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JPH0255493B2 - - Google Patents
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JPH0255493B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0255493B2
JPH0255493B2 JP15827681A JP15827681A JPH0255493B2 JP H0255493 B2 JPH0255493 B2 JP H0255493B2 JP 15827681 A JP15827681 A JP 15827681A JP 15827681 A JP15827681 A JP 15827681A JP H0255493 B2 JPH0255493 B2 JP H0255493B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superalloy
plasma spray
cast
product
gas turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP15827681A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57152459A (en
Inventor
Robaato Jakuson Merubin
Rueru Raiaden Saado Jon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS57152459A publication Critical patent/JPS57152459A/en
Publication of JPH0255493B2 publication Critical patent/JPH0255493B2/ja
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は金属鋳造技術に関するもので、更に詳
しく言えば、低圧・高速プラズマ溶射鋳造法によ
つて製造された新規な製品に関する。かかる製品
は特異なミクロ組織を示し、そのため従来の方法
によつて製造された同じ合金組成物の製品の物理
的性質より優れた新規な組合せの物理的性質を有
している。このように優れた物理的性質(たとえ
ば高温強度、延性および耐熱疲労性)のために特
殊な用途に役立つ本発明の製品の実例としては、
ニツケル、コバルトまたは鉄を基材とする超合金
から成るガスタービンエンジン用の羽根および円
板が挙げられる。それ以外にも、ガスタービンエ
ンジン部品より低い温度条件下で動作するが特殊
な物理的性質を要求する点で問題のあるはずみ車
のごとき製品や幾何学的形状、材料の組成または
それら両方の理由から従来の方法では容易に製造
できない製品が挙げられる。 数十年前に重要な発電用および推進用の機械と
して各種形態のガスタービンが登場して以来、そ
れの動作および性能は利用し得る構造材料によつ
て制約されることが広く認められてきた。かかる
用途においては、比較的大きい引張強度、室温か
らガスタービンの燃焼室動作温度までの範囲内に
おける良好に延性、および良好な耐熱疲労性の組
合せが極めて望ましい。今日まで続けられてきた
広汎な研究開発努力の結果として、いわゆる「超
合金」が利用可能となつた。その中でも特に優れ
ているのはニツケル、コバルト、鉄およびクロム
を基材とする耐熱性の合金であつて、これらはた
とえばルネ80(公称組成C0.17%、Cr14%、Co9.5
%、Mo4.0%、W4.0%、Ti5.0%、Al3.0%、
B0.015%、Zr0.03%、Ni残余)、ルネ95(公称組
成C0.15%、Cr14%、Co8.0%、Mo3.5%、W3.5
%、Cb3.5%、Ti2.5%、Al3.5%、B0.01%、
Zr0.05%、Ni残余)、IN738(公称組成C0.17%、
Mn0.2%(上限)、Si0.3%(上限)、Cr16%、
Co8.5%、Mo1.75%、W2.6%、Cb0.9%、Ti3.4
%、Al3.4%、B0.01%、Zr0.10%、Fe0.5%(上
限)、Ta1.75%、Ni残余、ただしFe,Mn,S及
びSiについてはできるだけ少量に抑える)、
IN617(公称組成C0.1%、Mn0.5%、Si0.5%、
Cr22.0%、Ni52.0%、Co12.5%、Mo9.0%、
Ti0.3%、Al1.2%、Fe1.5%、Cu0.2%)、IN671
(公称組成C0.05%、Cr46.0%、Ni53.5%、Ti0.4
%)の商品名で市販されている。 特にガスタービン動作の低温領域における要求
強度の重要性に基づき、上記合金中の前四者は羽
根および円板製造のために使用されているのに対
し、IN671は主としてそれの耐環境性のゆえに使
用されている。このような用途の場合、IN671は
鍛錬薄板として使用されるのが通例であるが、保
護すべき部品上にプラズマ溶射被膜として直接に
設置することも提唱されている。しかるに、他の
4種の合金を羽根やその他のガスタービン高温域
用部品として使用するためには、それらを融解し
てから所定の形状および寸法に鋳造したり、ある
いは鋳造品や焼結品を機械的に変形させたりする
のが普通である。とは言つても、加工方法にかか
わりなく、これらの合金から成る部品には防食対
策が必要となることがある。現在では、多くの場
合、ある種のMCrAlY合金から成る溶射被膜が
使用されている。 上記の通り、ガスタービンエンジンの特殊な要
求条件に答えて材料の開発はかなりの進歩を見せ
たが、それでも重要な材料性能にまだ欠ける所が
ある。ところで、これまでのところ、ガスタービ
ン高温域用部品の製造に使用される超合金は上記
のごとき各種の物理的性質、動作条件および製造
操作を考慮に入れた妥協の産物であつた。特に、
所定の形状に直接鋳造されるような部品の場合に
はそれが明らかである。本発明以前においては、
ガスタービンエンジン用鋳造部品の製造時におけ
るそのような妥協の必要性を排除する新しい超合
金は登場せず、またそのような妥協の排除を可能
にするその他の代案も提唱されなかつた。 なお、「ガス噴射溶融金属の溶射鋳造による高
密度鋳塊の製造」と称する1978年1月3日付のク
ラーク(Clark)等の米国特許第4066117号明細
書中に記載の方法においては、超合金の鋳塊から
羽根やその他のガスタービンエンジン部品を製造
するために鍛造のごとき機械的変形工程が不可欠
である。 このたび本発明者等は、ガスタービンエンジン
用部品の構造材料と動作条件との間における妥協
の必要性および鍛造や類似の加工操作の必要性を
排除することができ、従つて回転機械用の超合金
鋳造部品において長らく所望されていた組合せの
性質が今や実現し得ることを見出した。本発明者
等はまた、超合金組成の改変や新しい超合金の創
造なしに、しかも顕著な製造原価の増大なしに上
記の結果を一貫して達成し得ることをも見出し
た。 これらの結果は、ある新規な形態の下では、ガ
スタービンエンジン用部品の鋳造のために古くか
ら使用されてきた超合金がほぼ理想的な組合せの
物理的性質を有するという驚くべき発見に基づく
ものである。更に詳しく述べれば、極めて微細で
一様なミクロ組織から成る形態の下では、かかる
超合金が従来公知の形態を示す同じ合金組成物と
は成く異なりかつそれよりも著しく優れた物理的
性質を有することが見出されたのである。このよ
うな新しい形態は、従来使用されてきたような融
解鋳造法によつて得ることは不可能であるが、融
解温度付近の微細な超合金粒子からほぼ理論密度
の部材を形成するようにして実施されるプラズマ
溶射鋳造法によれば一貫して得ることができる。 本発明の特異な組合せの物理的性質を有する超
合金製品を生み出すことのできない従来方法の中
には、たとえば、メタルズ・エンジニアリング・
クオータリー(Metals Engineering Quarterly)
の1964年2月号に掲載された「プラズマ鋳造材料
の構造および性質」と題するマツシユおよびブラ
ウン(Mash & Brown)の論文中に記載の方
法をはじめとする従来のプラズマアーク溶射法が
含まれる。マツシユおよびブラウンによつて製造
された独立部材の強度特性は、達成し得る密度
(85〜92%)および層状構造のために制限を受け
るのである。 本発明の特異な物理的性質を有する超合金製品
の製造のために選ばれた方法は、「基体の高エネ
ルギー力学的被覆を行うための方法および装置」
と称する1974年10月1日付のミユールバーガー
(Muehlberger)の米国特許第3839618号明細書中
に詳しく記載されている。実際のところ、本発明
者等が本発明の基礎を成す重要な発見を行つたの
は、上記特許の低圧・高速プラズマ溶射鋳造法を
用いて超合金被膜を形成する過程においてであつ
た。このようにしてニツケル基超合金を使用する
ことによつて得られた被膜の検査および評価を行
つたところ、特異なミクロ組織およびそれに帰因
させ得る物理的性質が認められた。かかる知識を
応用してそのプラズマ溶射鋳造法により試験片を
作製し、そして通常の融解鋳造法により作製され
た試験片との比較試験を行つたところ、プラズマ
溶射鋳造法によつて形成された超合金被膜の優れ
た物理的性質が塊状体すなわち全体がプラズマ溶
射鋳造された超合金のみから成る部材においても
容易に得られるという新規な着想が確証された。 上記の発見に基づけば、超合金全般並びにその
他の耐熱性合金やガスタービンエンジンの最高動
作温度よりずつと低い温度範囲において大きい引
張強さを有する合金をこのようにしてプラズマ溶
射鋳造すれば、ガスタービンエンジン用の部品や
厳しい引張荷重および疲労荷重条件を要求するそ
の他の回転機械用の部品(たとえばはずみ車)を
得ることができると信じてもよい。典型的な動作
条件を例示すれば、ガスタービンエンジンの回転
円板は538〜649℃(1000〜1200〓)で12.0×103
Kg/cm2(170ksi)までの引張荷重および399〜649
℃(750〜1200〓)で8.4×103Kg/cm2(120ksi)
の疲労荷重を受けるのが普通である。同様に、か
かるエンジンにおける固定羽根やノズルはエンジ
ン動作温度下でクリープ荷重を受けるのが普通で
あり、また環境温度からエンジン動作温度に至る
変動温度条件下での熱疲労亀裂抵抗性をも要求す
る。 以上の全ての記載とりわけ上記の発見を考慮し
つつ本発明に従つて簡単に述べれば、ニツケル基
超合金、コバルト基超合金および鉄基超合金から
成る群より選ばれた超合金から成るプラズマ溶射
鋳造製品において、プラズマ溶射鋳造されたまま
の状態では約1000ppm未満の酸素含量、理論値の
約97%を超える密度、約0.2〜約0.5μの結晶粒度、
およびミクロ偏析を実質的に示さない化学的に均
質なミクロ組織を有することを特徴とするプラズ
マ溶射鋳造製品が提供される。 熱処理を受けた場合、熱処理中に起こる均質化
のため、かかる製品は理論値の約98%を越える密
度を有しかつ一層少ないミクロ偏析を示す。熱処
理後の製品の結晶粒度は一般にプラズマ溶射鋳造
されたままの製品の結晶粒度より大きいが、その
程度は超合金の種類および熱処理の時間や温度に
依存する。しかし、1種以上の相の析出によつて
強化される超合金の場合には、熱処理後の結晶粒
度が約0.5〜約5.0μという小さな範囲内に制限さ
れることもあり得る。 このような製品は、はずみ車、ガスタービンエ
ンジン用の羽根、羽根車に羽根を取付けるための
円板、またはその他の高温域用部品のいずれであ
るにせよ、低圧・高速プラズマ溶射鋳造法により
中実の部材として製造することもできるし、ある
いは心型上に超合金を付着させてからその心型を
選択的に溶解除去することにより中空の部材とし
て製造することもできる。また、一層複雑な心型
の使用により、溶解後には複数の中空領域を有す
る独立かつ自立したプラズマ溶射鋳造部材を得る
ことができる。更にまた、心型をセグメントに分
割することも可能である。すなわち、心型の一部
分上に第1の超合金をプラズマ溶射鋳造して最終
製品の第1の部分を形成し、このような心型の一
部分を心型の残りの部分と共に組立て、次いで第
1の部分を含む完全な心型上に第2の超合金をプ
ラズマ溶射鋳造して部材を完成することもできる
のである。 以下、添付の図面を参照しながら本発明を一層
詳しく説明しよう。 第1図のガスタービンエンジン用羽根10は、
プラズマ溶射鋳造法によつて製造し得る種類の製
品を例示するものである。概して通常の寸法およ
び形状を持つた羽根10は、プラツトホーム11
並びに第5図および後記実施例5の模擬円板50
のごときガスタービン円板に通常の方法で堅固に
取付けるための基部12を有している。しかる
に、羽根10および円板50はいずれも従来の対
応品とは著しく違つている。すなわち、従来の対
応品と同じ合金組成物から成つていたとしても、
羽根10および円板50は著しく異なる物理的性
質を有し、従つて正規のエンジン動作に際して著
しく異なる性能特性を示すのである。かかる基本
的かつ重要な相違は、これらの新規な部品の製造
方法が異なることに由来する。すなわち、通常の
融解鋳造法や前述のごときマツシユおよびブラウ
ンのプラズマアーク溶射鋳造法ではなく、融点よ
り僅かに高い温度の超合金の微粒子をプラズマ流
中に導入し、そして中性雰囲気の低圧室内に置か
れた基体上に高速で投射することによつて羽根1
0および円板50が製造されるのである。詳しく
述べれば、羽根10および円板50のごとき部品
を製造する場合、粒子の粒度は−400メツシユで
あり(すなわち実質的に全ての粒子の直径が約
38μ未満であり)、また溶射室の雰囲気は30〜
60Torrのアルゴンである。なお本明細書で使用
される「ガスタービンエンジン」という用語は、
発電用のガスタービンおよび航空機推進用のジエ
ツトエンジンを包括するものとする。 上記と同様にして低圧・高速プラズマ溶射製造
法を使用すれば、実施例4に示されるごとく、第
2および3図の中空羽根20が製造され、しかも
上記に要約して述べた通りのミクロ組織および物
理的性質が得られる。羽根10および20間にお
ける構造上の大きな違いは、選択的に溶解可能な
第4図の心型アセンブリ40を使用することにあ
る。それによつて壁体21の形成に必要な内部間
隙が与えられる結果、羽根の内部は冷却材を流す
ための独立した通路22および23に分割される
のである。 第6図に斜視図として示されたはずみ車60も
また、上記と同じ低圧・高速プラズマ溶射鋳造法
によつて製造される。かかる目的のためには、プ
ラズマ溶射鋳造された場合、このような用途にお
ける長期使用に対して要求される引張荷重および
疲労荷重条件を満たし得る任意のニツケル基、コ
バルト基または鉄基超合金が適宜に使用できる。
当業者には自明の通り、かかる鋳造はずみ車は単
一のプラズマ溶射鋳造品として製造することもで
きるし、あるいは複数の部分に分けて製造してか
ら適当な手段により互いに固定して組立てること
もできる。 当業者が本発明を一層明確に理解し得るように
するため、以下に本発明の実施例を示す。これら
の実施例は、本発明のプラズマ溶射鋳造製品およ
び従来技術の融解鋳造製品の主要な物理的性質に
関する比較データを得るために計画された試験の
過程で行われたものである。それ故、これらの実
施例は本発明の実施を例証するものに過ぎないわ
けで、前記特許請求の範囲によつて定義される本
発明の範囲に制限を加えるものではない。 以下の実施例中で得られたデータは、通常の方
式に従つて記載される。すなわち第1,2および
3表中では、UTSは103ポンド/平方インチを単
位とする極限引張強さを表わし、またYSは同じ
単位の0.2%耐力強度を表わす。同様に、EMLは最
大荷重における伸び、EFAILは破断点伸び、また
R.A.は断面縮小率であつて、これらのパラメー
タはいずれも百分率で表わされている。 実施例 1 上記のごとき低圧・高速プラズマ溶射鋳造法に
より、ニツケル基超合金IN738から成る長さ約15
cm(6インチ)、幅約6.4cm(2.5インチ)かつ厚
さ約0.64cm(0.25インチ)の板状部材を製造し
た。基体としては、600番炭化ケイ素研磨紙で予
め研磨した鋼板を使用した。基体(心型)への付
着並びにIN738の密度およびミクロ組織の制御を
達成するため、基体を約1650〓(900℃)に予熱
した。溶射室の圧力は30〜60Torr、プラズマガ
ンの電力は68KW、また溶射時間は4分30秒であ
つた。こうして被覆された基体を溶射室内におい
て冷却した後、鋼板の縁端をハンマでたたくこと
によつてIN738製の部材を分離した。かかる
IN738製の部材から、全体として長さ2.54cm(1.0
インチ)、幅1.0cm(0.4インチ)かつ厚さ0.16cm
(0.063インチ)の寸法を持つた試験片を機械加工
した。なお、ゲージ部分の幅は0.08インチであつ
て、0.25インチにわたり一様であつた。こうして
得られた試験結果は、通常の融解鋳造法によつて
IN738から形成された同じ寸法および形状の試験
片に関する典型的なデータと共に第1表中に示さ
れている。 通常の融解鋳造法によつて形成された試験片に
対しては、商業的に使用されている典型的な熱処
理を施した。すなわち、試験に先立ち、アルゴン
中において試験片を2050〓(1120℃)で2時間に
わたり加熱してから急冷し、次いでアルゴン中に
おいて1550〓(845℃)で2時間にわたり加熱し
てから急冷した。これはIN738製の部品が今日の
ガスタービンエンジン内において使用される際の
典型的な状態を表わしている。また、プラズマ溶
射鋳造法によつて形された試験片に対しては、
2100〓(1150℃)で2時間の加熱から成る模擬的
な商業用熱処理を施した。 第1表中の0.2%耐力強度および破断点伸びに
関するデータは、第7および8図にそれぞれグラ
フ表示されている。第7図を見ればわかる通り、
耐力強度について考えた場合、約1350〓(735℃)
以下ならばプラズマ溶射鋳造法によつて得られた
部材は通常の融解鋳造法によつて得られた同じ
IN738製の部材よりも著しく強固である。なお、
極限引張強さも同様な挙動を示す。約1450〓
(790℃)と1650〓(900℃)との間では、プラズ
マ溶射鋳造法によつて得られた部材の耐力強度は
通常の融解鋳造法によつて得られた部材の耐力強
度より僅かに420Kg/cm2(6ksi)だけ小さいに過
ぎない。 次に、第8図を見ればわかる通り、約1290〓
