涡轮动叶片的制造方法技术

本发明专利技术提供涡轮动叶片的制造方法，是使用了Ni基锻造合金的涡轮动叶片的制造方法，其加工性优异，冷却结构的设计自由度高。本发明专利技术涉及的涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，是使用了Ni基锻造合金的涡轮动叶片的制造方法，其具有下述工序：使上述Ni基锻造合金的与母相的γ相不共格的γ’相增加的软化工序(S1)；使用上述软化工序后的Ni基锻造合金来形成构成动叶片的至少2个构件的第1加工工序(S21)；对上述构件分别形成冷却结构构成部的第2加工工序(S22)；以及将上述构件接合的第3加工工序(S23)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮动叶片的制造方法
本专利技术涉及涡轮动叶片的制造方法。
技术介绍
面对低碳社会的实现，要求火力发电工厂的高效率化。由于燃气涡轮负荷追随性高，因此对于作为不稳定的电力供给源的可再生能是有效的。此外，通过利用高的排气温度并与蒸汽涡轮组合从而能够高效率化的组合循环被实用化，预料到进一步的需要。对于作为燃气涡轮的构成要素之一的动叶片，通过叶片长度的扩大等增加环体面积而能够高效率化。然而，通过扩大叶片长度而离心应力增加，因此特别是在后段动叶片的根部，以往的Ni基精铸叶片的抗拉强度不足。近年来，开发出具有与Ni基精铸材同等的蠕变耐用温度和1.5倍以上的抗拉强度的高强度Ni基锻造材，在欧州面向航空机进行实用化。高强度Ni基锻造材由于高温强度高，加工性低，因此限定于小型制品的制造，但通过使用下述专利文献1的技术，加工性被飞跃地改善。由此，高强度Ni基锻造合金能够适用燃气涡轮动叶片，期待叶片长度扩大。进一步针对高效率化，燃烧温度的提高是有效的。与此相伴，由于动叶片的耐用温度也变高，因此需要赋予冷却功能。一般而言，采用了通过在叶片内部形成中空结构并流通冷却介质，从而从内部进行冷却的冷却方法。为了提高冷却效率，采用具有180度弯曲部的蜿蜒冷却流路、赋予凸缘结构等。对于精铸叶片，通过在铸模内部设置了模仿冷却流路的型芯的状态下浇铸，在凝固后除去型芯从而形成复杂的冷却流路。然而，在锻造叶片的情况下，由于需要在成型为叶片形状后形成冷却流路，因此单纯的机械加工、放电加工仅仅形成从叶片根部向着顶部沿单方向贯通那样的结构。因此，设计的自由度低，不能实现高的冷却效率。专利文献1中，关于作为析出强化相的γ’相析出36～60体积％的高强度Ni基锻造合金，通过在加工时增加不有助于强化的不共格γ’相的比例而使加工性提高。专利文献2中，公开了下述Ni基超耐热合金的制造方法，其包含下述工序：准备以质量％计，具有C：0.001～0.05％，Al：1.0～4.0％，Ti：4.5～7.0％，Cr：12～18％，Co：14～27％，Mo：1.5～4.5％，W：0.5～2.5％，B：0.001～0.05％，Zr：0.001～0.1％，残部由Ni和杂质构成的组成的待热加工材的工序；将上述待热加工材在1130～1200℃的温度范围保持至少2小时而加热的工序；将在上述加热工序中加热了的待热加工材以0.03℃/秒以下的冷却速度冷却直到热加工温度以下的工序；以及在上述冷却工序后，对待热加工材进行热加工的工序。根据该方法，可以改善热加工性。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/008343号专利文献2：日本专利第5652730号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题专利文献1中作为实施例对涡轮动叶片也进行了记载，但并未提供具体的动叶片的制造方法。此外，专利文献2涉及使高强度Ni基锻造合金的加工性提高的方法，但特别记载了在某种限定组成的合金中使热锻性提高而制作中小型坯(billet)，与专利文献1同样并未提供涡轮动叶片的制造方法。本专利技术鉴于上述情况，提供涡轮动叶片的制造方法，是使用了Ni基锻造合金的涡轮动叶片的制造方法，其加工性优异，冷却结构的设计自由度高。用于解决课题的方法为了解决上述课题，本专利技术提供涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，是使用了Ni基锻造合金的涡轮动叶片的制造方法，其具有下述工序：使上述Ni基锻造合金的与母相的γ相不共格的γ’相增加的软化工序；使用上述软化工序后的Ni基锻造合金来形成构成动叶片的至少2个构件的第1加工工序；对上述构件分别形成冷却结构构成部的第2加工工序；以及将上述构件接合的第3加工工序。专利技术的效果根据本专利技术，可以提供涡轮动叶片的制造方法，是使用了Ni基锻造合金的涡轮动叶片的制造方法，其加工性优异，冷却结构的设计自由度高。附图说明图1是示意性示出本专利技术涉及的涡轮动叶片的制造方法的一个工序的截面图。图2是显示本专利技术涉及的涡轮动叶片的制造方法的流程图。图3是示意性示出软化工序中的温度分布图和材料组织的图。图4是说明图2的S21～S23的流程图。具体实施方式以下，对本专利技术涉及的实施方式详细说明。然而，本专利技术不限定于这里提出的实施方式，在不变更主旨的范围内能够进行适当组合、改良。[本专利技术的基本思想]图1是示意性示出本专利技术涉及的涡轮动叶片的制造方法的一个工序的截面图。