(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンケーシングプリフォーム（３０）であって、当該タービンケーシングプリフォームが、
タービンケーシングの部分円筒形壁部（１４）を含む鋳放し本体（１２）であって、壁部が内側表面（１６）と外側表面（２０）とを有しており、ノジュラー鋳鉄を含む鋳放し本体（１２）と、
前記壁部の内側表面（１６）に形成された鋳放しベーンスロット（３２）と
を備えており、鋳放しベーンスロットに近接した前記内側表面（１６）が、１００／ｍｍ2以下の平均黒鉛ノジュール数を有する微細結晶粒鋳放しミクロ組織を有しており、前記鋳放しベーンスロットが、最終スロット輪郭を有する最終ベーンスロットであってその周囲のミクロ組織が前記鋳放しミクロ組織と実質的に同じである最終ベーンスロットを形成するのに十分な深さまでノジュラー鋳鉄が除去されるように構成された鋳放しスロット輪郭を有している、タービンケーシングプリフォーム（３０）。
【請求項２】
前記鋳放しスロット輪郭が、最終スロット輪郭と実質的に同じである、請求項１記載のタービンケーシングプリフォーム（３０）。
【請求項３】
前記鋳放し本体（１２）が、２〜４重量％のＳｉ、３．１５〜３．７１重量％のＣ、及び残部のＦｅと不可避不純物を含む鋳鉄からなる、請求項１又は請求項２記載のタービンケーシングプリフォーム（３０）。
【請求項４】
前記鋳鉄が、４．３８〜４．４９重量％の炭素等価含有量を有する、請求項３記載のタービンケーシングプリフォーム（３０）。
【請求項５】
前記鋳放し本体（１２）の重量と、該鋳放し本体（１２）から形成された最終本体の重量との比が０．７以上である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のタービンケーシングプリフォーム（３０）。
【請求項６】
タービンノズルダイアフラムプリフォーム（５０）であって、当該タービンノズルダイアフラムプリフォームが、
タービンノズルダイアフラム（５０）の部分円筒形壁部（１４）を含む鋳放し本体（１２）であって、該部分円筒形壁部が内側表面（１６）と外側表面（２０）とを有しており、ノジュラー鋳鉄を含む鋳放し本体（１２）と、
前記内側表面（１６）から突出する鋳放しシール部材と
を備えており、鋳放しシール部材に近接した前記内側表面（１６）が、１００／ｍｍ2以下の平均黒鉛ノジュール数を有する微細結晶粒鋳放しミクロ組織を有しており、前記鋳放しシール部材が、最終シール部材輪郭を有する最終シール部材であってその周囲のミクロ組織が前記鋳放しミクロ組織と実質的に同じである最終シール部材を形成するのに十分な深さまでノジュラー鋳鉄が除去されるように構成された鋳放しシール部材輪郭を有している、タービンノズルダイアフラムプリフォーム（５０）。
【請求項７】
前記シール部材（５２）が、前記鋳放し本体（１２）の内側表面から半径方向内側に突出する複数のシール歯（５４）を含む、請求項６記載のタービンノズルダイアフラムプリフォーム（５０）。
【請求項８】
前記部分円筒形壁部が、両端部（６８）を有する基部（６４）と２つの脚部（６６）とを含む略Ｕ字形輪郭（６２）を有し、各脚部が両端部（６８）の一方から半径方向外側に延在し、前記複数のシール歯（６０）が、前記基部（６４）の内側表面から半径方向内側に突出する、請求項７記載のタービンノズルダイアフラムプリフォーム（５０）。
【請求項９】
前記鋳放し本体（１２）が、１．５〜３重量％のＳｉ、２．７１〜３．１６重量％のＣ、及び残部のＦｅと不可避不純物を含む組成を有し、オーステナイトを基地とし、該基地中に複数の黒鉛ノジュールが分散したミクロ組織を有する鋳鉄を含む、請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載のタービンノズルダイアフラムプリフォーム（５０）。
【請求項１０】