(700℃)までならばプラズマ溶射鋳造法によつて
得られた部材は通常の融解鋳造法によつて得られ
た同じIN738製の部材よりも延性に富んでいる。
約2000〓(1090℃)では、本実施例の部材は完全
な超塑性を示すが、これは恐らくこの部材に固有
の超微細な結晶粒度に起因するものである。かか
る超塑性挙動が超微細な結晶粒度に起因すること
を立証するため、数個の試験片に2300〓(1260
℃)で熱処理を施すことによつて結晶粒を成長さ
せた。熱処理済みの2個の試験片に関し、それぞ
れ室温および1832〓(1000℃)で試験を行つた。
2300〓(1260℃)における熱処理後には、1832〓
(1000℃)で試験された試験片の破断点伸びは12
%にまで減少し、従つて超塑性挙動はプラズマ溶
射鋳造された部材に固有の超微細な結晶粒度に起
因することが確認された。他方、2300〓(1260
℃)における熱処理には、室温で試験された試験
片の耐力強度は1.8×103Kg/cm2(26ksi)だけ増
大して12.4×103Kg/cm2(176ksi)となり、また
1000℃(1832〓)で試験された試験片の耐力強度
は700Kg/cm2(10ksi)だけ増大して1.74×103
Kg/cm2(24.8ksi)となつた。
TECHNICAL FIELD This invention relates to metal casting technology, and more particularly to novel products manufactured by low pressure, high speed plasma spray casting. Such products exhibit a unique microstructure and therefore have a novel combination of physical properties that are superior to those of products of the same alloy composition made by conventional methods. Examples of products of the invention that are useful for special applications due to their superior physical properties (e.g. high temperature strength, ductility and thermal fatigue resistance) include:
Mention may be made of vanes and discs for gas turbine engines made of superalloys based on nickel, cobalt or iron. In addition, products such as flywheels, which operate under lower temperature conditions than gas turbine engine components but require special physical properties, are problematic due to their geometry, material composition, or both. These include products that cannot be easily manufactured using conventional methods. Since the introduction of various forms of gas turbines as important power generation and propulsion machines decades ago, it has been widely accepted that their operation and performance are limited by the available materials of construction. . In such applications, the combination of relatively high tensile strength, good ductility in the range from room temperature to gas turbine combustion chamber operating temperatures, and good thermal fatigue resistance is highly desirable. As a result of extensive research and development efforts that have continued to this day, so-called "superalloys" have become available. Particularly superior are heat-resistant alloys based on nickel, cobalt, iron and chromium, such as Rene 80 (nominal composition C0.17%, Cr14%, Co9.5
%, Mo4.0%, W4.0%, Ti5.0%, Al3.0%,
B0.015%, Zr0.03%, Ni residual), Rene 95 (nominal composition C0.15%, Cr14%, Co8.0%, Mo3.5%, W3.5
%, Cb3.5%, Ti2.5%, Al3.5%, B0.01%,
Zr0.05%, Ni residual), IN738 (nominal composition C0.17%,
Mn0.2% (upper limit), Si0.3% (upper limit), Cr16%,
Co8.5%, Mo1.75%, W2.6%, Cb0.9%, Ti3.4
%, Al3.4%, B0.01%, Zr0.10%, Fe0.5% (upper limit), Ta1.75%, Ni residual (however, keep Fe, Mn, S and Si as small as possible),
IN617 (nominal composition C0.1%, Mn0.5%, Si0.5%,
Cr22.0%, Ni52.0%, Co12.5%, Mo9.0%,
Ti0.3%, Al1.2%, Fe1.5%, Cu0.2%), IN671
(Nominal composition C0.05%, Cr46.0%, Ni53.5%, Ti0.4
It is commercially available under the trade name %). While the first four of the above alloys are used for vane and disk manufacturing, due to the importance of strength requirements, especially in the low-temperature region of gas turbine operation, IN671 is primarily used for its environmental resistance. It is used. In such applications, IN671 is typically used as a wrought sheet, but it has also been proposed to be applied directly as a plasma sprayed coating onto the component to be protected. However, in order to use the other four alloys as blades and other high-temperature parts of gas turbines, they must be melted and then cast into a predetermined shape and size, or they must be cast or sintered. It is common to deform it mechanically. Regardless of the processing method, however, parts made of these alloys may require corrosion protection measures. Currently, thermally sprayed coatings are often used consisting of some type of MCrAlY alloy. As noted above, although considerable progress has been made in the development of materials in response to the special requirements of gas turbine engines, there are still important material performance gaps. To date, superalloys used in the manufacture of gas turbine high temperature components have been a compromise taking into account the various physical properties, operating conditions, and manufacturing operations described above. especially,
This is evident in the case of parts that are directly cast into a predetermined shape. Prior to this invention,
No new superalloys have emerged that eliminate the need for such compromises in the manufacture of cast parts for gas turbine engines, nor have other alternatives been proposed that would enable the elimination of such compromises. It should be noted that in the method described in U.S. Pat. Mechanical deformation processes such as forging are essential to manufacturing blades and other gas turbine engine components from ingots. The inventors have now discovered that it is possible to eliminate the need for compromises between materials of construction and operating conditions of components for gas turbine engines, as well as the need for forging and similar machining operations, and thus to eliminate the need for forging and similar machining operations. It has now been discovered that the long desired combination of properties in superalloy cast parts can now be achieved. The inventors have also discovered that the above results can be consistently achieved without modifying the superalloy composition or creating new superalloys, and without significantly increasing manufacturing costs. These results are based on the surprising discovery that, in a novel form, a superalloy traditionally used for casting parts for gas turbine engines has a nearly ideal combination of physical properties. It is. More specifically, in a morphology consisting of an extremely fine and uniform microstructure, such superalloys exhibit physical properties that are distinct from and significantly superior to the same alloy compositions exhibiting previously known morphologies. It was discovered that it has. These new morphologies cannot be obtained by conventional melt casting methods, but they can be achieved by forming parts of near theoretical density from fine superalloy particles near the melting temperature. Consistent results can be obtained by the plasma spray casting method carried out. Some conventional methods that fail to produce superalloy products with the unique combination of physical properties of this invention include, for example, Metals Engineering
Quarterly (Metals Engineering Quarterly)
Conventional plasma arc spraying methods include those described in the article by Mash & Brown entitled "Structure and Properties of Plasma Cast Materials" published in the February 1964 issue of . The strength properties of the independent members produced by Matsushi and Brown are limited by the achievable density (85-92%) and layered structure. The method selected for the production of superalloy products with unique physical properties of the present invention is ``Method and Apparatus for High-Energy Mechanical Coating of Substrates.''
No. 3,839,618 to Muehlberger, issued October 1, 1974. In fact, it was during the process of forming a superalloy coating using the low-pressure, high-speed plasma spray casting method of the aforementioned patent that the inventors made the important discovery that forms the basis of the present invention. Inspection and evaluation of the coatings thus obtained using nickel-based superalloys revealed unusual microstructures and physical properties attributable to them. Applying this knowledge, we fabricated a test piece using the plasma spray casting method and conducted a comparative test with a test piece made using the normal melt casting method. The novel idea has been established that the excellent physical properties of alloy coatings can be readily obtained even in bulk, ie components consisting entirely of plasma spray cast superalloys. Based on the above findings, plasma spray casting of superalloys in general, as well as other high-temperature alloys and alloys with high tensile strength in temperature ranges below the maximum operating temperature of gas turbine engines, can be It may be believed that components for turbine engines and other rotating machinery requiring severe tensile and fatigue loading conditions (eg flywheels) could be obtained. To illustrate typical operating conditions, the rotating disk of a gas turbine engine is 12.0 x 103 at 538-649°C (1000-1200〓).
