(57)【要約】      （修正有）【課題】例えばターボ機械の回転構成要素のような回転ハードウエアを製作する方法、それらの製作で使用する接合法、及びそれによって形成した回転ハードウエアを提供する。【解決手段】プリフォームは、部分の第１の部分が該部分の第２の部分から半径方向外側方向に位置するように接合することができる接合表面を有する。次にプリフォームを共にイナーシャ溶接してプロフィールを形成し、プロフィールは、他の部分よりもより細粒の材料を含有する固体溶接継手を有する。次に金型４２  ４４を使用してプロフィールを鍛造して鍛造物６０を製造する。金型は、鍛造するステップの間にその中に溶接継手からのより細粒の材料が押出されて該より細粒の材料の鍛造物部分６２  ６４間における鍛造物の継手領域６８をパージする陥凹部５２  ５４を有する。継手領域は、鍛造物の軸方向に変形した粒子を含有する。【選択図】図５
2011167762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線（２０）を有する回転構成要素（１０）を製作する方法であって、
該方法が、前記構成要素（１０）の少なくとも２つの部分（１２、１４）に対応する少なくとも２つのプリフォーム（２２／３２、２４／３４）を製作するステップを特徴とし、ここで、前記プリフォーム（２２／３２、２４／３４）の各々が、そこにおいて該プリフォーム（２２／３２、２４／３４）を前記部分（１２、１４）の第１の部分（１２）が該部分（１２、１４）の第２の部分（１４）から半径方向外側方向に位置するように接合することができる接合表面（２６）を含み、
該方法が、前記プリフォーム（２２／３２、２４／３４）を共にイナーシャ溶接して、プロフィール（４０）を形成しかつ該プリフォームの接合表面（２６）が前記構成要素（１０）の部分（１２、１４）に対応する前記プロフィール（４０）の部分（３２、３４）間に位置した固体溶接継手（２８）を形成するようにするステップをさらに特徴とし、ここで、前記固体溶接継手（２８）が、前記プロフィール（４０）の部分（３２、３４）内における材料と比較してより細粒の材料を含有しかつ該プロフィール（４０）の対向する軸方向表面上に位置した継手表面（５８）を形成し、また次に
該方法が、金型（４２、４４）を使用して前記プロフィール（４０）を鍛造して、前記構成要素（１０）の部分（１２、１４）に対応する鍛造物部分（６２／７２、６４／７４）を備えた鍛造物（６０／７０）を製造するステップをさらに特徴とし、ここで、前記金型（４２、４４）が、第１及び第２の金型空洞（４６、４８）を形成し、前記金型空洞（４６、４８）の少なくとも１つが、前記鍛造するステップの間にその中に前記固体溶接継手（２８）からの前記より細粒の材料が押出されて該より細粒の材料の鍛造物部分（６２／７２、６４／７４）間における前記鍛造物（６０／７０）の継手領域（６８／７８）をパージする陥凹部（５２／５４）を有し、前記継手領域（６８／７８）が、前記鍛造物（６０／７０）の軸方向に変形した粒子を含有する、
方法。
【請求項２】
前記プリフォーム（２２／３２、２４／３４）の接合表面（２６）が、前記プロフィール（４０）の固体溶接継手（２８）が前記構成要素（１０）の回転軸線（２０）に平行でなくかつ前記継手表面（５８）が前記プロフィール（４０）の半径方向に互いにオフセットするように形成されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記固体溶接継手（２８）から前記陥凹部（５２／５４）内に押出された前記材料が、前記鍛造物（６０／７０）の軸方向表面上に環状形フランジ（６９／７９）を形成し、該方法が、前記鍛造物（６０／７０）の軸方向表面から前記環状形フランジ（６９／７９）を取除くステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記金型空洞（４６、４８）の各々が、前記鍛造するステップの間にその中に前記固体溶接継手（２８）からの前記材料が押出されて該溶接継手（２８）内における前記より細粒の材料の鍛造物（６０）をパージする陥凹部（５２、５４）を有することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記プリフォーム（２２／３２、２４／３４）が、異なる合金で形成されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記回転構成要素（１０）が、ガスタービンエンジンの構成要素であり、また前記部分（１２、１４）が、前記構成要素（１０）のリム（１２）及びハブ（１４）を含むことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記構成要素（１０）が、タービン又は圧縮機ディスク（１０）であることを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記継手領域（６８／７８）が、前記リム（１２）及びハブ（１４）を相互連結した前記構成要素（１０）のウェブ（１６）内に位置することを特徴とする、請求項６又は請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記構成要素（１０）の第１の部分（１２）が前記第２の部分（１４）から半径方向外側方向に位置するように該構成要素（１０）をガスタービンエンジン内に据付けるステップをさらに特徴とする、請求項６から請求項８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記請求項１から請求項９記載の方法のいずれかによって形成された回転構成要素（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には接合作業を含む製作方法に関する。より具体的には、本発明は、例えばターボ機械の回転構成要素のような回転ハードウェアを製作する方法、それらの製作で使用する接合法、及びそれらによって形成したハードウェアを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの燃焼器及びタービンセクション内の構成要素は、燃焼器内で発生した高温燃焼ガスにより生じた高い温度においても許容可能な機械的特性を達成するために超合金材料で形成されることが多い。最新式の高圧力比ガスタービンエンジンにおけるより高い圧縮機出口温度もまた、ブレード、スプール、ディスク（ホイール）及びその他の構成要素を含む圧縮機構成要素に対して高性能超合金を使用することを必要とさせる可能性がある。所定の構成要素のための好適な合金組成及び微細組織は、該構成要素が受ける特定の温度、応力及びその他の条件に応じて決まる。例えば、圧縮機スプール、圧縮機ディスク及びタービンディスクのような回転ハードウェアは一般的に、制御した鍛造、熱処理及び表面処理を注意深く行なって制御粒状組織及び所望の機械的特性を実現しなければならない超合金で形成される。これらの用途のための注目すべき超合金には、ニッケルと結合してガンマ（γ）マトリックスを形成するクロム、タングステン、モリブデン、レニウム及び／又はコバルトを主成分として含有しかつニッケルと結合して望ましいガンマプライム析出強化層、主としてＮｉ３（Ａｌ、Ｔｉ）を形成するアルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ及び／又はバナジウムを主成分として含有するガンマプライム（γ’）析出強化ニッケル基超合金が含まれる。ガンマプライムニッケル基超合金の実例には、Ｒｅｎｅ８８ＤＴ（Ｒ８８ＤＴ；米国特許第４，９５７，５６７号）及びＲｅｎｅ１０４（Ｒ１０４；米国特許第６，５２１，１７５号）並びに商標Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）及びＵｄｉｍｅｔ（登録商標）の下で市販されている特定のニッケル基超合金が含まれる。ディスク及びその他の重要なガスタービンエンジン構成要素は、粉末冶金法（Ｐ／Ｍ）、従来型の鋳鍛造処理法、及びスプレー鋳造又は有核鋳造形成法によって製造されたビレットから鍛造されることが多い。鍛造処理は一般的に、成形性を促進するために細粒のビレットに対して行ない、その後、過溶解度（ｓｕｐｅｒｓｏｌｖｕｓ）熱処理を行なって均一な結晶粒（粒子）成長（結晶粒粗大（粗粒）化）を生じさせて、特性を最適化させるようにすることが多い。
