを含んでいる。

また、合金Ｄ　Ｓ　２００１１ｆは、１２％のＷを含ん
でいる。

これらの耐火部材は、クリープ率を減少させ。

かつ寿命を伸ばすのに重要な役割がある。

高温でさえ、これらの部材は、非常に低い拡散率である
。そこで、γ′相、すなわち、加熱した時の耐クリープ
性の硬化相のＮｉ’　（Ａｌ、Ｔｉ・・・）の融合率を
緩慢にさせる。

これらの耐火部材は大変重量があるが、加熱した時に耐
クリープ性を増大させる。しかし、合金の密度を増大さ
せるという欠点がある。

アルミニウムのようなｉ置部材を多量に添加することに
よって、合金の密度を減少させることが出来るが、γ′
相を析出させてしまうので、好適な耐クリープ性を得る
ことが出来ない。

〔課題を解決するための手段〕

本出願人によるターボ装置用の超合金についての製造作
業によれば、耐火部材に関する合計８１について次のよ
うな関係に導く。

Ｓ、＝０．５Ｗ＋Ｔａ＋Ｎ。

ここで、文字は、対応する元素の重量％を示している。

また１次の総計８２は、硬化γ′相の形成において、析
出する元素に関係している。

Ｓ、　＝ＡＩ＋Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｖ ここで１文字は、対応する元素の原子数を示している。

本出願人は、合金に最適の性質を与えるために、低密度
と高耐クリープ性をと考慮して、Ｓ４とＳ２を適当な値
に定めた。

これらの条件は次の通りである。

Ｓユは、４重量％から９重量％であり、好ましくは５．
５％から９％である。

Ｓ２は、原子数で１４．９％から２０．６％で、１６．
５％から１８．５％の間であるのが好ましい。

Ｓ□は耐火性を与えるための成分であり、Ｓ２は硬化γ
′相を析出するためのものである。上記のような組成範
囲は、耐火性並びにγ′相の形成のために好適な値を示
している。

合計８２におけるバナジウムは熱処理範囲を広くする。

この熱処理範囲とは、溶融状態へのγ′相の端部と、合
金が溶融し始める点との間の温度ギャップのことを云う
。この熱処理範囲は、工業的な条件下における熱処理に
おいて有用である。

Ｃ，Ｂ及びＺｒが合金に含まれていると１合金の溶融温
度を低下させる。そのためγ′相及びγ／γ′共融混合
物が固溶体に変′化する温度と、合金の溶融温度との幅
、即ち熱処理範囲を小さくしてしまう。この理由で、Ｃ
，Ｂ及びＺｒが含まれていない方が有利である。

Ｓｌと８２が上記の条件に適うように、本発明によるタ
ーボ装置ブレードを作る合金は、次表に示された元素を
含んでいる。全ての単位は１重量％である。

Ｃｏ：５％から７％　　　　　Ｃｒ：５％から７％Ｍｏ
：０．５％から２．５％　　　Ｗ：３％から錦Ａ１：６
％から７．５％　　　　Ｔｉ：１．５％から２．２５％
Ｎｂ：０．５％以下　　　　　Ｔａ：２％から４ＬＥＶ
：０．３％から０．６％　　　Ｎｉ：１００％の残りこ
こで、Ｂ、Ｃ又はＺｒは自発的に加えない。

単結晶ブレードは、作られた後に熱処理を受け、γ′相
を溶融状態に置く。この処理法は、部材を、３０分から
４時間の間、その組成に応じ１２９０℃から１３２５℃
までの範囲の温度まで加熱する段階よりなるものである
。

次に、この部材を、空気中で冷却する。更に、１９８１
年４月３日に出願されたフランス国特許第２．５０３，
１８８号明細書に開示されたγ′相析出熱処理法を実施
する。