前記鋳放し本体（１２）が、２〜４重量％のＳｉ、３．１５〜３．７１重量％のＣ、及び残部のＦｅと不可避不純物を含む組成を有し、フェライトとパーライトの混合物を基地とし、該基地中に複数の黒鉛ノジュールが分散したミクロ組織を有する鋳鉄を含む、請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載のタービンノズルダイアフラム（５０）プリフォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、産業用ガスタービン及び風力タービンにおけるタービンケーシング及びノズルダイアフラムに関し、さらに具体的には、鋳鉄製ニアネットシェイプタービンケーシング及びノズルダイアフラムプリフォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
高温で作動するタービンケーシングは概して合金鋼製の鋳物又は製品に限定されていた。従来のフェライトダクタイル鋳鉄は、合金鋼よりも安価ではあるが、一般に不十分な特性の組合せを有しているため、先進ガスタービン圧縮機吐出部及びタービンシェルケーシングその他の部品（ノズルダイアフラムなど）には使用することができない。限界としての一面は、これらの部品が砂型鋳物として製造されていることに関連する。ケーシング及びノズルダイアフラムのようなタービン部品に用いられる従来の仕上げ加工砂型鋳物は、機械加工によって複雑な特徴（フィーチャー）を付加しなければならない。ガスタービン及び風力タービンに使用される鋳鉄ケーシング及びノズルダイアフラムの鋳造に現在用いられている従来の砂型鋳造プロセスでは、その本質上、ベーンスロット、ボルト孔及び各種シールを始めとするこれらの特徴は、鋳造プロセスの完了時の大規模な機械加工に依拠している。鋳造よりも機械加工プロセスにコストがかかることは珍しいことではない。しかし、金属学的見地からは、機械削り代のため鋳造寸法を増大させると、鋳造部品の構造的健全性が大きく低下してしまう。機械削り代の大きい大型の鋳物は、凝固及び冷却のための時間がかかり、ダクタイル鉄鋳物に退化黒鉛形成を発生させる恐れがある。更に、大型の鋳物は一般に、可鋳性を向上させるために溶融金属のライザ又は貯蔵器がより多く必要となる。しかし、より多くのライザを付加することはまた、運転寿命の短縮をもたらす伸び及び疲労特性を低減するものとして知られる黒鉛の退化形態を発生させる可能性が高くなる傾向がある。また、望ましい結晶粒組織は一般に、鋳放し表面に近接して見出される。しかし、ガス及び風力タービンに使用される最新の砂型鋳鉄部品は、過度に機械加工されて望ましい結晶粒組織を除去し、多くの場合に内部ミクロ多孔性及び退化黒鉛形態のような望ましくない内部ミクロ組織の特徴及び容積欠陥を露出させている。従って、機械加工プロセスが大幅に低減又は排除され且つ望ましい微細結晶粒ミクロ組織を提供し、望ましくない内部ミクロ組織特徴の生成及び露出が回避される鋳鉄タービン部品を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５１０９６６８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様では、タービンケーシングプリフォームについて開示する。本タービンケーシングプリフォームは、タービンケーシングの部分円筒形壁部を備えた鋳放し本体を含み、該壁部は内側表面及び外側表面を有する。タービンケーシングプリフォームはまた、壁部の内側表面に形成された周方向に延在するベーンスロットを含む。
【０００５】
本発明の別の態様では、タービンノズルダイアフラムプリフォームについて開示する。タービンノズルダイアフラムプリフォームは、タービンノズルダイアフラムの部分円筒形壁部を備えた鋳放し本体を含み、該セクションが内側表面及び外側表面を有する。タービンノズルダイアフラムプリフォームはまた、外側表面又は内側表面の一方から突出する周方向に延在する鋳放しシール部材を含む。
【０００６】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本明細書で開示されるタービンケーシングプリフォームの形態のタービン部品プリフォームの例示的な実施形態の斜視図。
【図２】砂型鋳造によって製造されたベーンスロットの形態の従来技術のタービン部品特徴鋳造の鋳放し及び最終輪郭を示す断面図。
【図３】本明細書で開示されるニアネットシェイプベーンスロットの形態のタービン部品特徴の例示的な実施形態の鋳放し及び最終輪郭を示す、図１のセクション３−３の断面図。
【図４】本明細書で開示されるタービンノズルダイアフラムプリフォームの形態のタービン部品プリフォームの別の例示的な実施形態の斜視図。
【図５】砂型鋳造によって製造された歯状シールの形態の従来技術のタービン部品特徴鋳造の鋳放し及び最終輪郭を示す断面図。
【図６】本明細書で開示されるニアネットシェイプ歯状シールの形態のタービン部品特徴の例示的な実施形態の鋳放し及び最終輪郭を示す、図４のセクション６−６の断面図。
【図７】本明細書で開示される例示的なフェライト／パーライトダクタイル鉄の組成を示す表。
【図８】本明細書で開示される例示的なオーステナイトダクタイル鉄の組成を示す表。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【０００９】
図１〜図８を参照すると、鋳放しタービン部品プリフォーム１０について開示する。鋳放しタービン部品プリフォーム１０は、あらゆる好適な形式の産業用タービンエンジン、詳細には、様々な産業用ガスタービン及び風力タービンエンジンにおける種々のタービン部品の製造に使用することができ、大きな寸法及びセクション厚さを有するタービン部品の製造に特に好適である。鋳放しタービン部品プリフォーム１０は、あらゆる所望のタービン部品のプリフォームとすることができ、タービンケーシングプリフォーム３０及びタービンノズルダイアフラムプリフォーム５０のような円筒形又は部分円筒形タービン部品のプリフォームとして特に適している。タービン部品プリフォーム１０は、部分円筒形壁部１４を備えた鋳放し本体１２を含む。壁部１４は、部分円筒形と呼ばれ、半シリンダ又は全シリンダ構成を含むシリンダのあらゆる軸方向に延在する周方向部分又はセグメント、並びにあらゆる形態の周方向円筒形セグメントを囲むようにする。壁部１４は、シリンダの長手方向軸線１８に近接させて配置された内側表面１６と、長手方向軸線１８から離れるように配置された外側表面２０とを有する。壁部１４は、内側表面１６又は外側表面２０の一方もしくは両表面上の壁部１４内に形成された周方向に延在するニアネットシェイプ鋳放し特徴を含む。例示的な実施形態は、本明細書で説明するように、内側表面１６上に形成された少なくとも１つの周方向に延在する一体形鋳放しニアネットシェイプベーンスロット３２を有する少なくとも部分的に円筒形の鋳放しタービンケーシングプリフォーム３０と、内側表面１６又は外側表面２０の一方もしくは両表面上に形成された周方向に延在する鋳放し突出シール５２を有する部分円筒形鋳放しタービンノズルダイアフラムプリフォーム５０とを含む。
【００１０】
図１及び図３に示すように、例示的な実施形態では、タービンケーシングプリフォーム３０について開示する。タービンケーシングプリフォーム３０は、圧縮機ケース、圧縮機吐出ケース及びタービンシェルを含む、タービンケーシングのあらゆる態様を含むことができる。タービンケーシングプリフォーム３０は、鋳放し本体１２を含む。鋳放しケーシング本体は、タービンケーシングプリフォーム３０の部分円筒形壁部１４を含むことができる。図１及び図３の実施形態では、円筒形（例えば、完全に円筒形）壁部１４は、２つの半円筒形壁部１４を含むものとして示している。別の実施形態では、円筒形壁部１４は、ケーシングプリフォーム（図示せず）の部分円筒形壁部１４のみとすることができる。壁部１４は、シリンダの長手方向軸線１８に近接させて配置された内側表面１６と、長手方向軸線１８から離れるように配置された外側表面２０とを有する。鋳放し壁部１４はまた、内側表面１６上の壁部１４内に形成された周方向に延在する鋳放しベーンスロット３２の形態の周方向に延在する鋳放し特徴２２を含む。鋳放し壁部１４は、わずか１つの周方向に延在する鋳放しベーンスロット３２を含むことができるが、ケーシングプリフォーム３０の長手方向軸線１８に沿って互いに離隔して配置される複数の周方向に延在する鋳放しベーンスロット３２を含んでいてもよい。
【００１１】
ベーンスロット３２は、あらゆる好適な鋳放しスロット輪郭３４を有することができる。例示的な実施形態では、周方向に延在するベーンスロット３２は、図３に示すように、最終スロット輪郭３６又は形状と実質的に同一のものである鋳放しスロット輪郭３４又は形状を有する。例えば、ベーンスロット３２の最終輪郭３６が、矩形又は反転Ｔ字形状ダブテール輪郭３６を含む場合には、鋳放し輪郭３４もまた、矩形又は反転Ｔ字形状ダブテール輪郭３６、すなわち矩形スロットの底部が大きい幅を有するほぼ矩形の輪郭（周方向に対して直交する）スロットを含み、これにより、スロットの底部においてより幅広のチャネルを形成することができる。鋳放し特徴２２は、最終輪郭３６を備えた、すなわち、機械加工、研磨又は他の仕上げ作業を伴わずに直ぐに使用することができる鋳放しスロット輪郭３４を有することができる。鋳放し特徴２２は、仕上げ作業に十分な取り代を与えるように十分な材料を備えた最終スロット輪郭３６又は形状に近似した鋳放しスロット輪郭３４を有することもできる。
【００１２】
図４及び図６に示すように、別の例示的な実施形態では、タービンノズルダイアフラムプリフォーム５０について開示する。本タービンノズルダイアフラムプリフォーム５０は、鋳放し本体１２を含む。鋳放し本体１２は、タービンノズルダイアフラムプリフォーム５０の部分円筒形壁部１４を含む。一実施形態では、部分円筒形壁部１４は、半円筒形又は全円筒形壁部１４を含むことができる。鋳放しセクション１４はまた、内側表面１６、外側表面２０、又は両表面上で壁部１４内に形成されて該壁部１４から突出する周方向に延在する鋳放しシール部材５２の形態の周方向に延在する鋳放し特徴２２を含む。鋳放しセクション１４は、壁部１４から突出する周方向に延在する鋳放しシール部材を１つだけ含むことができるが、周方向に延在するシール部材５２は、複数の周方向に延在するシール部材５２を含むことができる。図６に示す一実施形態では、突出するシール部材５２は、鋳放し本体１２の内側表面１６から半径方向内側に突出した複数のシール歯５４を含む。内側表面１６、外側表面、又は両表面内又はこれらの上には様々なショルダ部５５及びスロット５７のような他の周方向に延在する特徴が形成される。
【００１３】
突出するシール部材５２は、あらゆる好適な鋳放しシール輪郭５６を有することができる。例示的な実施形態では、周方向に延在するシール部材５２は、図６に示すように、最終シール輪郭５８又は形状と実質的に同一のものである鋳放しシール輪郭５６又は形状を有する。例えば、シール部材５２の最終輪郭５８が歯形状輪郭６０を含む場合には、鋳放し輪郭５６もまた、より短い及びより長いシール歯６０の交互する配列のようなパターンで交互する寸法を有する複数のシール歯６０を含むことができる。鋳放し特徴２２は、最終輪郭５８を含む、すなわち、機械加工、研磨又は他の仕上げ作業を伴わずに直接使用することができる鋳放しシール部材輪郭５６を有することができる。図６に示すように、鋳放し特徴２２は、仕上げ作業に十分な取り代を与えるように十分な材料を備えた最終シール輪郭５８又は形状に近似した鋳放しシール部材輪郭５６を有することもできる。一実施形態では、タービンノズルダイアフラムプリフォーム５０は、両端部を有する基部６４と２つの脚部６６とを含む略Ｕ字形輪郭６２を含む部分円筒形壁部１４を有し、各脚部６６は、両端部６８の一方から半径方向外側に延在し、複数の周方向に延在するシール歯６０は、基部６４の内側表面から半径方向内側に突出する。脚部６６はまた、該脚部６６のあらゆる部分上、特に端部７２上で、基部６４から離れて外向き又は内向きに突出する、もしくは両方に突出するリップシール７０を含むことができる。突出するシール部材５２は、最終シール輪郭５８と実質的に同一のものである鋳放しシール輪郭５６を含むあらゆる好適な鋳放しシール輪郭５６を有することができる。一実施形態では、複数の周方向に延在するシール歯６０は、最終歯輪郭７６と実質的に同一のものである鋳放し歯輪郭７４を有することができる。別の実施形態では、周方向に延在するリップシール７０はまた、最終リップ輪郭と実質的に同一のものである鋳放しリップシール輪郭を有することができ、図６の歯状シール輪郭のものと同様に例示される。
【００１４】
様々な実施形態では、タービンケーシングプリフォーム３０又はタービンノズルダイアフラムプリフォーム５０のような開示されたタービン部品プリフォーム１０は、鋳鉄、詳細には様々なグレードのダクタイル鉄で形成された鋳放し本体１２を有する。１つの例示的な実施形態では、鋳鉄は、図７に示すように、約２〜約４重量％のＳｉ、約３．１５〜約３．７１重量％のＣ、及び残部のＦｅと不可避不純物を含む組成を有し、ミクロ組織はフェライトとパーライトの混合物を基地として含んでいて、その中に、複数の黒鉛ノジュール、特に複数の実質的に球状の黒鉛ノジュールが分散している。ダクタイル鉄において、ケイ素は、重量でケイ素の約３分の１が炭素の等量を構成するように、約３対１の重量比で炭素の代わりに結晶格子内に組込むことができる点で炭素等価成分元素として機能する。上述の組成では、鋳鉄は、図７に示すように、約４．３８〜約４．４９重量％の炭素等価含有量を有する。フェライト／パーライト組成物の場合、組成及び炭素等量は、合金が凝固する温度を下げるために共晶組成をもたらすように選択され、これにより温度が共晶反応等温線を下回ったときの溶融中の鋳型内の合金の流動特性及び凝固特性を向上させることができる。
【００１５】
別の例示的な実施形態では、鋳鉄は、図８に示すように、約１．５〜約３重量％のＳｉ、約２．７１〜約３．１６重量％のＣ、及び残部のＦｅと不可避不純物を含む組成を有し、ミクロ組織はオーステナイトを基地として含んでいて、その中に、複数の黒鉛ノジュール、特に複数の実質的に球状の黒鉛ノジュールが分散している。上述の組成では、鋳鉄は、図８に示すように、約３．６６〜約３．７１重量％の炭素等価含有量を有する。オーステナイト組成物の場合、組成及び炭素等量はまた、合金が凝固する温度を下げるために共晶組成をもたらすように選択され、これにより温度が共晶反応等温線を下回ったときの溶融中の鋳型内の合金の流動特性及び凝固特性を向上させることができる。
【００１６】
上述のように、ミクロ組織は、組成に応じてフェライト又はオーステナイトとすることができる鉄を多く含む基地中に分散した略球状の黒鉛ノジュールを有するノジュラー鋳鉄のものである。一実施形態では、タービンケーシングプリフォーム３０又はタービンノズルダイアフラムプリフォーム５０のような開示されたタービン部品のミクロ組織には、黒鉛の収縮及び退化形態、特にコンパクト黒鉛、低ノジュール数（過大ノジュール）、分解黒鉛、チャンキー黒鉛、黒鉛浮遊、ノジュールアラインメント、スパイキー黒鉛、フレーク黒鉛又はカーバイドのような、種々の退化黒鉛形態に関連したミクロ多孔性を始めとする欠陥が実質的に存在しない。このことは、例えば、図２及び図５を図３及び図６と比較することによって理解することができる。図２及び図５は、砂型鋳造によって製造された鋳鉄タービンケーシング（図２）及びノズルダイアフラム（図５）における鋳放し特徴２２に近接した領域を概略的に示している。図３及び図６は、本明細書に記載するロストフォーム法によって製造された鋳鉄タービンケーシング（図３）及びノズルダイアフラム（図６）における鋳放し特徴２２に近接した領域を概略的に示している。図２及び図５では、タービンケーシング及びノズルダイアフラムのセクション厚さ及び寸法に砂型鋳造法を適合させるのに必要な機械削り代は、ベーンスロット（図２）又は歯状シール（図５）のような鋳放し特徴の形成を極めて困難にし、鋳放し本体１２の鋳放し表面５４において特徴の形成がほとんど又は全くなくなる。従って、特徴は、機械加工によって形成する必要があり、より緩慢な表面下冷却速度に起因して、鋳物の表面に近接した結晶粒層１３から大きな結晶粒寸法を有する層１５又は表面下領域を露出させる深さまで材料が取り除から、このことはまた、ミクロ多孔性及び退化黒鉛形態のような容積欠陥を含む可能性がある。このような層の露出により、疲労過程において、詳細にはケース／ベーン及びノズルダイアフラムが取り付けられて、タービンが作動しているときに亀裂発生部位として作用し、これによりこれらの部品の運転寿命が短くなる欠陥が露出される。
