JPH01127652A - チタン合金翼の製作方法 - 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、チタン合金製の製作方法に関するもので、と
くに、チタン合金製の製作中に生ずる変形をクリープ変
形させて矯正する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、蒸気タービン用のタービン翼は、主に１２Ｃｒ系
の材料であり、この材料の場合でも切削加工時の応力や
蒸気中の水分による翼の蒸気入口側の二ローション防止
のためにステライト板を溶接する際の熱応力により翼に
変形が生じ、その変形を矯正するための処置が施されて
いるが、１２Ｃｒ系材料の場合には、変形を戻す方向に
単に曲げや捩りを加えることにより、矯正が可能であっ
た。

一方、チタン合金製の場合は、前記１２Ｃｒ系材料のよ
うな曲げや捩りによる矯正では、翼が割れてしまうので
、不可能とされていた。

そこで、チタン合金製の最近の変形矯正方法については
、精密鍛造メーカーなどで実施されているが、その方法
は、翼を５００℃〜６００’Ｃに加熱し、同温度に加熱
した金型を用い、プレスで圧力を加えて保持する方法で
ある。しかし、チタン合金は、変形を与えても１時間の
経過で元に戻るというスプリングバックの性質が強く、
金型も正規の寸法よりスプリングバック分を考慮して多
めに曲げる方法をとっている。

特公昭６０−３９７４４号公報にはチタン合金を矯正治
具に固定し、時効熱処理することにより矯正と時効とを
同時に行う方法が示されている。しかし、この方法でも
、スプリングバックが大きく、所定形状への矯正ができ
ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

チタン合金翼のとくに、α＋β系の合金では、結晶構造
が稠密六方晶であることやヤング率が鋼の半分であるこ
とや伸びが小さいなど、通常では塑性変形しにくい材料
であるため、前記従来の技術の中で述べた１２Ｃｒ鋼の
場合のように室温で曲げや捩りを与えて矯正する方法で
は、矯正途中で突然破断または亀裂が入ってしまうとい
う問題点があった。また蒸気中に含まれる水滴によるエ
ロージョンを防止するためにチタン合金翼の蒸気入口側
にβ系チタン合金をエロージヨンシールド材として溶接
した場合など、α＋β型とβ型チタン合金でスプリング
バック量が異なる等、前述のように５００℃〜６００℃
に加熱し、スプリングバック量を見込んで正規寸法より
過剰に曲げもしくは捩りを加えることにより変形を矯正
することは、非常にむずかしい。またチタン合金の性質
上、加熱することにより、曲げや捩りを室温よりは加え
やすくなるために、−時的に変形を矯正することができ
るが、そのままでは、時間の経過とともに、変形を矯正
する前の状態に戻ってしまい、しかも、α＋β型とβ型
チタン合金の溶接部は、それぞれの戻り量に違いがでる
ため、欠陥や残留応力となってタービン翼として不適当
なものとなるという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
ある。すなわち、本発明は、α＋β型のチタン合金翼に
エロージヨンシールド材としてβ型チタン合金例えばＴ
ｉ−１５％Ｍ　ｏ　−５％Ｚｒ’。

Ｔｉ−１５％ＭＯ−５％Ｚｒ−３％ＡＱを溶接したチタ
ン合金翼においても、その溶接時の変形を、翼本体、エ
ロージヨンシールド材、溶接部などに、欠陥を生じさせ
ることなく、適正な変形の矯正方法を提供することを目
的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記のチタン合金製タービン翼にエロージョンシールド
材を溶接する工程で発生した変形は、シールド材の時効
温度より低い温度、特に１５０℃〜３５０℃の温度で一
次矯正を行ないほぼもとの溶接前の形状にした後、所定
の翼プロファイル形状を有する治具に強制拘束し、所定
のプロファイルに固定した状態で、シールド材の時効温
度、特に４５０℃〜５５０℃で時効処理と同時に二次矯
正を行うことにより所定のプロファイルに修正すること
ができる。また二次矯正中には、β型チタン合金のエロ
ージヨンシールド材の時効作用もあり、水滴によるエロ
ージョン防止のために必要な十分に高い硬さを有するエ
ロージヨンシールド部が得られる。

〔作用〕

チタン合金は高温状態で荷重を加えると永久変形する性
質を有するから、チタン合金翼を高温で矯正するととも
に、治具で強制拘束して熱処理を行なうことにより、欠
陥の生じない適正に矯正されたチタン合金翼が得られる
。

すなわち、チタン合金は通常の鋼よりかなり低い温度で
クリープ変形を生ずる。第４図はＴｉ−６ＡＱ−４Ｖの
チタン合金のクリープ変形の特性を示す図であり、負荷
応力＝耐力×０．７　の荷重をかけた場合の時間に対す
るクリープ変形量の関係を示したものである。常温では
、１００時間でも変形量が０．０１　以下であるが、４
００　’Ｃ〜５００℃の場合は１０時間で５％に達して
いる。