【０００３】
当技術分野において公知のタイプのタービンディスク１０を図１に示している。ディスク１０は一般的に、外側リム１２と、中心ハブ１４と、該リム及びハブ１２及び１４間のウェブ１６とを含む。リム１２は、公知に実施法によりタービンブレード（図示せず）を取付けるように構成される。貫通孔の形態になったハブボア１８をハブ１４の中心に設置して、シャフト上にディスク１０を取付けるようにし、従ってハブボア１８の軸線は、ディスク１０の回転軸線と一致している。ディスク１０は、単一合金の一体構造鍛造物として示しており、またそれに限定されないがＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙが製造したＧＥ９０（登録商標）及びＧＥｎｘ（登録商標）商業用エンジンのような高バイパス式ガスタービンエンジンを含む航空機エンジンで使用するタービンディスクを表している。単一合金鍛造物の重量及びコストにより、ガスタービンの回転ハードウェアの鍛造重量及びコストを低減することができる材料、製作方法及びハードウェア設計を開発する要望が促進されてきた。１つの解決法は、圧縮機スプール及びディスク並びにタービンディスクのハブ及びウェブがそれらのリムよりも低い作動温度を有し、従ってリムに必要な特性とは異なる特性を備えた合金で形成することができるという事実によって押し進められている。使用する特定の合金又は複数の合金に応じて、ハブ、ウェブ及びリムに最適な微細組織もまた、異なる可能性がある。例えば、比較的細粒の粒径（粒子サイズ）は、ハブ及びウェブにおいて引張り強度及び耐低サイクル疲労性を向上させるのに最適なものとすることができ、一方、より粗粒の粒子サイズは、リムにおいて耐クリープ性、耐応力破断性及び耐割れ成長性を向上させるのに最適なものとすることができる。
【０００４】
複数合金設計を実施することは、ディスクのハブ及びリムを異なる材料で別個に製作するステップと、次に米国特許出願公開第２００８／０１２０８４２号及び第２００８／０１２４２１０号に開示されているような溶接法又は別の冶金学的接合法によってハブ及びリムを接合するステップとを必要とする。複数合金ディスクを製造するのに、多様な接合法が使用可能であるが、それら各々は、特定の欠点を有する。例えば、電子ビーム（ＥＢ）溶接法は、共に溶接した材料よりも常に脆弱である再凝固溶接ゾーンを形成し、また拡散接合及びロウ付け法によって形成された接合部（継手）もまた、該継手領域に対して機械的金属加工を施さない結果としてそれらが接合した材料よりも脆弱である。イナーシャ溶接のような固体溶接法は、米国特許第６，９６９，２３８号に開示されている。イナーシャ溶接によって形成された継手は、特定の用途に良好に適合しているが、細粒の粒子状態になっており、従ってディスクの高温作動を制限する。さらに、ディスクが、熱処理されてより粗粒の粒子サイズを生じている場合には、イナーシャ溶接継手は、過溶解度熱処理の間に割れ発生及び臨界粒子成長を生じ易くなる。
【０００５】
複数合金ディスク及びスプールを製作する冶金学的接合法のさらに別の実例が、米国特許第５，１０６，０１２号及び第５，１６１，９５０号に開示されている。これらの特許は、別個に形成したディスクの領域を鍛造作業の間にそれによって共に接合することができる鍛造強化接合法と呼ばれる方法について説明している。具体的な実例では、ディスクのリム領域並びにハブ及びウェブ領域のプリフォームは、鍛造金型内に配置され、かつ鍛造ステップの間に該プリフォームの接合部における材料が金型半体のベント内に移動する結果として共に接合される。接合部表面に元々存在する可能性がある欠陥部が、ベント内に流動する材料と共に移動して、得られた接合ディスクから鍛造ステップ後に取除くことができる犠牲リブを形成して、最終部品内に残る接合ラインの部分が、高い一体性を有しかつ実質的に欠陥部のないものとなるようにする。