【００１７】
これとは対照的に、図３及び図６では、タービンケーシング及びノズルダイアフラムのセクション厚さ及び寸法にロストフォーム鋳造法を適合させるのに必要な機械削り代により、タービンケーシングにおけるベーンスロット、及びノズルダイアフラムにおける歯状シール又はリップシールのような鋳放し特徴の形成が可能になり、特徴を鋳放し本体１２の鋳放し表面内に形成してニアネットシェイプ特徴として鋳放しベーンスロット輪郭３４又は鋳放しシール輪郭５６を提供できるようにし、鋳放しベーンスロット輪郭３４又は鋳放しシール輪郭５６の形状が、それぞれ実質的に同じ最終ベーンスロット輪郭３６又は最終シール輪郭５８であるようになる。この場合には、機械加工することによって特徴をほぼ完全に形成する必要がなく、鋳物の表面に近接した結晶粒層１３から大きな結晶粒寸法を有し且つミクロ多孔性及び退化黒鉛形態のような容積欠陥を含む層１５を露出させる深さまで材料を取り除く必要がない。このことは、疲労過程において亀裂発生部位として作用する可能性がある欠陥を低減させ、本明細書で開示したタービンケーシング３０及びノズルダイアフラム５０の作動寿命を向上させる傾向をもたらす。
【００１８】
例示的な実施形態では、鋳放しタービン部品プリフォーム１０は、約１００／ｍｍ2以下の平均ノジュール数を有する微細結晶粒鋳放しミクロ組織を有し、より詳細には、ベーンスロット３２又はシール部材５２のような鋳放し特徴２２に近接した結晶粒ミクロ組織を有する。鋳放し特徴２２に近接した結晶粒ミクロ組織は、機械削り代よりも大きな深さまで延在して、取り代が除去された後でも結晶粒ミクロ組織が残るようにする。このことにより、特徴２２に近接した望ましい結晶粒ミクロ組織が得られ、これにより最終タービンケーシングの疲労耐性が向上する。
【００１９】
砂型鋳造によって製造される鋳鉄タービン部品は、その大きなセクション厚さに起因して大きな取り代を必要とし且つ鋳放しスロット輪郭を有するベーンスロット３２及び鋳放し歯輪郭５６を有するシール部材５２のような特徴２２の組込みが阻止されることとは対照的に、タービンケーシングプリフォーム３０及びノズルダイアフラムプリフォーム５０のような、本明細書で説明されるタービン部品は、ニアネットシェイプに鋳造され、従って、ニアネットシェイプベーンスロット３２又はニアネットシェイプシール部材５２のようなニアアネット特徴２２を組込むことも可能となる。砂型鋳造タービン部品プリフォーム１０と本明細書で説明するタービン部品プリフォーム１０との間の差違もまた、これらの量の比として最終部品の重量を鋳放し部品プリフォーム１０の重量と比較することにより理解することができる。最終部品の鋳放し本体がある重量を有し、またタービン部品プリフォームがある重量を有し、最終部品の重量対鋳放し本体重量の比は、約０．７以上であり、より詳細には約０．８以上であり、更に詳細には約０．９以上である。
【００２０】
ニアネットシェイプタービン部品プリフォーム１０は、耐火性コーティングされた熱分解可能パターンが鋳造フラスコ内に配置され、ガス透過可能な耐火性パッキング内に埋め込まれ、溶融鋳鉄を導入するよう適切にゲートされる「ロストフォーム法」によって製造することができる。溶融金属の導入は、該溶融金属が耐火性パターンコーティングの形状を呈するようにパターン材料を熱分解する。ロストフォーム法は、発泡ポリスチレン、或いは、溶融金属によって熱分解して発泡ポリスチレンよりも取り出し時により少ないガスを発生させることができる、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）のような他の材料から機械加工により製造することができるパターンを利用する。