また第５図は前記チタン合金の負荷除去後１００時間経
過したときの作用応力とスプリングバック量の関係を示
す。つまり、常温で負荷をかけただけのものは、５０％
以上元の状態に戻ってしまうが、熱間（１５０℃〜３５
０℃）で負荷を加え、変形を矯正し、治具に締付けて熱
処理（４５０℃〜５５０℃で１〜１５時間保持）したも
のについては、スプリングバック量が１０％以下まで下
がった。しかし、熱間でも負荷の量が少ない、すなわち
、変形の矯正が不充分だと、スプリングバック量も多く
なっている。この理由は、第６図に示すように、チタン
合金の変形の場合、変形領域の中に塑性変形域と弾性変
形域があり、負荷を加え続けると、時間とともに塑性変
形域が広がって永久変形となり、弾性変形域として残っ
た部分はスプリングバックして元に戻るわけである。つ
まり、第７図に示すように、時間とともに増える塑性変
形域は、同じであるから、初期において、−次矯正を行
ない、塑性変形域を増やしておけば、最終的に残る弾性
変形域は少なくなり、その分だけ、スプリングバック量
は少なくなる。また−次矯正に一次矯正の温度は、１５
０℃より低い温度で行うと、材料の変形抵抗が大きく、
かつ延性が小さいために、β型合金のエロージヨンシー
ルド材にき裂がはいり易い。また３５０℃より高い温度
では、β型合金のエロージョンシールド材にＷ相が析出
し延性が低くなるために、次に二次矯正の負荷途中でエ
ロージョンシールド材にき裂が入り易い。したがって、
−次矯正は１５０〜３５０℃の温度範囲で行なうのが好
ましい。特に、２００℃〜３００℃で行なうのが好まし
い。

（実施例〕 第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示してい
る。この装置は、チタン合金翼１の翼植込み部を押える
押え金具２と、全体を支えるベース３と、翼プロファイ
ル部を固定する所定のプロファイルを形成するプロフィ
ル固定治具４とから構成された変形矯正治具である。

β系のチタン合金として、重量でＴｉ−１５％Ｍ　ｏ　
−５％Ｚｒ−３％ＡＱをエロージョンシールド材１ａと
して溶接されたα＋β系チタン合金翼１（重量ｔ’Ｔｉ
−６％ＡＱ−４％Ｖ合金）は溶接時に発生した熱応力に
より変形する。チタン合金翼は、７００〜７３０℃で固
溶化処理した後、第３図に示す変形矯正フローチャート
のように、その先端のリーデング部にエロージヨンシー
ルド材を電子ビーム又はＴＩＧ溶接した後、まず、２０
０℃〜３００’Ｃの熱間で溶接による変形を一次矯正し
、その後に、第１図の変形矯正治具に翼植込み部および
プロフィル固定治具４に締付は所定のプロファイルにな
るまでゲージにて測定しながら矯正され、固定される。

その状態でチタン合金の酸化防止のため、アルゴンガス
雰囲気中において、５００″Ｃに加熱してシールド材の
時効処理をかねて１０時間保持した。その結果、翼は所
定のプロファイルとなりスプリングバックもほとんど生
せず、変形が矯正された。

この実施例によれば、エロージヨンシールド材１ａの時
効処理および残留応力の除去の効果も同時に達成される
。

〔発明の効果〕

本発明は、チタン合金翼の製作中に生ずる変形を矯正す
る方法において、その翼を治具で強制拘束して熱処理を
行なう方法であるから、チタン合金翼の製作途中で発生
した変形を無欠陥で矯正することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示した正
面図、第２図は第１図の切断線Ａ−Ａに沿う断面図、第
３図は本発明の方法の変形矯正工程の一例の説明図、第
４図はチタン合金のクリープ変形量の説明図、第５図は
同じくスプリングバック量の説明図、第６図は同じく変
形領域の推移の説明図、第７図は同じく変形領域の推移
のもう１つの説明図である。 率１図 も２図 第３図 亭４−図 案Ｓ図 、ｊ’、１’１ｍ出艮力／酊力 阜６図 鳥］図 ＰＰｒ貨

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、チタン合金製タービン翼先端にβ型チタン合金製エ
   ロージヨンシールド材を溶接する工程、該溶接によつて
   生じた変形を、前記エロージヨンシールド材の時効温度
   より低い温度で一次矯正を行なつた後、所定の翼プロフ
   ァイル形状を有する治具に強制拘束し前記所定プロファ
   イル形状にした状態でエロージヨンシールド材の時効処
   理と同時に前記プロファイル形状に矯正することを特徴
   とするチタン合金翼の製作方法。