ハブ及びリムプリフォームを接合するのには有効であるが、これらの方法は、それらプリフォームの合せ表面が非常に清浄でありかつ緊密に形状適合しているように該プリフォームを製造するステップと、汚染を回避しながら缶内でプリフォームを注意深く組立てるステップと、鍛造ステップに先立ってプリフォームを熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）するステップとを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，１６１，９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、例えばターボ機械の回転構成要素のような回転ハードウェアを製作する方法、それらの製作で使用する接合法、及びそれによって形成した回転ハードウェアを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によると、回転構成要素を製作する方法は、該構成要素の少なくとも２つの部分に対応する少なくとも２つのプリフォームを製作するステップを含む。プリフォームの各々は、そこにおいて該プリフォームを部分の第１の部分が該部分の第２の部分から半径方向外側方向に位置するように接合することができる接合表面を含む。次にプリフォームを共にイナーシャ溶接して、プロフィールを形成しかつ該プリフォームの接合表面が構成要素の部分に対応するプロフィールの部分間に位置した固体溶接継手を形成するようにする。固体溶接継手は、プロフィールの部分内における材料と比較してより細粒の材料を含有しかつ該プロフィールの対向する軸方向表面上に位置した継手表面を形成する。次に金型を使用してプロフィールを鍛造して、構成要素の部分に対応する鍛造物部分を備えた鍛造物を製造する。金型は、第１及び第２の金型空洞を形成し、金型空洞の少なくとも１つは、鍛造するステップの間にその中に固体溶接継手からのより細粒の材料が押出されて該より細粒の材料の鍛造物部分間における鍛造物の継手領域をパージする陥凹部を有する。継手領域は、鍛造物の軸方向に変形した粒子を含有する。
【０００９】
本発明の別の態様は、回転軸線を有しかつ共に溶接された少なくとも２つの部分を有する回転構成要素である。部分の第１の部分は、該部分の第２の部分から半径方向外側方向に配置される。構成要素の部分間に継手領域が位置し、継手領域は、溶接材料を含まずまた構成要素の部分内における材料と比較してより細粒の材料を含まない。継手領域はまた、鍛造物の軸方向に変形した粒子を含有する。
【００１０】
本発明の技術的効果は、溶接作業を使用して回転構成要素を製造するが、溶接継手に関連するより細粒の材料が構成要素から排除されるようにすることができることである。この態様は、例えばリム及びハブの異なる作動条件に合せて調整するか又はその他の方法で具体的に選択することができる異なる材料で形成したリム及びハブ部分を有する複数合金回転構成要素（ディスク又はスプールのような）を製造する時に有利である。加えて、回転構成要素のリム及びハブ部分間の継手接合部は、過溶解度熱処理時における割れ発生及び臨界粒子成長を含む従来技術に関連する欠点がない状態の向上した特性を有することができる。本発明の方法は、多種多様な合金、熱処理及び鍛造条件に適用して、構成要素のリム及びハブ領域内に異なる粒子サイズ及び組織を得るのを可能にすることができる。
【００１１】
本発明のその他の態様及び利点は、以下の詳細な説明からより良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガスタービンエンジンで使用するタイプのタービンディスクの斜視図。
【図２】本発明の実施形態による、ハブプリフォームに対してリブプリフォームをイナーシャ溶接しまた次に溶接組立体を鍛造することによって、図１のディスクのような回転構成要素を製作するのに実行するステップを示す図。
【図３】本発明の実施形態による、ハブプリフォームに対してリブプリフォームをイナーシャ溶接しまた次に溶接組立体を鍛造することによって、図１のディスクのような回転構成要素を製作するのに実行するステップを示す図。
【図４】本発明の実施形態による、ハブプリフォームに対してリブプリフォームをイナーシャ溶接しまた次に溶接組立体を鍛造することによって、図１のディスクのような回転構成要素を製作するのに実行するステップを示す図。
【図５】本発明の実施形態による、ハブプリフォームに対してリブプリフォームをイナーシャ溶接しまた次に溶接組立体を鍛造することによって、図１のディスクのような回転構成要素を製作するのに実行するステップを示す図。
【図６】本発明の実施形態による、図５の鍛造作業時にディスクの溶接継手内にまたその周りに発生しかつ溶接継手材料がオフセットベント内に移動する材料流れをグラフで示す図。
【図７】本発明の実施形態による、別の鍛造作業によって製造されたディスクの溶接継手内にまたその周りに発生しかつ鍛造ステップ時に溶接継手材料が対向するベント内に移動する材料流れをグラフで示す図。
【図８】本発明の溶接−鍛造方法によって製造することができかつ図６又は図７のいずれかの鍛造プロセスによって製造された環状フランジを除去した後のその外観を示す複数合金ディスクの部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ターボ機械、特に高バイパスガスタービンエンジンのタービン及び圧縮機ディスク並びに圧縮機スプールで使用するタイプの回転ハードウェアに関連して説明する。便宜上、本発明は、特に図１に示すタービンディスク１０に関連して説明するが、本発明の教示及び利点はこの特定のディスク１０に限定されるものではなくまた広範囲の回転ハードウェアに採用しかつ適用することができることを理解されたい。
【００１４】
図２〜図５及び図８は、イナーシャ溶接法を使用してディスク１０を製作するのに関連したステップを示している。図２に示す第１のステップは、リム及びハブプリフォーム２２及び２４を準備することであり、リム及びハブプリフォーム２２及び２４は、次に図３において共にイナーシャ溶接されまた次に図４において機械加工されて、鍛造ステップに備えたディスクプロフィール４０が形成される。ディスクプロフィール４０は次に、図３に示す溶接継手２８を除いたあらゆる箇所でプロフィール４０に実質的に適合した鍛造プレスの金型４２及び４４内に配置される。図５は鍛造作業の結果を示しており、この鍛造作業の間に、材料が溶接継手２８から金型４２及び４４の空洞又はベント５２及び５４内に流動する。最後に、図８は、図５で製造された鍛造物６０の各軸方向面から環状フランジ６９を除去するステップの結果を示しており、この除去するステップの後に、ディスクの仕上げ処理ステップ（例えば、熱処理、音波検査、最終形状への機械加工など）を実施することができる。これらのステップは、以下にさらに詳細に説明する。
【００１５】
図２には、リムプリフォーム２２及びハブプリフォーム２４の部分を断面で示している。ディスク１０は軸対称構成であるので、図２には示していないディスク１０の直径方向反対側部分が存在することを理解されたい。プリフォーム２２及び２４は、粉末冶金法（Ｐ／Ｍ）、従来型の鋳鍛造処理法、及びスプレー鋳造又は有核鋳造形成法によって製造されたビレットを含む様々な公知の方法によって製造することができる。プリフォーム２２及び２４は、それらの鍛造性を促進するような細粒の状態にするのが好ましい。リム及びハブプロフィール３２及び３４の外形は、図２及び図３に図示しており、イナーシャ溶接して最終ディスク１０におけるリム１２、ハブ１４及びウェブ１６の所望のジオメトリに対してより緊密に対応したディスクプロフィール４０（図４）を製造するのに先立って、リム及びハブプリフォーム２２及び２４を鍛造するか又はその他の方法で製作することができることを示している。
【００１６】
プリフォーム２２及び２４は、ガスタービンエンジンのようなターボ機械内にディスク１０を据付けた時に、リム１２、ハブ１４及びウェブ１６が受けることになる作動条件に基づいて選択した多種多様な材料で製作することができる。好適な材料の非限定的な実施例には、前述のガンマプライムニッケル基超合金Ｒ８８ＤＴ及びＲ１０４、並びに商標Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）及びＵｄｉｍｅｔ（登録商標）の下で市販されている特定のニッケル基超合金が含まれる。リム及びハブプリフォーム２２及び２４を異なる合金で製造して、ディスク１０が複数合金構成要素となるようにし、該複数合金構成要素のリム１２、ハブ１４及びウェブ１６が受けることになる異なる作動条件に合せてそれらをより良好に調整した材料で形成することができるようにすることが重要である。また下記に示すように、リム及びハブプリフォーム２２及び２４は、最終物品が異なる粒子成長応答を伴う単一温度熱処理に対応するのを可能にする或いは二重熱処理法を使用してボア１４及びリム１２間に所望の組織の範囲を得るのを可能にする異なる合金で製造することができる。