このパターンは、多孔性のガス透過可能な耐火性材料でコーティングされ、溶融金属がパターン内に鋳込まれるときに取り出されるパターン材料の熱分解によって発生するガスの通路を提供する。この方法を使用して製造されるタービン部品プリフォーム１０の鋳物は、本明細書で説明するニアネットシェイプに鋳造され、これにより従来の砂型鋳造幾何形状に典型的な機械削り代を大幅に低減又は排除することができる。この方法を用いて、約５ＵＳトン以上の質量を有するものを含む、タービンケーシングプリフォーム及びタービンノズルダイアフラムプリフォームのようなタービンエンジン用途で使用される様々な大型タービン部品のダクタイル鉄ケーシングプリフォームを製造することができる。砂型鋳造タービン部品は通常、大きなセクション厚さに起因したミクロ組織完全性を含む低い構造完全性、及びこれらの部品に付加される大きな機械削り代に起因した緩慢な冷却及び凝固特性を有する。大きなセクション厚さ及び必要とされる機械削り代はまた、様々な鋳込み特徴、詳細にはニアネットシェイプ特徴を有する鋳物の製造を制限する。この理由から、鋳鉄の砂型鋳は、タービン部品プリフォームを製造するために広く使用されていない。ニアネットシェイプパターンは、ポリスチレン又はＰＭＭＡのブロックからＣＮＣ機械加工することができる。鋳物の寸法及び複雑さに応じて、これらの複製物は、互いに接着される複数層のポリスチレン発泡体からなることができる。耐火性スラリーを有するパターン組立体をコーティングする前に、これらの複製物は、少量の洗浄剤と混合された水で洗浄され、表面の濡れを促進し、耐火性スラリーでコーティングする際に空洞が生ずるのを防ぐ。このスラリーは一般に、コロイドシリカ、加水分解ケイ酸エチル、ケイ酸カリウム又はケイ酸ナトリウムのバインダと共に微細ジルコンサンドから製造され、溶融金属の流れによって作用される内部圧力及び浸食力を支持するのに充分な強度があり、ガスが逃げるのに充分に透過性である必要がある。その後、スラリーコーティングを有するパターンは、オーブン又は大気中で乾燥される。次いで、これらのパターン組立体は、周りに型取り押し固める鋳型キャスク内に置かれる。通常、鋳型には、反応により発生したガスを逃がすことができ且つ鋳型充填を阻害しないベントが組込まれる。耐火性コーティングを有するパターンが、鋳型キャスク内に置かれて、軽けい石又は樹脂粘結砂のような鋳型材料がパターンの周りに置かれると、発泡パターン内に鋳鉄が鋳込まれ、これにより発泡体を熱分解して鋳鉄の凝固時にタービン部品プリフォーム１０が形成される。
【００２１】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２２】
１０  タービン部品プリフォーム
１２  鋳放し本体
１３  結晶粒層
１４  壁部
１５  層
１６  内側表面
１８  長手方向軸線
２０  外側表面
２２  鋳放し特徴
３０  タービンケーシングプリフォーム
３２  周方向に延在するベーンスロット
３４  鋳放しスロット輪郭
３６  Ｔ字形状ダブテール輪郭
５０  ノズルダイアフラムプリフォーム
５２  突出するシール部材
５４  シール歯
５５  種々のショルダ部
５６  鋳放しシール輪郭
５７  スロット
５８  最終シール輪郭
６０  シール歯
６２  Ｕ字形状輪郭
６４  基部
６６  脚部
６８  両端部
７０  リップシール
７２  端部
７４  鋳放し歯輪郭
７６  最終歯輪郭
【図１】
0006043075.tif 000002
【図２】
0006043075.tif 000003
【図３】
0006043075.tif 000004
【図４】
0006043075.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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