Tensile load up to Kg/ cm2 (170ksi) and 399~649
8.4×10 3 Kg/cm 2 (120ksi) at °C (750-1200〓)
Normally, it is subjected to a fatigue load of Similarly, fixed vanes and nozzles in such engines typically experience creep loads at engine operating temperatures and also require thermal fatigue cracking resistance under fluctuating temperature conditions ranging from ambient to engine operating temperatures. . In view of all the foregoing descriptions, and in particular the above discoveries, in accordance with the present invention, briefly described is a plasma sprayed superalloy selected from the group consisting of nickel-based superalloys, cobalt-based superalloys and iron-based superalloys. In the cast product, as plasma spray cast, oxygen content of less than about 1000 ppm, density greater than about 97% of theoretical, grain size of about 0.2 to about 0.5μ,
and a plasma spray cast product characterized in that it has a chemically homogeneous microstructure that is substantially free of microsegregation. When subjected to heat treatment, such products have densities in excess of about 98% of the theoretical value and exhibit less microsegregation due to the homogenization that occurs during heat treatment. The grain size of the product after heat treatment is generally greater than the grain size of the as-cast product, but the extent depends on the type of superalloy and the time and temperature of the heat treatment. However, for superalloys that are strengthened by the precipitation of one or more phases, the grain size after heat treatment may be limited to a small range of about 0.5 to about 5.0 microns. These products, whether flywheels, blades for gas turbine engines, disks for attaching blades to impellers, or other high-temperature components, are produced in solid form by low-pressure, high-velocity plasma spray casting. Alternatively, it can be manufactured as a hollow member by depositing the superalloy on a core and then selectively dissolving the core. The use of more complex core molds also allows for independent and self-supporting plasma sprayed cast parts having multiple hollow regions after melting. Furthermore, it is also possible to divide the heart shape into segments. That is, plasma spray casting a first superalloy onto a portion of the core to form a first portion of the final product, assembling such portion of the core with the remaining portions of the core, and then casting a first superalloy onto a portion of the core. The part can also be completed by plasma spray casting the second superalloy onto a complete core containing portions of the core. The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The gas turbine engine blade 10 shown in FIG.
1 is illustrative of the types of products that can be manufactured by plasma spray casting. A vane 10 of generally conventional size and shape is mounted on a platform 11.
and the simulated disk 50 of FIG. 5 and Example 5 described below.
It has a base 12 for rigid attachment in a conventional manner to a gas turbine disk such as a gas turbine disk. However, both vane 10 and disc 50 differ significantly from their conventional counterparts. That is, even if it is made of the same alloy composition as its conventional counterpart,
Vanes 10 and discs 50 have significantly different physical properties and therefore exhibit significantly different performance characteristics during normal engine operation. This fundamental and important difference stems from the different methods of manufacturing these new parts. That is, instead of using the usual melt casting method or the plasma arc spray casting method of Matsushi and Brown mentioned above, fine particles of a superalloy at a temperature slightly higher than the melting point are introduced into the plasma stream, and then cast in a low-pressure chamber with a neutral atmosphere. By projecting at high speed onto a placed substrate, the blade 1
0 and disk 50 are manufactured. Specifically, when manufacturing parts such as the vane 10 and disk 50, the particle size is -400 mesh (i.e., substantially all particles have a diameter of about
(less than 38μ), and the atmosphere in the spraying room is 30~
Argon at 60 Torr. Note that the term "gas turbine engine" used in this specification,
This includes gas turbines for power generation and jet engines for aircraft propulsion. Using the same low-pressure, high-velocity plasma spray manufacturing method as described above, the hollow blades 20 of Figures 2 and 3 are manufactured as shown in Example 4, and have the microstructure as summarized above. and physical properties are obtained. The major structural difference between vanes 10 and 20 is the use of a selectively dissolvable core assembly 40 of FIG. This provides the necessary internal clearance for the formation of the wall 21, so that the interior of the vane is divided into independent channels 22 and 23 for the flow of coolant. Flywheel 60, shown in perspective view in FIG. 6, is also manufactured by the same low pressure, high velocity plasma spray casting process described above. For such purposes, any nickel-based, cobalt-based or iron-based superalloy that, when plasma spray cast, can meet the tensile and fatigue loading conditions required for long-term service in such applications may be suitably used. Can be used for
Those skilled in the art will appreciate that such cast flywheels can be manufactured as a single plasma spray casting, or they can be manufactured in sections and then assembled together by suitable means. . In order to enable those skilled in the art to understand the invention more clearly, examples of the invention are presented below. These examples were conducted in the course of testing designed to obtain comparative data regarding key physical properties of plasma spray cast products of the present invention and prior art melt cast products. Therefore, these examples are merely illustrative of the practice of the invention and are not intended to limit the scope of the invention as defined by the claims. The data obtained in the following examples are presented in the usual manner. Thus, in Tables 1, 2 and 3, UTS stands for ultimate tensile strength in units of 10 3 pounds per square inch and YS stands for 0.2% yield strength in the same units. Similarly, E ML is the elongation at maximum load, E FAIL is the elongation at break, and
RA is the cross-sectional reduction ratio, and all of these parameters are expressed in percentages. Example 1 A length of about 15 mm made of nickel-based superalloy IN738 was made by the low-pressure, high-speed plasma spray casting method as described above.
A plate member having a width of about 6.4 cm (2.5 inches) and a thickness of about 0.64 cm (0.25 inches) was manufactured. A steel plate that had been previously polished with No. 600 silicon carbide abrasive paper was used as the substrate. To achieve adhesion to the substrate (core) and control of IN738 density and microstructure, the substrate was preheated to approximately 1650°C (900°C). The pressure in the spraying chamber was 30 to 60Torr, the power of the plasma gun was 68KW, and the spraying time was 4 minutes and 30 seconds. After the thus coated substrate was cooled in a thermal spray chamber, the IN738 parts were separated by tapping the edge of the steel plate with a hammer. It takes
The total length is 2.54 cm (1.0 cm) from IN738 parts.
inch), width 1.0cm (0.4 inch) and thickness 0.16cm
A specimen with dimensions of (0.063 inch) was machined. The width of the gauge portion was 0.08 inch and was uniform over 0.25 inch. The test results obtained in this way were determined by the ordinary melt casting method.