【００１７】
図２には、プリフォーム２２及び２４を２つの機械加工接合表面２６を有するものとして示しており、図３に示すように、これらの接合表面２６においてイナーシャ溶接による接合ステップを行なう。接合表面２６は、最終ディスク１０の軸線２０と平行以外の角度で配向して、図２に矢印で示すようにハブプリフォーム２４の範囲内に環状形リムプリフォーム２２を組立てかつ係合させるのを可能にする接触（抜け勾配）角度を形成するものと示している。その結果図３に示す得られた溶接継手２８もまた、同じ角度で傾斜している。しかしながら、リム及びハブプリフォーム２２及び２４の接合表面２６は、ディスク軸線２０に平行にすることができることが予測できる。プリフォーム２２及び２４間の組立て及び接触をさらに可能にするために、表面２６は、それらが互いに接触した状態に容易に摺動するようになった形状とするのが好ましい。
【００１８】
図２及び図３のステップによって示したイナーシャ溶接プロセスは、ディスク軸線２０の周りでリムプリフォーム２２及び／又はハブプリフォーム２４を回転させることによって達成される固体溶接法である。便宜上、リムプリフォーム２２を固定状態に保持しかつハブプリフォーム２４を回転させることができる。相対的回転を行ないながら、リム及びハブプリフォーム２２及び２４は共に、該プリフォーム２２及び２４の接合表面２６が接触状態になるまで軸線２０に平行に移動させる。相対的回転を継続すると、接触表面２６が摩擦加熱を生じかつ軸方向に力を加えることにより、リム及びハブプリフォーム２２及び２４の表面２６の下方に位置する領域の温度が、材料の初期溶融温度に到達した温度まで上昇し、それにより該プリフォーム２２及び２４がイナーシャ溶接を生じる。プリフォーム２２及び２４をイナーシャ溶接させるのに必要な溶接初期における軸方向力、相対的回転速度及び入力回転エネルギー並びに必要な相対的移動量は、該プリフォーム２２及び２４の寸法、質量及び材料並びにそれらの接合表面２６の表面積に応じて変化することになる。プリフォーム２２及び２４は、その回転速度が０まで減少しながら該プリフォーム２２及び２４がそれらの接触表面２６に沿って共に結合されるのに十分な時間にわたってそれら条件下での接触状態に保持されて、イナーシャ溶接ステップの間に維持された温度の結果として細粒の材料を含有する固体溶接継手２８を形成する。
【００１９】
溶接プリフォーム２２及び２４によって製造されたディスクプリフォーム３０は、溶接ステップの後に鍛造するか又は機械加工して、図４に示すディスクプロフィール４０を得ることができ、このディスクプロフィール４０のジオメトリは、図５に示す鍛造作業に適しているのが好ましい。それに代えてまた上記のように、プリフォーム２２及び２４は、図２及び図３においてリム及びハブプロフィール３２及び３４の外形で示すように溶接ステップに先立って鍛造するか又は機械加工して、溶接作業がほぼ図４のディスクプロフィール４０を形成するようにすることができる。図５は、図４のディスクプロフィール４０に２つの金型半体４２及び４４内で鍛造作業を加えることによって製造された鍛造物６０を示している。金型空洞４６及び４８が金型半体４２及び４４の合せ表面５０内に形成され、該金型空洞４６及び４８はディスク１０に望ましい最終ジオメトリに緊密に対応して、該最終ディスク１０のリム１２、ハブ１４及びウェブ１６に対応したリム、ハブ及びウェブ部分６２、６４及び６６を備えた鍛造物６０を形成する。しかしながら金型空洞４６及び４８はそれらの表面内に形成された２つの環状形空洞又はベント５２及び５４の結果として、ディスク鍛造物６０の所望のプロフィールから発散している。ベント５２及び５４は同軸であるが異なる直径を有して、該ベント５２及び５４がディスク軸線２０の軸方向に整列しておらず、代りに半径方向に互いにオフセットしているようになるものとして示している。このオフセットは、ディスクプロフィール４０の各軸方向表面における固体溶接継手２８の露出表面５８（図４）が鍛造ステップを開始した時に金型空洞ベント５２及び５４の１つに面することになり、かつ鍛造ステップの間に露出表面５８がベント５２及び５４内に移動するか又は押出されることになるように選択される。
