特許ウォッチ

公開番号2024177131
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2024092360
出願日2024-06-06
発明の名称チタン合金製タービン部品
出願人ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
代理人個人,個人,個人
主分類C22C 14/00 20060101AFI20241212BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】異なる温度に対応するために、異なるエンジン部品は、異なる材料特性を有する異なる合金で鍛造されており、これにより、部品は、異なる予想される最大半径方向温度および/または軸方向温度に耐える必要がある。
【解決手段】Ti-64から改良されたチタン合金で構成されたタービン部品が提供される。この改質により、厚肉部強度、HCF 能力、クリープ強度、FOD後の低変形を改善し、Ti-17およびTi-6246のこれらの利点に近づきながら、Ti-64の望ましい特性(比較的等方性、比較的低い密度、FODに対する耐性、修復性、低コストなど)が維持される。このようなタービン部品を形成する方法も提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
チタン合金からなるタービン部品であって、
前記チタン合金は、
５．５０重量％～６．９０重量％のアルミニウムと、
３．５０重量％～４．５０重量％のバナジウムと、
０．０１重量％～０．０３重量％の炭素と、
０．２０重量％～０．７０重量％の鉄と、
１．００重量％～１．５０重量％のモリブデンと、
０．１０重量％～０．３０重量％のシリコンと、
０．２１重量％までの酸素と、
０．０１６重量％までの窒素と、
残りのチタンと、
で構成され、
前記チタン合金には銅が実質的に含まれていない、タービン部品。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
チタン合金からなるタービン部品であって、
前記チタン合金は、
５．５０重量％～６．９０重量％のアルミニウムと、
３．５０重量％～４．５０重量％のバナジウムと、
０．０１重量％～０．０３重量％の炭素と、
０．２０重量％～０．７０重量％の鉄と、
１．００重量％～１．５０重量％のモリブデンと、
０．１０重量％～０．３０重量％のシリコンと、
０．２１重量％までの酸素と、
０．０１６重量％までの窒素と、
残りのチタンと、
で構成され、
Ａｌ、Ｏ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｏは、式：４６９．３＋４８．８＊Ａｌ（重量％）＋７４８＊Ｏ（重量％）＋９６．１＊Ｆｅ（重量％）＋１８８＊Ｓｉ（重量％）＋５７．７＊Ｍｏ（重量％）に従って予測される２３°Ｃの０．２％降伏強度が１０００ＭＰａ以下となる量で存在し、或いは、
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｏは、式：１０＾（１．１４９＋０．２１１＊Ｆｅ（重量％）－０．５１４＊Ｓｉ（重量％）＋０．０７６＊Ｍｏ（重量％））に従って予測される２３°Ｃの塑性伸長が１５．０％以上となる量で存在する、タービン部品。
【請求項３】
前記チタン合金には銅が実質的に含まれない、請求項１または２に記載のタービン部品。
【請求項４】
前記チタン合金は、１０００ＭＰａ以上の０．２％降伏強度を有している、請求項１～３のいずれか一項に記載のタービン部品。
【請求項５】
前記チタン合金は、０．２％降伏強度が１０００ＭＰａ～１３８０ＭＰａの０．２％降伏強度を有している、請求項１～４のいずれか一項に記載のタービン部品。
【請求項６】
前記チタン合金は、１０６０ＭＰａ以上の極限引張強度を有している、請求項１～５のいずれか一項に記載のタービン部品。
【請求項７】
前記チタン合金は、１０６０ＭＰａ～１４５０ＭＰａの極限引張強度を有している、請求項１～６のいずれか一項に記載のタービン部品。
【請求項８】
前記チタン合金は、１５．０％以上の塑性伸長を有している、請求項１～７のいずれか一項に記載のタービン部品。
【請求項９】
前記チタン合金は、１５．０％～３０．０％の塑性伸長を有している、請求項１～８のいずれか一項に記載のタービン部品。
【請求項１０】
前記チタン合金は、３．０４８ｍｍ以下の亀裂長さで測定される弾道衝撃耐性を有している、請求項１～９のいずれか一項に記載のタービン部品。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
［優先権情報］
本出願は、２０２３年６月７日に提出された米国仮特許出願第６３／５０６，６１４号に対する優先権を主張し、その全文はあらゆる目的のために本明細書にこの参照により組み込まれる。