Shown in Table 1 with typical data for specimens of the same size and shape made from IN738. Specimens formed by conventional melt casting were subjected to typical heat treatments used commercially. That is, prior to testing, the specimens were heated in argon at 2050° (1120°C) for 2 hours and then rapidly cooled, then heated in argon at 1550° (845°C) for 2 hours and then rapidly cooled. This represents the typical conditions under which IN738 components are used in today's gas turbine engines. In addition, for test pieces shaped by plasma spray casting method,
A simulated commercial heat treatment consisting of heating at 2100°C (1150°C) for 2 hours was performed. The data for 0.2% yield strength and elongation at break in Table 1 are graphically represented in Figures 7 and 8, respectively. As you can see from Figure 7,
When considering yield strength, it is approximately 1350〓 (735℃)
If:
Significantly stronger than IN738 parts. In addition,
The ultimate tensile strength shows a similar behavior. Approximately 1450〓
(790°C) and 1650°C (900°C), the yield strength of parts obtained by plasma spray casting is only 420 kg lower than the yield strength of parts obtained by ordinary melt casting. /cm 2 (6ksi) smaller. Next, as you can see from Figure 8, approximately 1290〓
(up to 700°C) parts obtained by plasma spray casting are more ductile than the same IN738 parts obtained by conventional melt casting.
At approximately 2000 °C (1090°C), the member of this example exhibits complete superplasticity, possibly due to the ultrafine grain size inherent in this member. In order to prove that such superplastic behavior is due to the ultrafine grain size, several specimens were
The crystal grains were grown by heat treatment at ℃). Two heat-treated specimens were tested at room temperature and 1832°C (1000°C), respectively.
After heat treatment at 2300〓(1260℃), 1832〓
The elongation at break of the specimen tested at (1000℃) is 12
%, thus confirming that the superplastic behavior is due to the ultrafine grain size inherent in plasma spray cast parts. On the other hand, 2300〓(1260
The yield strength of the specimens tested at room temperature increased by 1.8×10 3 Kg/cm 2 (26 ksi) to 12.4×10 3 Kg/cm 2 (176 ksi) and
The yield strength of the specimen tested at 1000℃ (1832〓) increased by 700Kg/cm 2 (10ksi) to 1.74×10 3
Kg/cm 2 (24.8ksi).

【表】 実施例 2 上記のごとき低圧・高速プラズマ溶射鋳造法に
より、ルネ80から成る第5図のガスタービンエン
ジン用模擬円板50を製造した。直径4.2cmの鋼
管から成る基体51上に超合金を溶射することに
より、長手方向または軸方向に対して垂直な方向
に沿つて見た場合に環状の横断面を有する構造物
を得た。なお、蓄積する超合金層の厚さを構造物
の長手方向に沿つて変化させたため、軸方向また
は長手方向に沿つた断面は放物形を示していた。
かかる構造物の呼び直径は約10cmであつた。 詳しく述べれば、実施例1の場合と同様、先ず
基体の表面を清浄にし、グリツトブラスト処理を
施し、次いで約1650〓(900℃)に予熱した。作
業全体を通じ、実施例1の場合と同様、溶射室の
圧力は30〜60Torr(アルゴン)であり、またプラ
ズマガンの電力は68KWであつた。溶射室内で冷
却した後、ルネ80製の環状体を鋼管51から分離
し、そして第5図に示されるような形状に機械加
工した。その後、円板50中の複数の穴52によ
つて示されるごとく柱状体を切抜くことによつて
物理試験用の試験片を得た。標準的な形状および
寸法の試験片に対し、1145℃で2時間および870
℃で2時間の熱処理を施した後、通常の方法に従
つて試験を行つた。こうして得られた結果は第2
表中に示されている。第2表中にはまた、融解鋳
造後に典型的な商業用5段熱処理操作を受けたル
ネ80に関する比較データも示されている。 第2表からわかる通り、実施例1において
IN738について見られた結果と同様、プラズマ溶
射鋳造法によつて得られたルネ80製の部材の物理
的性質は通常の融解鋳造法によつて得られたルネ
80製の部材の物理的性質よりも優れている。
[Table] Example 2 A simulated disk 50 for a gas turbine engine, shown in FIG. 5, made of Rene 80 was manufactured by the low-pressure, high-speed plasma spray casting method as described above. By spraying the superalloy onto a substrate 51 consisting of a steel tube with a diameter of 4.2 cm, a structure having an annular cross-section when viewed along the longitudinal or perpendicular direction to the axial direction was obtained. Note that since the thickness of the accumulated superalloy layer was varied along the longitudinal direction of the structure, the cross section along the axial or longitudinal direction had a parabolic shape.
The nominal diameter of such a structure was approximately 10 cm. Specifically, as in Example 1, the surface of the substrate was first cleaned, grit blasted, and then preheated to about 1650°C (900°C). Throughout the work, the pressure in the spray chamber was 30-60 Torr (argon) and the power of the plasma gun was 68 KW, as in Example 1. After cooling in the spray chamber, the Rene 80 ring was separated from the steel tube 51 and machined into the shape shown in FIG. Thereafter, specimens for physical testing were obtained by cutting out the columns as indicated by the plurality of holes 52 in the disk 50. 1145°C for 2 hours and 870°C for specimens of standard shape and dimensions.
After heat treatment at ℃ for 2 hours, the test was carried out according to the usual method. The results obtained in this way are the second
Shown in the table. Also shown in Table 2 is comparative data for Rene 80, which was subjected to a typical commercial five-stage heat treatment operation after melt casting. As can be seen from Table 2, in Example 1
Similar to the results seen for IN738, the physical properties of Rene 80 parts obtained by plasma spray casting are superior to those of Rene 80 obtained by conventional melt casting.
The physical properties are better than those made of 80%.

【表】 実施例 3 本発明の製品の熱疲労挙動を調べるために計画
された実験に際し、ニツケル基超合金であるルネ
80をルネ80製の基体上にプラズマ溶射鋳造した。
詳しく述べれば、公称ルネ80組成物の溶融体を銅
板製の金型内でチル鋳造することによつて10cm×
3.8cm×0.64cm(4インチ×1.5インチ×0.25イン
チ)の寸法を有する2枚の板を得た。各々の板の
一方の端面(10cm×0.64cm〔4インチ×0.25イン
チ〕)にグリツトブラスト処理および脱脂操作を
施した。次いで、実施例1の低圧・高速プラズマ
溶射鋳造法により、処理済みの端面上にプラズマ
溶射鋳造組織を形成した。この場合、−400メツシ
ユの粒度を有する公称ルネ80組成物の粉末を使用
した。こうして得られたプラズマ溶射鋳造組織の
層の厚さは約0.381cm(0.150インチ)であつた。
かかる板から第9図に示されるような二重くさび
形の熱疲労試験片70を機械加工した。かかる試
験片の一方のくさび71は通常の鋳造組織を有す
るのに対し、他方のくさび72は(最終的に0.20
cm(0.08インチ)の厚さにわたり)プラズマ溶射
鋳造組織を有していた。かかる試験片を穴73で
吊下げることにより、1787〓(975℃)に保たれ
た流動層中に4分間暴露すること並びに75〓(24
℃)に保たれた流動層中に2分間暴露することを
交互に繰返した。このような操作を10,30,100,
300,600および1000サイクルにわたつて繰返した
後に試験片70を検査した。プラズマ溶射鋳造さ
れた側のくさび72には1000サイクル後にも亀裂
は全く見られなかつたのに対し、通常のごとくに
鋳造された側のくさび71には10サイクル後に亀
裂が見られた。後者のくさび71については、30
サイクル後に亀裂は0.10cm(0.04インチ)以上の
長さに成長し、そして1000サイクル後には0.572
cm(0.225インチ)にも達した。 実施例 4 第4図の銅製心型アセンブリ40を使用しなが
ら上記のごときプラズマ溶射鋳造法を行うことに
より、基部12を持たない点を除けば第2および
3図のものに類似した羽根を製造した。溶射室の
条件は実施例1の場合と同じであつた。第1の工
程においては、銅製心型セグメント41および4
2上にIN738を約0.38mm(15ミル)の厚さまでプ
ラズマ溶射鋳造した。次いで、心型セグメント4
1および42を残りの心型アセンブリと共に組立
てることにより、第4図に示されるような心型ア
センブリ40を形成した。心型セグメント44の
穴43はニクロム組成物の線材で充填した。 第2の工程においては、第4図の銅製心型アセ
ンブリ40および第1の工程で形成されたIN738
の壁体21上に厚さ0.38〜0.76mm(15〜30ミルの
ルネ80をプラズマ溶射鋳造することにより、た
とえば領域24のごとき領域において複合積層構
造が形成された。溶射室内において冷却した後、
かかる構造物を硝酸水溶液中に浸漬して銅製心型
セグメントを溶解除去すれば、羽根20が得られ
た。第2図の位置において見た場合、羽根20の
高さは約5cm(2インチ)であり、また前縁と後
縁との距離は約3.8cm(1.5インチ)であつた。第
3図を見ればわかる通り、内部の壁体21は
IN738から成るもので、それがルネ80の外殻2
5により構造的に接合されて羽根20を成してい
る。ルネ80から成る外殻25の外周面26は羽
根20の形状を規定している。また、内周面27
は通路22および23を包囲すると共に、IN738
の壁体21の外周の少なくとも一部に接着しかつ
それを構造的に接合している。穴43の中に予め
配置された線材は今では羽根20の一体部材45
を成していて、羽根20の後縁部分の中空通路2
3を通つて流れる冷却材を撹拌するのに役立つ。
羽根20の肉厚は、ルネ80のみから成る領域で
は約0.38〜約0.76cm(約15〜約30ミル)である。
また、積層構造を成す領域における肉厚は約1.14
cm(45ミル)以上にも達するが、そのうちの0.38
cm(15ミル)はIN738から成る。 実施例 5 実施例1の場合と同じプラズマ溶射鋳造法およ
びパラメータの使用により、ルネ80から成る薄
肉管状部材またはケーシングを製造した。詳しく
述べれば、内径10cm(4インチ)かつ長さ30cm
(12インチ)の鋼管上に厚さ0.51cm(20ミル)の
ルネ80をプラズマ溶射鋳造した。 本実施例の薄肉管状部材を通常の鋳造技術によ
つて心材の周囲に鋳造しようとしても、著しく亀
裂の入つた製品しか得られないことが多い。その
他の通常技術(たとえば厚肉管状部材を鋳造して
から所定の寸法にまで機械加工する方法)は多く
の経費がかかる。いずれにせよ、たとえば約0.2
〜約0.5μの結晶粒度およびミクロ偏析を実質的に
示さない化学的に均質なミクロ組織をはじめとす
る特異な性質を有する本実施例の薄肉管状部材は
いかなる従来技術によつても製造することができ
ない 実施例 6 実施例1の手順を繰返すことにより、ニツケル
基超合金製のガスタービンエンジン用羽根に対す
る被膜として通例使用されるコバルト基超合金
(Co−29Cr−6Al−1Y)から成る板状部材をプラ
ズマ溶射製造した。プラズマ溶射製造されたまま
の部材の結晶粒度を透過電子顕微鏡によつて測定
したところ、約0.1〜約0.3μであつた。 実施例 7 実施例1の手順を再び繰返すことにより、鉄基
超合金(19.5Cr−9.5CAl−残部Fe)から成る板
状部材をプラズマ溶射鋳造した。プラズマ溶射鋳
造されたままの部材の結晶粒度を透過電子顕微鏡
によつて測定したところ、約0.15〜約0.25μであ
つた。室温、1110〓(600℃)および1380〓(750
℃)における機械的性質は第3表に示す通りであ
つたが、それらを融解鋳造された市販の鉄基超合
金MA956(20Cr−4.5Al−0.5Ti−0.5Y−残部Fe)
の場合と比較した。プラズマ溶射鋳造された鉄基
合金は、強度の点で劣るとは言え、MA956に十
分匹敵するものである。なお、MA956は強化元
素としてチタンおよびイツトリウムを追加含有し
ているわけであるから、このような結果の得られ
たことは意外ではない。
[Table] Example 3 During an experiment designed to investigate the thermal fatigue behavior of a product of the present invention, a nickel-based superalloy, Rene
80 was plasma spray cast onto a Rene 80 substrate.