０６５μ腸の平均粒子の大きさを有するγ′粒子の規則
的分配が確保される。

これらの粒子は、＜１００＞型結晶軸に沿って、配置さ
れる。

〔実　施　例〕

本実施例の合金の組成は、次の通りである。

Ｃｏ：５％　　　　　Ｃｒニア％　　　阿ｏ：２．２５
％Ｗ：４％　　　　　Ａｌ：６％　　　Ｔｉ：２％Ｎｂ
：０．５％　　　　Ｔａ：３％　　　Ｖ：Ｏ，Ｓ％Ｎｉ
：１００％の残り この合金の密度は、８．２ｇ／ａｄである。γ′相の全
溶解温度は、約１２９０℃である。合金が溶融し始める
温度は、約１３１０℃である。熱処理範囲は２０℃であ
る。

本発明による他の実施例では、熱処理範囲は、いつも１
０℃以上であった。

第１図と第２図は、実施例の合金を加熱した時の耐クリ
ープ性を、従来技術で製造された最上の合金と比較した
グラフである。この従来技術による合金は、次の通りで
ある。

合金Ｅ＝ＰＷＡ１４８０又は合金４５４、及び 合金Ｆ＝ＰＷＡ１４２２又はＤ　Ｓ　２００Ｈｆ第１図
は、比応力、即ち１０００時間後に１％の伸びを得るの
に必要とされ、密度で割った応力を、３つの上記合金に
ついて、温度℃の関数として表したものである。第２図
には、１０００時間で、破壊に必要とされる比応力が示
されている。

これらの図において、Ｘ点２は、前記フランス国特許第
２５０３１８８号明細書に開示された熱処理を受けた後
における実施例の合金の試験片について得られた結果を
示している。

曲線Ｅは、合金４５４の試験片について得られた結果を
示し１曲線Ｆは、カラム粒合金ＤＳ２００十〇ｆの試験
片について得られた結果を示している。

使用中に発見された温度全範囲において、実施例の合金
は、従来技術の合金に比べ優れた性質を示している。

実施例の合金は、８．２０ｇ／ａｄのような非常な低密
度であるという利点がある。これに対し、合金Ｄ５２０
０＋Ｈｆの密度は、８．５５ｇ／ｃｄである。

表は、種々の温度と比応力における結果を、１％の伸び
と破壊に達するのに要する時間で示すことにより、前記
の従来の合金と、本発明による実施例を比較したもので
ある。

本発明による合金は、９５０℃の温度で、合金４５４と
同様な耐クリープ性を示し、ま層温においても、非常に
好適な耐クリープ性を示す。

さらに、小さな密度により、ブレードディスク部材の重
さを軽くしうる。そこで、軽量ではあるが、すぐれた性
能を備えたターボ装置を提供することを可能としたもの
である。

（以下余白）

【図面の簡単な説明】 第１図は、温度を横軸に、１０００時間後の１％の伸び
のための比応力を縦軸に取り、公知の合金と、本発明に
よる合金とを比較したグラフであり。 第２図は、温度を横軸に、１０００時間後の破壊のため
の比応力を縦軸に取り、公知の合金と、本発明による合
金とを比較したグラフである。 ♂ Σ ７００　　　　　改η　　　　　９０）１圓　　　　１
１００　　　　１九〇ｉ１ｉ　　　（’（１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｏ：５％から７％Ｃｒ：５％から１０％Ｍｏ：
   ０．５％から２．５％Ｗ：３％から５％Ａｌ：６％から
   ７．５％Ｔｉ：１．５％から２．２５％Ｎｂ：０．５％
   以下Ｔａ：２％から４％ Ｖ：０．３％から０．６％Ｎｉ：１００％の残りをそれ
   ぞれ重量％で含む低密度ニッケル超合金を、１０００℃
   以上の温度で数時間、γ′相が析出する迄、熱処理して
   作られたターボ装置ブレード。
2. （２）熱処理段階において、１２９０℃から１３２５℃
   までの温度で、γ′相を固溶体に変化させ、また１００
   ０℃以上の温度で、γ′相が析出する前に、空気により
   冷却することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に
   記載のターボ装置ブレード。