続きを表示（約 2,000 文字）【０００２】
本発明は、一般にチタン合金で形成された部品に関する。特に、本明細書に開示されるチタン合金で形成された部品は、ガスタービンなどの回転機械に使用するのに特に適している。
【背景技術】
【０００３】
蒸気タービンエンジンおよび／またはガスタービンエンジンなどの少なくともいくつかの既知の回転機械には、ファンアセンブリ、コンプレッサ、および／またはタービンなどのさまざまなローターアセンブリが含まれており、それぞれのローターアセンブリにはローターアセンブリが含まれているが、これらに限定されない。少なくともいくつかの既知のローターアセンブリには、ディスク、シャフト、スプール、ブレード化されたディスク（「ブレード付きディスク」）、シール、および／または、ブレード付き一体型リング（「ブリング」）、および個々のダブテール接続ブレードなどのコンポーネントが含まれるが、これらに限定されない。このような部品は、ガスタービンエンジン内の軸方向の位置に応じて異なる温度にさらされる可能性がある。
【０００４】
例えば、運転中、少なくともいくつかの既知のガスタービンエンジンは、エンジンの中心縦軸に沿って延在する軸方向の温度勾配にさらされる可能性がある。一般的に、ガスタービンエンジン部品は、エンジンの前方部に向かって低い動作温度にさらされ、エンジンの後方部に向かって高い動作温度にさらされる。そのため、既知のローターアセンブリおよび／またはローターコンポーネントは、通常、エンジン内の意図された位置で予想される最高温度に耐えることができる材料から製造される。
【発明の概要】
【０００５】
異なる温度に対応するために、異なるエンジン部品は、異なる材料特性を有する異なる合金で鍛造されており、これにより、部品は、異なる予想される最大半径方向温度および／または軸方向温度に耐えることができる。より具体的には、既知の回転アセンブリおよび／または回転コンポーネントはそれぞれ、回転アセンブリおよび／または回転コンポーネント全体の予想される最大温度に耐えることができる単一の合金から鍛造されるのが一般的である。例えば、Ｔｉ－１７（Ｔｉ－５Ａｌ－４Ｍｏ－４Ｃｒ－２Ｓｎ－２Ｚｒ）、Ｔｉ－６２４６（Ｔｉ－６Ａｌ－２Ｓｎ－４Ｚｒ－６Ｍｏ）、および、Ｔｉ－６４（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）は、エンジン内での部品の相対的な位置に応じて、ガスタービンエンジン内の回転部品に使用され得る。
【０００６】
Ｔｉ－６４は、製造性が高く、比較的等方性があり、密度が比較的低く、異物損傷（ＦＯＤ）に耐性があり、修理が比較的容易で、コストが比較的低いアルファ／ベータ処理チタン合金である。しかしながら、Ｔｉ－６４は厚肉部の強度と高サイクル疲労（ＨＣＦ）能力が限られている。対照的に、Ｔｉ－１７およびＴｉ－６２４６はベータ処理されており、製造が容易ではなく、ベータ処理の結果として異方性（特に延性）が強く、密度が高く、ＦＯＤ（異物損傷）に対する耐性が低く、修理が容易ではなく、コストが高くなる。しかしながら、Ｔｉ－１７およびＴｉ－６２４６は、厚肉部強度が良好で、ＨＣＦ（高サイクル疲労）能力が優れており、Ｔｉ－６４よりも耐熱性が優れている。
【０００７】
そのため、Ｔｉ－６４の優れた特性（例えば、比較的等方性の特性、比較的低い密度、ＦＯＤに対する耐性、修復可能）と、Ｔｉ－１７およびＴｉ－６２４６の利点（例えば、厚い断面の強度およびＨＣＦ）のいくつかを兼ね備えた低コストのチタン合金が求められている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
当業者に向けた、本発明の完全かつ有効な開示、その最良の形態を含む開示は、添付の図面を参照する本明細書に記載されている。
【０００９】
図１は、本開示の例示的な態様に従ったガスタービンエンジンの断面図である。
図２は、図１に示されるようなガスタービンエンジンに使用するのに適したタービン部品の一例としてのブレードディスクの等角図である。
図３は、図２のブレードディスクのような溶接ゾーンの任意の位置を示す、ブレードディスクの２段の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［定義］
本明細書において「例示的」という語は、「例、事例、または説明として役立つ」という意味で使用される。本明細書において「例示的」として説明されている実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましい、または有利であると解釈されるものではない。また、特に明記されていない限り、本明細書で説明されている実施形態はすべて例示的であると見なされるべきである。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許