Specifically, by chill-casting a melt of nominal Rene 80 composition in a mold made of copper plate,
Two plates were obtained having dimensions of 4 inches x 1.5 inches x 0.25 inches. One end surface of each plate (10 cm x 0.64 cm [4 inches x 0.25 inches]) was grit blasted and degreased. Next, by the low-pressure, high-speed plasma spray casting method of Example 1, a plasma spray casting structure was formed on the treated end face. In this case, a powder of nominal Rene 80 composition with a particle size of -400 mesh was used. The resulting layer of plasma spray cast structure was approximately 0.150 inches thick.
A double wedge-shaped thermal fatigue specimen 70 as shown in FIG. 9 was machined from such a plate. One wedge 71 of such a specimen has a normal cast structure, whereas the other wedge 72 (finally 0.20
cm (0.08 inch) thick) had a plasma spray cast structure. By suspending such a test piece in the hole 73, it was exposed to a fluidized bed maintained at 1787〓 (975°C) for 4 minutes and 75〓 (24°C).
The samples were exposed to alternating periods of 2 minutes in a fluidized bed maintained at 10°C. Perform such operations 10, 30, 100,
Specimens 70 were inspected after 300, 600, and 1000 cycles. The plasma spray cast side wedge 72 showed no cracks after 1000 cycles, while the conventionally cast side wedge 71 showed cracks after 10 cycles. For the latter wedge 71, 30
After cycling the crack grows to a length of over 0.10 cm (0.04 inch), and after 1000 cycles it grows to a length of 0.572
cm (0.225 inch). EXAMPLE 4 A vane similar to that of FIGS. 2 and 3 except without the base 12 was produced by using the copper core assembly 40 of FIG. 4 and performing the plasma spray casting process described above. did. The spray chamber conditions were the same as in Example 1. In the first step, copper core segments 41 and 4
2 was plasma spray cast with IN738 to a thickness of approximately 0.38 mm (15 mils). Then, the heart segment 4
1 and 42 were assembled with the rest of the core assembly to form core assembly 40 as shown in FIG. Hole 43 in core segment 44 was filled with wire of nichrome composition. In the second step, the copper core assembly 40 of FIG. 4 and the IN738 formed in the first step are
A composite laminate structure was formed in areas such as area 24 by plasma spray casting Rene 80, 0.38-0.76 mm (15-30 mils), onto wall 21 of 1. After cooling in the spray chamber,
The blade 20 was obtained by immersing this structure in an aqueous nitric acid solution to dissolve and remove the copper core segment. When viewed in the position of FIG. 2, the height of the vane 20 was approximately 5 cm (2 inches) and the distance between the leading and trailing edges was approximately 3.8 cm (1.5 inches). As can be seen from FIG. 3, the internal wall 21 is
It consists of IN738, which is the outer shell 2 of Rene 80.
5 to form a blade 20. The outer peripheral surface 26 of the outer shell 25 made of Lune 80 defines the shape of the blade 20. In addition, the inner peripheral surface 27
surrounds aisles 22 and 23 and IN738
It is adhered to at least a part of the outer periphery of the wall body 21 and structurally joins it. The wire previously placed in the hole 43 is now an integral part 45 of the vane 20.
A hollow passage 2 at the trailing edge of the blade 20
3 serves to stir the coolant flowing through it.
The wall thickness of the vane 20 is about 15 to about 30 mils in the region consisting only of Lune 80.
In addition, the wall thickness in the area forming the laminated structure is approximately 1.14
cm (45 mil) or more, of which 0.38
cm (15 mil) consists of IN738. Example 5 Using the same plasma spray casting method and parameters as in Example 1, a thin walled tubular member or casing consisting of Rene 80 was manufactured. To be more specific, the inner diameter is 10cm (4 inches) and the length is 30cm.
A 0.51 cm (20 mil) thick Rene 80 was plasma spray cast onto a (12 inch) steel tube. Attempts to cast the thin-walled tubular member of this embodiment around a core material using conventional casting techniques often result in a product that is severely cracked. Other conventional techniques (eg, casting thick-walled tubular members and then machining them to size) are expensive. In any case, for example about 0.2
The thin-walled tubular member of this example, which has unique properties including a grain size of ~0.5 microns and a chemically homogeneous microstructure with substantially no microsegregation, can be manufactured by any conventional technique. Example 6 By repeating the procedure of Example 1, a plate made of cobalt-based superalloy (Co-29Cr-6Al-1Y), which is commonly used as a coating for gas turbine engine blades made of nickel-based superalloy, was obtained. The parts were manufactured by plasma spraying. The grain size of the as-produced plasma sprayed part was measured by transmission electron microscopy and was about 0.1 to about 0.3 microns. Example 7 By repeating the procedure of Example 1 again, a plate member made of an iron-based superalloy (19.5Cr-9.5CAl-balance Fe) was plasma spray cast. The grain size of the as-sprayed part was measured using a transmission electron microscope and was about 0.15 to about 0.25 microns. Room temperature, 1110〓(600℃) and 1380〓(750℃)
The mechanical properties of the commercially available iron-based superalloy MA956 (20Cr−4.5Al−0.5Ti−0.5Y−balance Fe) were melted and cast as shown in Table 3.
compared with the case of Plasma spray cast iron-based alloys are quite comparable to MA956, although they are less strong. Furthermore, since MA956 additionally contains titanium and yttrium as reinforcing elements, it is not surprising that such results were obtained.

【表】【table】

【表】 実施例1〜4,6および7のプラズマ溶射鋳造
部材は、いずれも本質的に同じミクロ組織特性を
示していた。すなわち、プラズマ溶射鋳造された
ままの状態では、結晶粒度は通例約0.2〜約0.5μ
の範囲内にあり、しかもミクロ組織は実質的にミ
クロ偏析を示さない化学的に均質なものであつ
た。検査は行わなかつたが、実施例5のルネ80
製薄肉管状部材のミクロ組織も他の実施例の場合
と同じであると予想される。 実施例1の方法および手順に従つてプラズマ溶
射鋳造されたルネ80製板状部材のミクロ組織を
第10図に示すが、これはプラズマ溶射鋳造され
たままの状態にある超合金のミクロ組織の典型例
を成すものである。薄板試験片の透過電子顕微鏡
写真(40000X)である第10図を見れば、約0.2
〜約0.5μの範囲内にある超微細な結晶粒度が明ら
かとなる。第10図を見ればまた、結晶粒界およ
び結晶粒内部が析出物や偏析物を実質的に含ま
ず、従つてミクロ組織が実質的にミクロ偏析を示
さない化学的に均質なものであることもわかる。
本発明のプラズマ溶射鋳造されたままの超合金部
材のミクロ組織中には、溶射装置または粉末の撹
乱に原因する未融解粒子が時折認められることも
ある。しかし、たとえば2100〓(1150℃)で2時
間の熱処理後には、かかる粒子は残存しない。な
お、プラズマ溶射鋳造されたままの部材を検査す
るためには、通常の光学顕微鏡でなく電子顕微鏡
を使用することが必要である。なぜなら、かかる
部材の結晶粒度は極めて微細であつて光学顕微鏡
の分解能を越えているからである。 第10図のプラズマ溶射鋳造されたルネ80に
おける化学的均質性およびミクロ偏析の不存在を
証明するため、第4表中に示されるような電子マ
イクロプローブによるX線螢光分析データを求め
た。第4表中では、プラズマ溶射鋳造されたルネ
80が約60ミル(1525μ)の平均結晶粒度を有す
る通常のごとくに融解鋳造されたルネ80と比較
されている。第4表のデータは試料を横切つて直
径1〜3μのビームを段階走査することによつて
求められたもので、走査間隔は通常のごとくに融
解鋳造されたルネ80については50μ、またプラ
ズマ溶射鋳造されたルネ80については1μであ
つた。いずれの場合にも、ビームは結晶粒および
結晶粒界の両方と交叉した。特にプラズマ溶射鋳
造されたルネ80の場合には、ビーム直径が結晶
粒径の約4倍であることから考えればそれは当然
であつた。 コバルトはニツケル中において本質的に偏析し
ない元素であり、従つてかかるデータ中における
ばらつきの度合の指標としてコバルト濃度の変動
を使用することができる。プラズマ溶射鋳造され
たルネ80の場合、Ti,AlおよびCr濃度の変動
(すなわちミクロ偏析または化学的不均質性の度
合)は正常のばらつきより約2〜3%高いだけで
ある。通常のごとくに融解鋳造されたルネ80の
場合、CrおよびAl濃度の変動は正常のばらつき
より約11%高く、またTi濃度の変動は正常のば
らつきより約70%高かつた。それ故、第4表のデ
ータによれば、通常のごとくに融解鋳造されたル
ネ80に比べると溶射鋳造されたルネ80はミク
ロ偏析や化学的不均質性を実質的に示さないこと
がわかる。
Table: The plasma spray cast parts of Examples 1-4, 6 and 7 all exhibited essentially the same microstructural properties. That is, in the as-plasma spray cast state, the grain size is typically about 0.2 to about 0.5μ.
Moreover, the microstructure was chemically homogeneous with virtually no microsegregation. Although no test was conducted, Rene 80 of Example 5
The microstructure of the thin-walled tubular member is also expected to be the same as in other embodiments. The microstructure of a Rene 80 plate member plasma spray cast according to the method and procedure of Example 1 is shown in Figure 10, which is similar to the microstructure of the superalloy as it was plasma spray cast. This is a typical example. If you look at Figure 10, which is a transmission electron micrograph (40000X) of a thin plate specimen, it is approximately 0.2
Ultra-fine grain sizes in the range ~0.5μ are evident. Fig. 10 also shows that the grain boundaries and the interior of the grains are substantially free of precipitates and segregation, and therefore the microstructure is chemically homogeneous with virtually no microsegregation. I also understand.
Unfused particles may occasionally be found in the microstructure of the as-cast superalloy components of the present invention due to thermal spray equipment or powder disturbance. However, after heat treatment at 2100° C. (1150° C.) for 2 hours, no such particles remain. Note that in order to inspect the plasma spray cast member, it is necessary to use an electron microscope instead of a normal optical microscope. This is because the crystal grain size of such a member is extremely fine and exceeds the resolution of an optical microscope. To demonstrate the chemical homogeneity and absence of microsegregation in the plasma spray cast Rene 80 of FIG. 10, electron microprobe X-ray fluorescence data were determined as shown in Table 4. In Table 4, plasma spray cast Rene 80 is compared to conventionally melt cast Rene 80 having an average grain size of about 60 mils (1525 microns). The data in Table 4 were determined by stepwise scanning a beam of diameter 1-3μ across the sample, with scan intervals of 50μ for conventionally melt-cast Rene 80 and For spray cast Rene 80 it was 1μ. In both cases, the beam intersected both grains and grain boundaries. Especially in the case of Rene 80, which was cast by plasma spraying, this was natural considering that the beam diameter was about four times the crystal grain size. Cobalt is an essentially non-segregating element in nickel, so variations in cobalt concentration can be used as an indicator of the degree of dispersion in such data. For plasma spray cast Rene 80, the variation in Ti, Al, and Cr concentrations (ie, the degree of microsegregation or chemical heterogeneity) is only about 2-3% higher than normal variation. For Rene 80 which was melt cast as usual, the variation in Cr and Al concentrations was about 11% higher than the normal variation, and the variation in Ti concentration was about 70% higher than the normal variation. Therefore, the data in Table 4 shows that spray cast Rene 80 exhibits substantially no microsegregation or chemical heterogeneity compared to conventionally melt cast Rene 80.

【表】 第11図は、第10図の場合と同様にしてプラ
ズマ溶射鋳造した後に2190〓(1200℃)で2時間
の熱処理を施したルネ80の薄板試験片の透過電
子顕微鏡写真(20000X)である。結晶粒は約5μ
の平均結晶粒度にまで成長したが、それでも通常
のごとくに融解鋳造されたルネ80の場合に比べ
ればまだ小さい。結晶粒の内部にはγ′相の析出物
が認められる。より低い温度下での熱処理、たと
えば実施例1に記載された2100〓(1150℃)で2
時間の熱処理によれば、結晶粒の成長は一層少な
くて、得られる結晶粒度は約2.0〜約3.0μ程度で
ある。理論的に言えば、高温熱処理の均質化効果
のためにミクロ偏析もなお一層少なくなる。ルネ
80がγ′相の析出によつて強化されることから考
えれば、高温下での結晶粒に対するこの超合金の
安定性は予想されることであつた。 ここで、γ′相によつて強化されないニツケル基
超合金IN617の挙動を比較してみよう。実施例1
の手順に従つてプラズマ溶射鋳造されたIN617
は、プラズマ溶射鋳造法によつてその他の超合金
から製造された部材と同じく超微細な結晶粒度
(0.2〜0.5μ)を有していた。また、プラズマ溶射
鋳造されたIN617の室温下における引張特性は通
常のごとくに融解鋳造されたIN617の場合よりも
かなり良好であつた。たとえば、UTSは7.80×
103Kg/cm2(111ksi)に対して9.98×103Kg/cm2
(142ksi)であり、またEFAILは34%に対して54%
であつた。しかしながら、通常のごとくに融解鋳
造されたIN617およびプラズマ溶射鋳造された
IN617は1650〓(600℃)で試験した場合にほぼ
同じ引張特性を示した。このように両者がほぼ等
しい挙動を示したことは、試験中に結晶粒の成長
が起こつたことによるものである。2280〓(1250
℃)での熱処理を施したところ、プラズマ溶射鋳
造されたIN617の結晶粒は著しく成長した。かか
る熱処理後においては、室温および1650〓(900
℃)のいずれの温度下で試験した場合でも、プラ
ズマ溶射鋳造されたIN617の引張特性は通常のご
とくに融解鋳造されたIN617の引張特性はほとん
ど同じであつた。 本発明のプラズマ溶射鋳造部材は、熱処理前に
おいては、いずれも理論的に可能な値の約97〜約
100%という高い密度を一貫して有していた。従
来の溶射鋳造法によつて製造された部材は、その
全域にわたつて個々の粒子間に隙間、気孔または
空隙を一様に、不規則に、あるいはその両方の状
態で有することが特徴である。このような隙間や
空隙が存在すれば、部材は十分に高い密度または
100%の密度に達することはできない。 熱処理後、たとえば実施例1に記載されたよう
な2100〓(1150℃)で2時間の熱処理後には、本
発明のプラズマ溶射鋳造部材は1%以上高くな
り、従つて最低密度は理論値の約98%となつた。
なお、熱処理によつて試験片の酸素含量は変化し
なかつた。しかし、約1000ppm未満というレベル
では、酸素含量は本発明のプラズマ溶射鋳造部材
の強度特性にとつて重要な因子とはならない。た
だし、酸素含量がそのレベルを越えて過剰になる
と、延性等の超合金の性質に有害な影響を及ぼす
ことがある。そこで、酸素含量が約1000ppm未満
に抑えられれば、超合金はより高い引張強度と良
好な延性を示し、ガスタービン内の部材として使
用できるように耐熱疲労性を備えることが保証さ
れる。 更にまた、本発明のプラズマ溶射鋳造部材の機
械的性質から明らかなごとく、本発明の回転機械
用プラズマ溶射鋳造部品はガスタービンエンジン
のロータ部品およびステータ部品として長期使用
に耐える。とりわけ航空機用エンジンの場合、
816〜982℃(1500〜1800〓)で約1.8×103Kg/cm2
(25ksi)のピツチ線(中心線)応力を通例受ける
回転羽根としてそれは有用である。実際、ガスタ
ービンエンジン用の本発明の超合金製回転羽根、
固定羽根、ノズル、移行部材および円板は、我々
の経験および上記のデータに基づけば、従来技術
に従つて製造された対応品よりも遥かに長い実用
寿命を有することが予想できる。 以上の説明から明らかな通り、本発明のプラズ
マ溶射鋳造製品はガスタービンエンジン部品のご
とき部材の製造に際して機械的変形を必要としな
い。たとえば、第2および3図に示されるような
中空の羽根も外壁および内部部分が所望の厚さを
有するように鋳造可能であり、かつまた上記のご
とく本発明の製品に固有の優れたミクロ組織およ
び物理的性質も得られるのである。このように、
本発明は比較的小形で薄肉の部材への適用に当つ
て特に有用である。とは言え、鋳造品の(たとえ
ば鍛造による)機械的変形が不要となることを考
えれば、本発明を大形で厚肉の部材に適用しても
実質的な利益を得ることができる。 本明細書中に示された結晶粒度は、直線交叉法
として知られる方法を用いて透過電子顕微鏡写真
(たとえば第10および11図)から求めた値で
ある。なお、溶射面に対して平行に見た場合の結
晶粒は第10および11図に見られるごとく等軸
晶系の外観を有するのが通例であるけれど、結晶
粒度は結晶粒の「直径」として報告されている。 実施例の態様 1 ニツケル基超合金、コバルト基超合金および
鉄基超合金から成る群より選ばれた超合金から
成るプラズマ溶射鋳造製品において、プラズマ
溶射鋳造されたままの状態の前記超合金が約
1000ppm未満の酸素含量、理論値の約97%を越
える密度、約0.2〜約0.5μの範囲内の結晶粒度、
およびミクロ偏析を実質的に示さない化学的に
均質なミクロ組織を有することを特徴とするプ
ラズマ溶射鋳造製品。 2 ニツケル基超合金、コバルト基超合金および
鉄基超合金から成る群より選ばれた超合金から
成るプラズマ溶射鋳造製品において、前記超合
金が約1000ppm未満の酸素含量、理論値の約98
%を越える密度、約0.5〜約5.0μの範囲内の結
晶粒度、およびミクロ偏析を実質的に示さない
化学的に均質なミクロ組織を有することを特徴
とするプラズマ溶射鋳造製品。 3 ニツケル基超合金、コバルト基超合金および
鉄基超合金から成る群より選ばれた超合金から
成る回転機械用プラズマ溶射鋳造製品におい
て、プラズマ溶射鋳造さたままの状態の前記超
合金が約1000ppm未満の酸素含量、理論値の約
97%を越える密度、約0.2〜約0.5μの範囲内の
結晶粒度、およびミクロ偏析を実質的に示さな
い化学的に均質なミクロ組織を有することを特
徴とする回転機械用プラズマ溶射鋳造部品。 4 ニツケル基超合金、コバルト基超合金および
鉄基超合金から成る群より選ばれた超合金から
成る回転機械用プラズマ溶射鋳造製品におい
て、前記超合金が約1000ppm未満の酸素含量、
理論値の約98%を越える密度、約0.5〜約5.0μ
の範囲内の結晶粒度、およびミクロ偏析と実質
的に示さない化学的に均質なミクロ組織を有す
ることを特徴とする回転機械用プラズマ溶射鋳
造部品。 5 ガスタービンロータ部品、ガスタービンステ
ータ部品またははずみ車60である第3または
4項記載の回転機械用プラズマ溶射鋳造部品。 6 前記ガスタービンロータ部品がニツケル基超
合金から成る回転羽根10,20またはガスタ
ービン円板50である第5項記載の回転機械用
プラズマ溶射鋳造部品。 7 前記ガスタービンステータ部品が固定羽根で
ある第5項記載の回転機械用プラズマ溶射鋳造
部品。 8 前記羽根20が使用時に冷却材を流すための
少なくとも1つの通路22,23を有する中空
の構造物である第6項記載の回転機械用プラズ
マ溶射鋳造部品。 9 ニツケル基超合金、コバルト基超合金および
鉄基超合金から成る群より選ばれた少なくとも
第1および第2の超合金から成り、前記第1の
超合金は前記第2の超合金と異なる組成を有
し、しかも前記第1の超合金の第1の層が前記
第2の超合金の第2の層上に隣接して位置する
ようなプラズマ溶射鋳造複合製品において、プ
ラズマ溶射鋳造されたままの状態の前記第1お
よび第2の超合金が約1000ppm未満の酸素含
量、理論値の約97%を越える密度、約0.2〜約
0.5μの範囲内の結晶粒度、およびミクロ偏析を
実質的に示さない化学的に均質なミクロ組織を
有することを特徴とするプラズマ溶射鋳造複合
製品。 10 ニツケル基超合金、コバルト基超合金および
鉄基超合金から成る群より選ばれた少なくとも
第1および第2の超合金から成り、前記第1の
超合金は前記第2の超合金と異なる組成を有
し、しかも前記第1の超合金の第1の層が前記
第2の超合金の第2の層上に隣接して位置する
ようなプラズマ溶射鋳造複合製品において、前
記第1および第2の超合金が約1000ppm未満の
酸素含量、理論値の約98%を越える密度、約
0.5〜約5.0μの範囲内の結晶粒度、およびミク
ロ偏析を実質的に示さない化学的に均質なミク
ロ組織を有することを特徴とするプラズマ溶射
鋳造複合製品。 11 前記プラズマ溶射鋳造複合製品が複数の中空
通路22,23を有する羽根20である場合に
おいて、前記第2の超合金の前記第2の層21
が前記中空通路の少なくとも1つを規定するよ
うに成形されており、前記第1の超合金の前記
第1の層25が前記中空通路を包囲しかつ内周
面27および外周面26を有し、前記外周面が
前記羽根の形状を規定し、しかも前記内周面の
少なくとも一部分が前記第2の超合金の前記第
2の層の少なくとも一部分上に隣接して位置し
ている第10項記載のプラズマ溶射鋳造複合製
品。
[Table] Figure 11 is a transmission electron micrograph (20000X) of a thin plate specimen of Rene 80 that was subjected to plasma spray casting in the same manner as in Figure 10 and then heat treated at 2190°C (1200℃) for 2 hours. It is. Crystal grain size is approximately 5μ
However, this is still smaller than the average grain size of Rene 80, which is melt-cast as usual. Precipitates of γ′ phase are observed inside the crystal grains. Heat treatment at lower temperatures, e.g.
According to the heat treatment for several hours, the growth of crystal grains is less, and the obtained crystal grain size is about 2.0 to about 3.0μ. Theoretically speaking, microsegregation will also be even lower due to the homogenizing effect of the high temperature heat treatment. Given that Rene 80 is strengthened by precipitation of the γ' phase, the stability of this superalloy to grains at elevated temperatures was expected. Let us now compare the behavior of the nickel-based superalloy IN617, which is not strengthened by the γ′ phase. Example 1
IN617 plasma spray cast according to the procedure of
had the same ultrafine grain size (0.2-0.5μ) as parts made from other superalloys by plasma spray casting. Also, the tensile properties of plasma spray cast IN617 at room temperature were significantly better than those of conventionally melt cast IN617. For example, UTS is 7.80×
9.98×10 3 Kg/cm 2 for 10 3 Kg/cm 2 (111ksi)
(142ksi) and E FAIL is 54% vs. 34%
It was hot. However, IN617 is melt cast as usual and plasma spray cast
IN617 exhibited approximately the same tensile properties when tested at 1650°C (600°C). The fact that the two exhibited almost equal behavior is due to the fact that crystal grains grew during the test. 2280〓(1250
When subjected to heat treatment at temperatures (℃), the grains of plasma spray cast IN617 grew significantly. After such heat treatment, the temperature at room temperature and 1650〓(900〓
The tensile properties of plasma spray cast IN617 were almost the same as those of conventional melt cast IN617 when tested at any temperature (°C). Before heat treatment, the plasma sprayed cast member of the present invention has a theoretically possible value of about 97 to about 97%.
It consistently had a high density of 100%. Components manufactured by conventional thermal spray casting methods are characterized by having gaps, pores, or voids between individual particles uniformly, irregularly, or both over their entire area. . If such gaps or voids exist, the member will have a sufficiently high density or
It is not possible to reach 100% density. After heat treatment, for example at 2100° C. (1150° C.) for 2 hours as described in Example 1, the plasma sprayed cast parts of the present invention are more than 1% higher and therefore have a minimum density of approximately It became 98%.
Note that the oxygen content of the test piece did not change due to the heat treatment. However, at levels below about 1000 ppm, oxygen content is not a significant factor in the strength properties of the plasma spray cast parts of the present invention. However, excess oxygen content beyond that level can have a detrimental effect on superalloy properties such as ductility. Thus, keeping the oxygen content below about 1000 ppm ensures that the superalloy exhibits higher tensile strength, good ductility, and thermal fatigue resistance for use as components in gas turbines. Furthermore, as is clear from the mechanical properties of the plasma sprayed cast parts of the present invention, the plasma sprayed cast parts for rotating machinery of the present invention can withstand long-term use as rotor and stator parts of gas turbine engines. Especially in the case of aircraft engines,
Approximately 1.8×10 3 Kg/cm 2 at 816-982℃ (1500-1800〓)
It is useful as a rotating vane that typically experiences pitch line (centerline) stresses of (25 ksi). In fact, the superalloy rotor blade of the present invention for a gas turbine engine,
The stationary vanes, nozzles, transition members and disks can be expected, based on our experience and the data above, to have a much longer service life than their counterparts manufactured according to the prior art. As can be seen from the foregoing description, the plasma spray cast products of the present invention do not require mechanical deformation during the manufacture of components such as gas turbine engine components. For example, hollow vanes such as those shown in FIGS. 2 and 3 can also be cast with the outer wall and inner portion having the desired thickness, and also the superior microstructure inherent in the products of the present invention as described above. and physical properties can also be obtained. in this way,
The present invention is particularly useful in applications to relatively small, thin-walled components. However, the present invention can also be applied to large, thick-walled components with substantial benefits, given that no mechanical deformation of the casting (e.g., by forging) is required. The grain sizes shown herein are values determined from transmission electron micrographs (eg, Figures 10 and 11) using a method known as the linear crossover method. When viewed parallel to the sprayed surface, crystal grains usually have an equiaxed appearance as shown in Figures 10 and 11, but the grain size is defined as the "diameter" of the crystal grains. It has been reported. Embodiment Aspect 1 A plasma spray cast product comprising a superalloy selected from the group consisting of nickel-based superalloys, cobalt-based superalloys and iron-based superalloys, wherein said superalloy in the as-plasma spray cast state is about
Oxygen content less than 1000ppm, density greater than about 97% of theoretical value, grain size within the range of about 0.2 to about 0.5μ,
and a plasma spray cast product characterized by having a chemically homogeneous microstructure that exhibits substantially no microsegregation. 2. In a plasma spray cast product comprising a superalloy selected from the group consisting of nickel-based superalloys, cobalt-based superalloys, and iron-based superalloys, said superalloy has an oxygen content of less than about 1000 ppm, a theoretical value of about 98
%, a grain size within the range of about 0.5 to about 5.0 microns, and a chemically homogeneous microstructure exhibiting substantially no microsegregation. 3. In a plasma spray casting product for rotating machinery made of a superalloy selected from the group consisting of a nickel-based superalloy, a cobalt-based superalloy, and an iron-based superalloy, the superalloy in a state as it is plasma sprayed and cast is about 1000 ppm. Oxygen content less than the theoretical value of approx.
A plasma sprayed cast part for rotating machinery characterized by having a density greater than 97%, a grain size within the range of about 0.2 to about 0.5 microns, and a chemically homogeneous microstructure exhibiting substantially no microsegregation. 4. A plasma spray cast product for rotating machinery comprising a superalloy selected from the group consisting of a nickel-based superalloy, a cobalt-based superalloy, and an iron-based superalloy, wherein said superalloy has an oxygen content of less than about 1000 ppm;
Density exceeding about 98% of the theoretical value, about 0.5 to about 5.0μ
Plasma sprayed cast parts for rotating machinery characterized by having a grain size in the range of , and a chemically homogeneous microstructure exhibiting substantially no microsegregation. 5. The plasma sprayed cast part for a rotating machine according to item 3 or 4, which is a gas turbine rotor part, a gas turbine stator part, or a flywheel 60. 6. The plasma spray cast part for a rotating machine according to claim 5, wherein the gas turbine rotor part is a rotating blade 10, 20 or a gas turbine disc 50 made of a nickel-based superalloy. 7. The plasma spray cast part for a rotating machine according to item 5, wherein the gas turbine stator part is a fixed blade. 8. Plasma spray cast part for a rotating machine according to claim 6, wherein the vane 20 is a hollow structure having at least one passage 22, 23 for the flow of coolant during use. 9 consisting of at least a first and a second superalloy selected from the group consisting of a nickel-based superalloy, a cobalt-based superalloy, and an iron-based superalloy, the first superalloy having a different composition from the second superalloy; and wherein a first layer of said first superalloy is located adjacent to a second layer of said second superalloy, said plasma spray cast as-cast composite article The first and second superalloys have an oxygen content of less than about 1000 ppm, a density of greater than about 97% of theoretical, about 0.2 to about
A plasma spray cast composite product characterized by having a grain size in the range of 0.5μ and a chemically homogeneous microstructure that is substantially free of microsegregation. 10 consisting of at least a first and a second superalloy selected from the group consisting of a nickel-based superalloy, a cobalt-based superalloy and an iron-based superalloy, the first superalloy having a different composition from the second superalloy; and wherein a first layer of said first superalloy is located adjacently on a second layer of said second superalloy. The superalloy has an oxygen content of less than about 1000 ppm, a density exceeding about 98% of the theoretical value, about
A plasma spray cast composite product characterized by having a grain size in the range of 0.5 to about 5.0 microns and a chemically homogeneous microstructure that is substantially free of microsegregation. 11 said second layer 21 of said second superalloy where said plasma spray cast composite product is a vane 20 having a plurality of hollow passages 22, 23;
is shaped to define at least one of the hollow passageways, and the first layer 25 of the first superalloy surrounds the hollow passageways and has an inner circumferential surface 27 and an outer circumferential surface 26. 11. The outer circumferential surface defines the shape of the vane, and at least a portion of the inner circumferential surface is located adjacently on at least a portion of the second layer of the second superalloy. plasma spray casting composite products.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は低圧・高速プラズマ溶射鋳造法によつ
てニツケル基超合金から製造されかつ全体がニツ
ケル基超合金から成る中実構造物を成す羽根の立
面図、第2図は銅製の心型アセンブリ上にプラズ
マ溶射鋳造を行つてから選択的な化学溶解によつ
て心型アセンブリを除去したために第1図の羽根
と違つて中空であるような羽根の部分断面立面
図、第3図はプラズマ溶射鋳造法によつて羽根を
形成してから銅製の心型アセンブリを除去するこ
とによつて生じた内部通路を示す第2図中の線3
−3に沿つた横断面図、第4図はプラズマ溶射鋳
造法によつて第2および3図の羽根を製造するた
めの銅製心型アセンブリの斜視図、第5図は低
圧・高速プラズマ溶射鋳造法によつて製造された
模擬ガスタービン円板の略斜視図、第6図は低
圧・高速プラズマ溶射鋳造法によつて製造された
はずみ車の斜視図、第7図は実施例1に記載のご
とくプラズマ溶射鋳造によつて得られたIN738試
験片の0.2%耐力強度を試験温度に対してプロツ
トしたグラフ、第8図は実施例1に記載のごとく
プラズマ溶射鋳造によつて得られたIN738試験片
の破断点伸びを試験温度に対してプロツトしたグ
ラフ、第9図は熱疲労試験用の二重くさび形試験
片の略図、第10図はプラズマ溶射鋳造されたま
まのルネ80の薄板試験片の透過電子顕微鏡写真
(40000X)、そして第11図はプラズマ溶射鋳造
後に2190〓(1200℃)で2時間の熱処理を施した
ルネ80の薄板試験片の透過電子顕微鏡写真
(20000X)である。 図中、10は中実の羽根、11はプラツトホー
ム、12は基部、20は中空の羽根、21は内部
の壁体、22および23は冷却材の通路、25は
外殻、26は外周面、27は内周面、40は心型
アセンブリ、41,42および44は心型セグメ
ント、50は模擬円板、51は基体、そして60
ははずみ車を表わす。
Figure 1 is an elevational view of a vane manufactured from a nickel-based superalloy by a low-pressure, high-velocity plasma spray casting method and comprising a solid structure entirely made of the nickel-based superalloy, and Figure 2 is an elevational view of a blade made of a copper core. FIG. 3 is a partial cross-sectional elevation view of a vane which, unlike the vane of FIG. 1, is hollow due to plasma spray casting on the assembly and subsequent removal of the core assembly by selective chemical dissolution. Line 3 in Figure 2 shows the internal passageway created by removing the copper core assembly after forming the vane by plasma spray casting.
Figure 4 is a perspective view of a copper core assembly for producing the blades of Figures 2 and 3 by plasma spray casting; Figure 5 is a low-pressure, high-velocity plasma spray casting. FIG. 6 is a perspective view of a flywheel manufactured by low-pressure, high-speed plasma spray casting method, and FIG. 7 is a schematic perspective view of a simulated gas turbine disk manufactured by the method described in Example 1. A graph plotting the 0.2% yield strength of the IN738 test piece obtained by plasma spray casting against the test temperature. Figure 8 shows the IN738 test piece obtained by plasma spray casting as described in Example 1. Figure 9 is a schematic diagram of a double wedge specimen for thermal fatigue testing; Figure 10 is a diagram of a Rene 80 sheet specimen as plasma spray cast. Transmission electron micrograph (40,000X), and Figure 11 is a transmission electron micrograph (20,000X) of a thin plate specimen of Rene 80 that was heat treated at 2190°C (1200°C) for 2 hours after plasma spray casting. In the figure, 10 is a solid blade, 11 is a platform, 12 is a base, 20 is a hollow blade, 21 is an internal wall, 22 and 23 are coolant passages, 25 is an outer shell, 26 is an outer peripheral surface, 27 is an inner peripheral surface, 40 is a core assembly, 41, 42 and 44 are core segments, 50 is a simulated disk, 51 is a base body, and 60
represents a flywheel.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ニツケル基超合金、コバルト基超合金および
鉄基超合金から成る群より選ばれた超合金から成
る低圧高速度プラズマ溶射鋳造製品であつて、前
記製品は、プラズマ溶射鋳造されたままの状態で
は理論値の97%を越える密度を、さらに熱処理を
うけた状態では理論値の98%を越える密度を有
し、 前記製品の超合金は、プラズマ溶射鋳造された
ままの状態では0.2〜0.5μの範囲内の結晶粒度を、
さらに熱処理をうけた状態では0.5〜5.0μの範囲
内の結晶粒度を有し、1000ppm未満の酸素含量、
およびミクロ偏析を実質的に示さない化学的に均
質なミクロ組織を有することを特徴とする製品。 2 回転機械部品である特許請求の範囲第1項記
載の製品。 3 前記回転機械部品がガスタービンロータ部品
である特許請求の範囲第2項記載の製品。 4 前記回転機械部品がガスタービンステータ部
品である特許請求の範囲第2項記載の製品。 5 前記ガスタービンステータ部品がニツケル基
超合金からなる回転羽根である特許請求の範囲第
3項記載の製品。 6 前記ガスタービンステータ部品が固定羽根で
ある特許請求の範囲第4項記載の製品。 7 前記回転羽根が、使用時に冷却材を流すため
の少なくとも1つの通路を有する中空の構造物で
ある特許請求の範囲第5項記載の製品。 8 前記ガスタービンロータ部品がガスタービン
エンジンデイスクである特許請求の範囲第3項記
載の製品。 9 前記回転機械部品がはずみ車である特許請求
の範囲第2項記載の製品。 10 第1の低圧高速度プラズマ溶射鋳造堆積層
の少なくとも一部分の上に少なくとも第2の低圧
高速度プラズマ溶射鋳造堆積層が重なつて接合構
造をとる複合製品であつて、第1及び少なくとも
第2の堆積層をなすそれぞれの超合金はニツケル
基超合金、コバルト基超合金および鉄基超合金か
らなる群より選ばれるが互いに組成を異にし、し
かも、プラズマ溶射鋳造されたままの状態では
0.2〜0.5μの範囲内の結晶粒度を、熱処理をさら
にうけた状態では0.5〜5.0μの範囲内の結晶粒度
を有し、1000ppm未満の酸素含量、およびミクロ
偏析を実質的に示さない化学的に均質なミクロ組
織を有し、プラズマ溶射鋳造されたままの状態で
は理論値の97%を越える密度を、熱処理をさらに
うけた状態では理論値の98%を越える密度を有す
る複合製品。 11 前記製品が複数の中空通路を有する回転羽
根の形態をとり、前記第1堆積層が少なくとも1
つの前記中空通路を画成し、かかる中空通路を包
囲する前記第2堆積層は内周面と外周面を具え、
前記外周面が前記回転羽根の形状を規定し、しか
も前記内周面の少なくとも一部分が前記第1堆積
層の少なくとも一部分に隣接して接合構造をとつ
ている特許請求の範囲第10項記載の製品。
[Scope of Claims] 1. A low-pressure, high-velocity plasma spray casting product comprising a superalloy selected from the group consisting of a nickel-based superalloy, a cobalt-based superalloy, and an iron-based superalloy, the product comprising: a plasma spray casting product; The product's superalloy has a density greater than 97% of its theoretical value in its as-assembled state and a density greater than 98% of its theoretical value in its heat-treated state; Then, the grain size within the range of 0.2~0.5μ,
In addition, the heat-treated state has a grain size in the range of 0.5-5.0μ, an oxygen content of less than 1000ppm,
and a product characterized in that it has a chemically homogeneous microstructure that exhibits substantially no microsegregation. 2. The product according to claim 1, which is a rotating machine part. 3. The product according to claim 2, wherein the rotating mechanical component is a gas turbine rotor component. 4. The product according to claim 2, wherein the rotating mechanical component is a gas turbine stator component. 5. The product according to claim 3, wherein the gas turbine stator component is a rotating blade made of a nickel-based superalloy. 6. The product of claim 4, wherein the gas turbine stator component is a fixed blade. 7. The product of claim 5, wherein the rotary vane is a hollow structure having at least one passageway for the flow of coolant during use. 8. The article of claim 3, wherein the gas turbine rotor component is a gas turbine engine disk. 9. The product according to claim 2, wherein the rotating mechanical part is a flywheel. 10 A composite product having a bonded structure in which at least a second low-pressure high-velocity plasma spray-cast deposit layer overlaps at least a portion of the first low-pressure high-velocity plasma spray-cast deposit layer, the first and at least second The superalloys forming the deposited layer are selected from the group consisting of nickel-based superalloys, cobalt-based superalloys, and iron-based superalloys, but have different compositions from each other.
a grain size in the range of 0.2 to 0.5μ, with a grain size in the range of 0.5 to 5.0μ after further heat treatment, an oxygen content of less than 1000ppm, and a chemical composition that shows virtually no microsegregation. Composite products with a homogeneous microstructure and a density greater than 97% of the theoretical value in the as-sprayed state and a density greater than 98% of the theoretical value after further heat treatment. 11 said article is in the form of a rotating vane having a plurality of hollow passages, said first deposited layer comprising at least one
the second deposited layer defining two hollow passageways and surrounding the hollow passageways has an inner circumferential surface and an outer circumferential surface;
The product according to claim 10, wherein the outer circumferential surface defines the shape of the rotating blade, and at least a portion of the inner circumferential surface is adjacent to at least a portion of the first deposited layer to form a bonded structure. .
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