【００２０】
このオフセットの効果は、図６に示すモデル予測としてグラフで示しており、このモデル予測は、ディスクプロフィール４０の溶接継手２８が元々存在していたディスク鍛造物６０の継手領域内に非常に大きな程度の金属流れ（流動）及び粒子変形を示している。図６から明らかなように、鍛造物６０の継手領域６８内における粒子変形は、主として鍛造物６０の軸方向においてプリフォーム２２及び２４の接合表面２６の接触角度並びにそれにより鍛造物６０が製造されたディスクプロフィール４０内における溶接継手２８の角度にほぼ一致している。この変形の効果は、溶接継手２８の鍛造物６０及びそこに存在していた細粒の材料をパージ（清浄化）することである。図５から明らかなように、ベント５２及び５４は、溶接継手２８内に及びそれに直ぐ隣接して位置していた材料で満たされて、鍛造物６０の軸方向面の各々において環状フランジ６９を形成する。鍛造作業は、フランジ６９が溶接継手２８内に元々存在していた細粒の材料を含有するように実施するのが理想的である。この結果は、鍛造作業の間における単純又は複数ストロークによって達成することができる。さらに、ディスクプロフィール４０は、２つのステップで、つまりその中に単一のベント５２又は５４が存在する第１の金型の組を使用してフランジ６９の１つを最初に形成しまた次にその中に他方のベント５２又は５４が存在する第２の金型の組を使用して他方のフランジを形成するように鍛造ステップを実行することができる。次に鍛造物６０の最終機械加工ステップの間にフランジ６９を取除いて、図８に示すようなディスク１０の所望のプロフィールを製造する。
【００２１】
図７は、図６と同様のグラフ図であるが、そのプリフォーム表面及び得られた溶接継手がディスク軸線に平行になったプリフォーム（図示せず）で製造されかつ次にその中でベントが図５に示すように半径方向にオフセットしている代わりに互いに軸方向に整列した金型（図示せず）を使用して鍛造された鍛造物７０のモデル予測を示している。図７から明らかなように、モデルは、ベント内に形成されたフランジ７９が以前は溶接継手内に及びそれに直ぐ隣接して位置していた材料を含有するが、溶接継手材料の大きな量は依然としてリム及びハブ鍛造物７２及び７４間における継手領域７８内に位置していることを予測している。この予測によると、図５のオフセットベント５２及び５４は、溶接継手２８内に元々存在していた細粒の材料の鍛造物をパージするのにより有効であると予想される。上記を考慮して、プリフォーム表面２６の接触角度（図２）並びにベント５２及び５４のオフセットは、共に鍛造プロセスを最適化するように考えられる。接触角度における特に好適な範囲は、ディスク軸線２０に対して約０〜約４５°であると思われ、また好ましい範囲は、約７〜約３０°であると思われる。しかしながら、最適な接触角度は、プリフォーム２２及び２４の材料並びにリム及びハブプリフォーム２２及び２４（又はリム及びハブプロフィール３２及び３４）の寸法を含む様々な要因によって決定されることになると予想される。従って、本発明では、６０°ほどものまた最大約９０°までもの接触角度を使用可能にすることができる。
【００２２】
好適な鍛造及び熱処理条件は、プリフォーム２２及び２４或いはロフィール３２及び３４の特定の材料並びに寸法に応じて決まることになり、特に以下の説明並びに以下に記載した米国特許公報の教示を考慮すると、一般的に当業者の知識及び能力の範囲内にあり、従って、ここでは詳細には説明しないことにする。殆どのケースにおいて、従来型のイナーシャ溶接ステップに関連する細粒のイナーシャ溶接ゾーンを回避しながら、継手領域６８／７８にわたり滑らかに変化する粒子サイズ（粒径）を得ることが、望ましいことになる。
【００２３】
ディスクプロフィール４０に対して実施する鍛造作業は、制御したひずみ及びひずみ速度を使用して行なって、該ディスクプロフィール４０内における溶接継手２８の元々の位置に対応するリム及びハブ部分６２／７２及び６４／７４間の継手領域６８／７８を含む鍛造物６０／７０全体にわたって所望の最終粒子サイズを得ることができる。鍛造パラメータを制御して、金型空洞内におけるベント５２及び５６内への材料流れが、ディスク鍛造物６０／７０の継手２８内の及びその周りの継手領域６８／７８全体のその後の過溶解度熱処理を臨界粒子成長がない状態で行なうことができるようなほぼ超塑性変形の領域の範囲内（しかし、一部の合金の場合には超塑性の領域外で可能である）において制御ひずみ速度で達成されるようにするのが好ましい。例えば、Ｋｒｕｅｇｅｒ他に対する米国特許第４，９５７，５６７号、Ｙｏｏｎ他に対する米国特許第５，５２９，６４３号、Ｒａｙｍｏｎｄ他に対する米国特許第５，５８４，９４７号、Ｂｅｎｚ他に対する米国特許第５，７５９，３０５号、及びＨｕｒｏｎ他に対する米国特許出願公開第２００９／００００７０６号の教示を参照されたい。一般的に、鍛造物６０／７０全体を熱処理して、溶接継手２８の元々の位置を包含した継手領域６８／７８を含む、ほぼ均一な粒子サイズを有する冶金学的に清浄でありかつ完全な過溶解度ディスク１０を製造することが、望ましいことになる。
【００２４】
リム１２、ハブ１４及びウェブ１６内の粒子サイズは、さらに制御することができ、また必要に応じて、ディスクプロフィール４０を製造した方法によって修正することができる。例えば、リム及びハブプロフィール３２及び３４は、溶接ステップに先立って別個に鍛造することができ、またリムプロフィール３２は、ハブプロフィール３４よりも高い温度で比較的緩速な鍛造を行なって、リムプロフィール３２内により粗粒の粒子サイズを生じさせ、その結果リム１２内により粗粒の粒子サイズを形成させることができる。それに加えて又はそれに代えて、リム１２及びハブ１４に異なる過溶解度温度及び／又は安定化／エージング温度を与える二重熱処理を鍛造物６０／７０に対して行なって、該リム１２及びハブ１４内における粒子サイズ及び特性を最適にすることができる。二重熱処理の実例は、米国特許第４，８２０，３５８号、第５，５２７，０２０号、第５，５２７，４０２号及び第６，４７８，８９６号に開示されている。
【００２５】
リム１２及びハブ１４のために選択した合金は、それらの多量元素化学組成（例えば、ガンマプライム溶解度組成及び含有量に影響するような）及びそれらの微量元素化学組成（例えば、粒子細粒化に影響するような）により最適化することができる。それに加えて又はそれに代えて、プリフォーム２２及び２４は、最終物品が制御した熱処理及び単一温度熱処理にさえ応答するのを可能にして或いは応答させてリム１２及びハブ１４内において異なる粒子成長応答を生じさせる異なる合金で製造することができる。
【００２６】
特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者がその他の形態を採用することができることは明らかである。従って、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されることになる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ディスク
１２  リム
１４  ハブ
１６  ウェブ
１８  ハブボア
２０  軸線
２２  プリフォーム
２４  プリフォーム
２６  表面
２８  継手
３０  プリフォーム
３２  プロフィール
３４  プロフィール
４０  ディスクプロフィール
４２  金型
４４  金型
４６  空洞
４８  空洞
５０  表面
５２  ベント
５４  ベント
５８  表面
６０  鍛造物
６２  部分
６４  部分
６６  部分
６８  領域
６９  フランジ
７０  鍛造物
７２  鍛造物
７４  鍛造物
７８  継手領域
７９  フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2011167762000001.pdf