本专利技术人等对能够达成上述目的的涡轮动叶片(以下，也称为“Ni基锻造叶片”)的制造方法进行了深入研究。其结果发现，根据以下制造工序，能够在叶片内部形成复杂的冷却结构。即，使与γ相4不共格的γ’相5的量增加而使Ni基锻造材的加工性提高，并且形成构成涡轮动叶片的至少2个构件(图1中，构件1和2)。而且，在各个构件中形成成为冷却流体6的冷却通路(冷却结构)的冷却结构构成部后，将各个构件接合。根据上述制造方法，即使是在1050℃以上含有10摩尔％以上40摩尔％以下的γ’相的、具有高的高温强度的Ni基锻造合金，也不产生加工裂纹，能够在锻造叶片内部形成复杂的冷却结构。本专利技术基于该认识。图2是显示本专利技术涉及的涡轮动叶片的制造方法的流程图。如上所述，在本专利技术涉及的Ni基锻造叶片的制造方法中，具有下述工序：使作为原材料的Ni基锻造材(Ni基锻造合金)软化的软化工序(S1)；由软化后的原材料(软化材)制造构成Ni基锻造叶片的至少2个构件的第1加工工序(S21)；在第1加工工序后将冷却流路的前体(冷却结构构成部)形成于上述构件中的第2加工工序(S22)；在第2加工工序后将第1构件和第2构件接合，使其一体化而制成作为制品的涡轮动叶片(以下，也称为“动叶片”和“Ni基锻造叶片”)的第3加工工序(S23)。本专利技术以上述S1、S21、S22和S23作为必需工序。在S23之后可以具有用于将软化状态的动叶片高强度化的固溶-时效处理工序(S3)。以下，使用附图对各工序进行详细说明。(S1：软化工序)图3是示意性示出S1中的温度分布图和材料组织的图。如图3所示，S1具有热锻工序和冷却工序。首先，对热锻工序进行说明。热锻工序中，通过将Ni基锻造材在γ’相消失的温度(γ’相的固溶温度Ts)以下、并且γ相的再结晶迅速进行的温度以上的温度进行热锻，从而在γ相的晶界上使与γ相不共格的γ’相析出。另外，在本专利技术中所谓“γ相的晶界上”，是指“相邻的γ晶粒的边界”。以下，示出热锻温度的根据。关于作为Ni基合金的主要强化机构的γ’相析出强化，γ/γ’相共格界面是有贡献的，通过将γ/γ’相界面不共格化而强化能力消失。热锻工序中，为了使不共格γ’相析出，要在γ’相的固溶温度以下、并且γ相的再结晶迅速进行的温度以上的温度进行热锻。在本专利技术中使用的原材料的γ’相的固溶温度最优选为1050℃以上。即使γ’相的固溶温度为1000～1050℃，也可获得本专利技术的效果，但在1000℃以下不共格γ’相不易析出，在950℃以下不能使不共格γ’相析出，因此不能获得本专利技术的效果。进一步，如果γ’相的固溶温度接近于Ni基合金原材料的熔点，则因为部分熔融等而在加工中产生裂纹，因此γ’相的固溶温度优选为小于1250℃。热锻温度如上所述需要为γ相的再结晶迅速进行的温度以上。更具体而言，优选为1000℃以上，更优选为1050℃以上。如果热锻温度小于950℃，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，是使用了Ni基锻造合金的涡轮动叶片的制造方法，其具有下述工序：使所述Ni基锻造合金的与母相的γ相不共格的γ’相增加的软化工序，使用所述软化工序后的Ni基锻造合金来形成构成动叶片的至少2个构件的第1加工工序，对所述构件分别形成冷却结构构成部的第2加工工序，以及将所述构件接合的第3加工工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，是使用了Ni基锻造合金的涡轮动叶片的制造方法，其具有下述工序：使所述Ni基锻造合金的与母相的γ相不共格的γ’相增加的软化工序，使用所述软化工序后的Ni基锻造合金来形成构成动叶片的至少2个构件的第1加工工序，对所述构件分别形成冷却结构构成部的第2加工工序，以及将所述构件接合的第3加工工序。2.根据权利要求1所述的涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，在所述第3加工工序中，通过摩擦搅拌接合而将所述构件接合。3.根据权利要求1或2所述的涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，所述软化工序具有下述工序：在γ相的固溶温度以下、并且γ相的再结晶迅速进行的温度以上的温度进行热锻而使不共格γ’相析出的热锻工序，以及从所述热锻的温度以上的温度缓慢冷却而使不共格γ’相增加的冷却工序。4.根据权利要求3所述的涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，所述热锻的温度为1050℃以上且小于1250℃，所述冷却工序中的冷却速度为10℃/h以上50℃/h以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，在所述第1加工工序中，通过切削加工而形成所述构件之中的至少1个。6.根据权利要求1～5中任一项所述的涡轮动叶片的制造方法，其特征在于，在所述第1加工工序中，通过热锻而形成所述构件之中的至少1个。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田敦夫，今野晋也，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP