(57)【要約】      （修正有）【課題】多組成の構成部品の異なる組成物間の接合界面に残留応力や新たな相が形成されず、不純物に少ない接合面を形成する部品の製造方法を提供する。【解決手段】第１組成物Ａの第１構成部分４０、第２組成物Ｂの第２構成部分３０、及び第３組成物Ｃの第３構成部分４２を、第１構成部分４０が第２構成部分３０と第１境界を共有し、第２構成部分３０が第３構成部分４２と第２境界を共有するように配置する工程を含む。第１構成部分４０、第２構成部分３０、及び第３構成部分４２は、各々、粉体であるか或いは固体であり、そのため、第１境界及び第２境界は、各々、粉体と隣接した固体である。次いで、第１組成物Ａの第１領域１６、第２組成物Ｂの第２領域１８、及び第３組成物Ｃの第３領域２０を持つ単一の固体の構成部品を形成するように熱間等方圧加圧および／または拡散結合を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多組成構成部品の製造方法において、
第１組成物の第１構成部分、第２組成物の第２構成部分、及び第３組成物の第３構成部分を、前記第１構成部分が前記第２構成部分と第１境界を共有し、前記第２構成部分が前記第３構成部分と第２境界を共有するように配置する、前記第１構成部分、第２構成部分、及び第３構成部分が、各々、粉体又は固体である工程と、
第１組成物の第１領域、第２組成物の第２領域、及び第３組成物の第３領域を持つ単一の固体構成部品を形成するように処理を行う工程とを含み、
前記処理は、熱間等方圧加圧工程及び／又は拡散結合工程を含み、
前記熱間等方圧加圧工程及び／又は拡散結合工程は、
第１の所定時間に亘って第１温度で熱間等方圧加圧を行う工程と、
第２の所定時間に亘って第２温度で熱間等方圧加圧を行う工程とを含み、前記第１温度は前記第２温度よりも低い、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記熱間等方圧加圧工程は、
８５０℃乃至１０００℃の第１温度で１００ＭＰａの圧力を加えながら４時間に亘って熱間等方圧加圧を行う工程と、
γ’相の体積分率が最も低い組成物のγ’ソルバス温度よりも５０°Ｃ低い第２温度で１００ＭＰａの圧力を加えながら２時間に亘って熱間等方圧加圧を行う工程を含む、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記第１境界及び第２境界のうちの少なくとも一方が、粉体と隣接した固体である、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記第１境界及び第２境界は、各々、粉体と隣接した固体である、方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１及び／又は第２の境界は環状である、方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１構成部分及び第３構成部分は粉体であり、前記第２構成部分は固体である、方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１構成部分及び第３構成部分は固体であり、前記第２構成部分は粉体である、方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１構成部分及び第２構成部分が粉体であり、前記第３構成部分が固体であり、又は、前記第１構成部分及び第２構成部分が固体であり、前記第３構成部分が粉体である、方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第２組成物のγ相組成物は、前記第１組成物のγ相組成物及び前記第３組成物のγ相組成物と同様であり、
前記第２組成物の析出強化γ’相の体積分率は、前記第１組成物のγ’相の体積分率と前記第３組成物のγ’相の体積分率との間である、方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第２組成物は、前記第１組成物及び前記第３組成物の混合物である、方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第２組成物は、前記第１組成物又は前記第３組成物と同じである、方法。
【請求項１２】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第２組成物は、前記第１組成物又は前記第３組成物中に存在する元素と同じ純元素である、方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１、第２、及び第３の構成部分は金属合金である、方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１及び／又は第２の境界は、固体と粉体との間の機械的固着を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記構成部品（１０）は、タービンディスク、コンプレッサディスク又はファンディスク、ブレード付きディスク、ブレード付きリング、ブレード付きドラム、又はケーシングである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多組成構成部品（多くの組成物からなる構成部品）の製造方法に関し、詳細には、第１、第２、及び第３の構成部分を含む多組成構成部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定のエンジニアリングの用途では、多くの異なる構成材料（即ち構成部分）を含む一体の構成部品を製造するのが望ましい。下文において、このような構成部品を多組成構成部品と呼ぶ。
【０００３】
ガスタービンエンジンでは、例えば、回転自在のシャフトに取り付けられたタービンディスクにタービンブレードが取り付けられる。エンジンが作動し、シャフトが回転するとき、タービンディスクに不均等条件が加わる。例えば、ディスクの半径方向内部分が露呈される温度は、ディスクの半径方向外部分が露呈される温度よりも低い。
【０００４】
タービンディスクは、ニッケル基超合金で形成されるようになってきている。しかしながら、不均等条件で最適の性能を提供する単一の合金は知られていない。
【０００５】
ＵＳ２００６／０２６２３１  Ａ１には、組成物が半径方向で徐々に変化するタービンディスクを製造するための方法が開示されている。様々な組成物の第１及び第２のニッケル基超合金粉体を容器内で組み合わせ、これらの粉体を、円筒形中空外容器と同心であるが小径の円筒形中空スリップケースによって分離する。スリップケースによって形成された内部分に第１粉体を入れ、スリップケースと外容器との間に形成された外部分に第２粉体を入れる。次いでスリップケースを取り外し、第１及び第２の粉体にプロセスを加え、単一の構成部品を形成する。
【０００６】
この方法は、幾つかの用途では満足のいくものであったが、多くの欠点があった。スリップケースを取り外したとき、第１及び第２の粉体が、小さな移行領域に亘って互いに混合する。第１及び第２の組成物が大幅に異なる場合には、二つの粉体間の界面が最終的なディスクの構造的な弱点となる。更に、不純物が第１及び第２の粉体間に入り込まないようにするため、スリップケースを清浄な環境で取り外すのが重要である。これは実行が困難である。
【０００７】
別の問題点は、多組成構成部品の製造プロセス中、又は多組成構成部品の熱処理中、異なる組成物間の界面に、一つ又はそれ以上の新たな相及び／又は炭化物及び／又は酸化物が形成される場合があるということである。更に別の問題点は、多組成構成部品の異なる組成物間の界面に残留応力が形成される場合があるということである。異なる組成物間の界面の新たな相、炭化物、及び酸化物、及び残留応力は、多組成構成部品の組成物差により生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＵＳ２００６／０２６２３１  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、上述の問題点のうちの少なくとも幾つかを少なくとも或る程度解決する多組成構成部品の製造方法を提供するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば、多組成構成部品の製造方法において、第１組成物の第１構成部分、第２組成物の第２構成部分、及び第３組成物の第３構成部分を、第１構成部分が第２構成部分と第１境界を共有し、第２構成部分が第３構成部分と第２境界を共有するように配置する工程であって、第１構成部分、第２構成部分、及び第３構成部分は、各々、粉体又は固体である工程と、第１組成物の第１領域、第２組成物の第２領域、及び第３組成物の第３領域を持つ単一の固体の構成部品を形成するようにプロセスを行う工程とを含み、このプロセスは、熱間等方圧加圧工程及び／又は拡散結合工程を含み、熱間等方圧加圧工程及び／又は拡散結合工程は、第１の所定時間に亘って第１温度で熱間等方圧加圧を行う工程と、第２の所定時間に亘って第２温度で熱間等方圧加圧を行う工程とを含み、第１温度は第２温度よりも低い、方法が提供される。
【００１１】
熱間等方圧加圧工程は、８５０℃乃至１０００℃の第１温度で１００ＭＰａの圧力を加えながら４時間に亘って熱間等方圧加圧を行う工程と、γ’（ガンマプライム）相の体積分率が最も低い組成物のγ’ソルバス温度よりも５０℃低い第２温度で１００ＭＰａの圧力を加えながら２時間に亘って熱間等方圧加圧を行う工程を含んでいてもよい。
【００１２】
第１境界及び第２境界のうちの少なくとも一方が、粉体と隣接した固体である。第１境界及び第２境界は、各々、粉体と隣接した固体であってもよい。
【００１３】
第１及び／又は第２の境界は環状である。
【００１４】
一実施例では、第１構成部分及び第３構成部分は粉体であり、第２構成部分は固体である。別の実施例では、第１構成部分及び第３構成部分は固体であり、第２構成部分は粉体である。更に別の実施例では、第１構成部分及び第２構成部分が固体であり且つ第３構成部分が粉体である。他の実施例では、第１構成部分及び第２構成部分が粉体であり且つ第３構成部分が固体である。
【００１５】
好ましくは、第２組成物は、第１組成物及び第３組成物と適合性がある。第２組成物のγ相組成物は、第１組成物のγ相組成物及び第３組成物のγ相組成物と同様であり、第２組成物の析出強化γ’相の体積分率は、第１組成物のγ’相の体積分率と第３組成物のγ’相の体積分率との間である。第２組成物は、第１組成物及び第３組成物の混合物であってもよい。第２組成物は、第１組成物又は第３組成物と同じであってもよい。第２組成物は、第１組成物又は第３組成物中に存在する元素と同じ単体(pure element)であってもよい。
【００１６】
好ましくは、第１構成部分、第２構成部分、及び第３構成部分は金属合金である。
【００１７】
第１構成部分、第２構成部分、及び第３構成部分は、製造中、容器内に配置されてもよい。第１及び／又は第２の境界は、固体と粉体との間の機械的固着を含んでもよい。
【００１８】
構成部品は、タービンディスク、コンプレッサディスク又はファンディスク、ブレード付きディスク、ブレード付きリング、ブレード付きドラム、又はケーシングであってもよい。
【００１９】
本発明は、更に、上文中に説明した方法のうちの任意の方法によって形成された、タービン、コンプレッサ、又はファンディスク等の多組成構成部品に関する。
【００２０】
本発明の別の特徴によれば、多組成構成部品の製造方法において、分割部材即ちディバイダを使用して容器を第１及び第２の区画室に分割する工程と、第１組成物の第１粉体を第１区画室に入れる工程及び第３組成物の第２粉体を第２区画室に入れる工程と、単一の固体構成部品を形成するようにプロセスを加える工程とを含み、ディバイダは、第１組成物及び第３組成物と適合性の第２組成物を持つ、方法が提供される。
【００２１】
本発明の更に別の特徴によれば、多組成構成部品の製造方法において、第１組成物の第１固体と第３組成物の第２固体との間に区画室を形成する工程と、粉体を区画室に入れる工程と、単一の固体構成部品を形成するようにプロセスを加える工程とを含み、粉体は、第１組成物及び第３組成物と適合性の第２組成物を持つ、方法が提供される。
【００２２】
本発明は、本明細書中に言及した特徴及び／又は限定の任意の組み合わせを含んでいてもよい（両立しない特徴の組み合わせを除く）。
【００２３】
次に、本発明の実施例を添付図面を参照して単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、タービンディスクの概略図である。
【図２】図２は、多組成物タービンディスクを製造するための構成の概略断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａの方向から見た概略図である。
【図４】図４は、第１及び第２の粉体を区画室内に配置した、図２の構成の概略図である。
【図５】図５は、本発明に従って製造したブリスク（ｂｌｉｓｋ）の一部の概略図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、タービンディスクの組成物の変化を示すグラフである。
【図７】図７は、図２の構成で使用するための変形例のディバイダの概略図である。
【図８】図８は、多組成構成部品を製造するための別の構成の概略断面図である。
【図９】図９は、図８のＢ−Ｂの方向から見た概略図である。
【図１０】図１０は、多組成構成部品を製造するための更に別の構成の概略断面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＣ−Ｃの方向から見た概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、ガスタービンエンジン用多合金タービンディスク１０を示す。ディスク１０は中央穴１２を有し、この穴により回転シャフト（図示せず）に取り付けることができる。ディスク１０は、更に、外リムに亘って周方向に配置された複数のスロット１４を有する。これらのスロット１４は、タービンブレード（図示せず）の対応する形状の根部を受け入れることができるように、樅の木形状即ちファーツリー形状又はあり溝形状であってもよい。
【００２６】
ディスク１０は、様々な組成物の多くの合金で作られており、第１環状外セグメント１６、第２環状移行セグメント１８、及び第３環状内セグメント２０を含む。環状外セグメント１６は第１組成物Ａの合金であり、環状移行セグメント１８は第２組成物Ｂの合金であり、環状内セグメント２０は第３組成物Ｃの合金である。
【００２７】
図２及び図３を参照すると、多合金タービンディスク１０は、第１実施例に従って以下のように製造できる。中空の円筒体形態のディバイダ３０を、ソリッドの、すなわち、中実（固体）のベース３４を持つ円筒形容器３２内に同心に配置する。これにより、容器３２とディバイダ３０との間に第１区画室３６が形成され、円筒形ディバイダ３０内に第２区画室３８が形成される。
【００２８】
次に図４を参照すると、第１組成物Ａの第１合金粉体（第１合金粉末）４０が第１区画室３６内に配置され、第３組成物Ｃの第２合金粉体（第２合金粉末）４２が第２区画室３８内に配置される。ディバイダ３０は、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃと適合性がある（融和性がある）第２組成物Ｂの合金から形成されている。この実施例では、第２組成物Ｂは、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃの混合物である。従って、第２組成物Ｂは、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃと冶金学的に適合性がある。他の実施例では、第２組成物は、第１組成物Ａ又は第３組成物Ｃと同じである。
【００２９】
円筒形容器３２の上に蓋を置く。円筒形容器３２をガス抜きし、シールする。ディバイダ３０をその場に置いた状態で（換言するとディバイダ３０を取り外さずに）、非圧縮状態の第１合金粉体４０及び第２合金粉体４２を処理する。このプロセスにより、第１領域１６、第２領域１８、及び第３領域２０を持つ中実（固体）の円柱状の構成部品を形成する。第１領域１６、第２領域１８、及び第３領域２０は、夫々、第１組成物Ａ、第２組成物Ｂ、及び第３組成物Ｃを有する。この実施例では、プロセスは、熱間等方圧加圧法（熱間静水圧圧縮成形（hot isostatic pressing））である。しかしながら、当業者には容易に理解されるように、缶封押出成形法(canned extrusion)又はこれらの技術の組み合わせ等のこの他の適当な加工技術を使用してもよい。次いで、前記ソリッドの、すなわち固体（中実）の構成部品を据込鍛造することにより、円柱状の構成部品の直径を増大すると同時にその長さを減少する。次いで、その構成部品に熱処理を加える。この熱処理工程は、例えば二微細構造(dual-microstructure)熱処理等の空間的に不定の熱処理であってもよい。第１環状外セグメント１６、第２環状移行セグメント１８、及び第３環状内セグメント２０に様々な方法で熱処理を加えてもよい。
【００３０】
最後に、所望のタービンディスク１０を製造するため、前記固体（中実）の構成部品を機械加工し、中央穴１２及びスロット１４を形成する。
【００３１】
図５を参照すると、この方法は、ブレード付きディスク（ブリスクとして既知である）の形成に使用できる。環状外領域１６の第１組成物Ａは、この外領域を機械加工することによりエーロホイル１５を形成できるように選択される。エーロホイルの機械加工は、第１、第２、及び第３の組成物を処理した後に行われる。他の実施例では、ブレード付きリング（ブリング(bling)）又はブレード付きドラム（ブラム(blum)）を製造してもよい。
【００３２】
図６Ａ及び図６Ｂは、様々な組成物のディバイダ３０を使用して製造したタービンディスク１０の組成物をグラフで示す。図６Ａでは、ディバイダ３０の組成物Ｂは、第１粉体Ａと同じである（換言すると、第１組成物Ａ及び第２組成物Ｂは同じである）。図６Ｂでは、ディバイダ３０の組成物Ｂは、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃの混合物である。
【００３３】
上述の実施例では、第１粉体４０及び第２粉体４２と、固体（中実）のディバイダ３０とを使用すると説明したが、当業者には容易にわかるように、二つ又はそれ以上のディバイダを、三つ又はそれ以上の粉体（粉末）とともに使用してもよい。これにより、組成物の変化が漸進的な又は穏やかな構成部品が得られる。
【００３４】
ディバイダ３０の清浄性を確保することが重要である。これは、ディバイダを電解研磨することによって、又は他の適当な方法を使用することによって行うことができる。
【００３５】
図７を参照すると、変形例の構成において、ディバイダ３０は、使用時に第１粉体４０及び第２粉体４２内に突出して、ディバイダ３０と粉体４０、４２との間に機械的固着を形成する突出部３１を備えていてもよい。
【００３６】
この方法により、ソルバス温度が異なる二つ又はそれ以上の合金粉体を組み合わせることができ、又は公称ソルバス温度が同じである異なる合金を組み合わせることができる。これらの粉体のうちの一つの粉体は、公称ソルバス温度が他の粉体と同じであるが、一つ又はそれ以上の特性を高めることができるように組成物が異なるように選択されてもよい。例えば、タービンディスク１０のリム領域のクリープ特性を改善するため、第１環状外セグメント１６に使用される第１合金粉体にレニウム（Ｒｅ）が含有されていてもよい。この他の添加物には、ディスク１０の選択された領域の特性を向上するため、金属元素／合金又は非金属混入物のいずれかが含まれていてもよい。
【００３７】
使用された合金粉体は、従来と同じように処理されたニッケル基の粉体合金であってもよく、又は特定の特性を高めるように予備処理した改質粉体であってもよい。これには、従来の粉末冶金合金を、体積分率が比較的小さい（０．５％乃至２５％）の別の合金と合金化した後、上述の技術を使用して、粉末冶金合金、ニッケル基合金、又はマイクロアロイ粉体と組み合わせるマイクロアロイ法が含まれる。
【００３８】
ディバイダ３０の材料は、熱処理時にミディ(midi)結晶粒度を発生する組成物を持つように選択されてもよい。例えば、従来の超ソルバス熱処理中に結晶粒成長を制限する追加の粒界ピン止めエレメントを含んでいてもよい。
【００３９】
更に、この方法により、同じ合金組成物の様々な粉末の大きさ（粒度）の粉体を組み合わせることができる。例えば、非金属混入物の粒度を減少するため、内セグメント２０で比較的微細な粉体を使用していてもよく、混入物の存在の重要度が低い外セグメント１６で比較的粗い粉体（これは比較的安価である）を使用してもよい。
【００４０】
更に、この方法は、比較的高強度で低温の粉体合金／マイクロアロイ粉体を、比較的高い温度に耐えることができる合金粉体と組み合わせることができる。
【００４１】
上述の方法により、最終的な構成部品で粉体を選択的に位置決めできる。これにより、比較的高価な材料を、性能の向上が費用の増大を正当化できる選択された領域で使用できる。このような高価な材料を構成部品全体に亘って使用するのは不経済である。
【００４２】
上述の方法は、スリップケース（即ちディバイダ）を取り外す必要がないため、従来周知の方法よりも簡単である。
【００４３】
以上の実施例は、組成物が半径方向で変化するタービンディスクの製造を説明したが、この方法は、例えば、組成物が軸線方向で変化する円形以外の形状の構成部品の製造に使用してもよい。
【００４４】
図８及び図９は、多組成構成部品を製造するための第２の変形例の製造方法を概略に示す。第１合金組成物Ａの第１固体（中実）ブロック１４０を矩形容器１３２の第１端に配置し、第３合金組成物Ｃの第２固体（中実）ブロック１４２を矩形容器１３２の反対側の端部即ち第２端に配置する。第１ブロック１４０及び第２のブロック１４２は、区画室を形成するように互いから離間されている。第２組成物Ｂの合金粉体１３０が、区画室内に配置される。第１実施例と同様に、第２組成物Ｂは、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃと適合性がある。この実施例では、第２組成物は、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃの混合物である。従って、第２組成物は、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃと冶金学的に適合性がある。
【００４５】
第１実施例と同様に、次いで、第１ブロック１４０及び第２のブロック１４２が所定の場所に置かれた状態で、非圧縮状態の合金粉体１３０が処理される。このプロセスにより、第１組成物Ａの領域、第２組成物Ｂの領域、及び第３組成物Ｃの領域の三つの領域を持つ、単一で中実（固体）の構成部品が形成される。この実施例では、プロセスは、熱間等方圧加圧法（熱間静水圧圧縮成形（hot isostatic pressing））である。
【００４６】
図１０及び図１１は、多組成構成部品を製造するための第３の変形例の製造方法を概略に示す。第１合金組成物Ａの環状固体（中実）ブロック２４０を提供し、第３合金組成物Ｃの円柱状固体（中実）ブロック２４２を、環状ブロック２４０の開口部内に環状ブロック２４０と同軸となるように配置する。環状ブロック２４０の開口部の直径は、円柱状ブロック２４２の外径よりも大きい。従って、環状ブロック２４０と円柱状ブロック２４２との間に環状粉体区画室があり、ここを第２組成物Ｂの粉体２３０で充填する。第１及び第２の実施例と同様に、第２組成物Ｂは、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃと適合性がある。この実施例では、第２組成物Ｂは高温合金である。
【００４７】
次いで、環状ブロック２４０及び円柱状ブロック２４２に拡散結合する処理を非圧縮状態の合金粉体２３０に加えた後、鍛造及び熱処理を加える。
【００４８】
上述の方法を使用し、ビレット状構成部品又は近網状(near net-shape)構成部品を製造してもよい。
【００４９】
第１組成物Ａの合金と第３組成物Ｃの合金との間に第２組成物Ｂの合金を設けることによって、第１組成物Ａの合金と第３組成物Ｃの合金との間の組成物差を小さくする。第２組成物Ｂは、この第２組成物Ｂのγ相組成物が、第１組成物Ａのγ相組成物及び第３組成物Ｃのγ相組成物と同様であり、第２組成物Ｂの析出強化γ’相の体積分率が、第１組成物Ａのγ’相の体積分率と第３組成物Ｃのγ’相の体積分率との間にあり、好ましくは中間にあるように構成されている。第１組成物Ａと第２組成物Ｂとの間の界面の前後の組成物差と、第２組成物Ｂと第３組成物Ｃとの間の界面の前後の組成物差とを小さくするため、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃのγ相の組成物は同様である。第１組成物Ａと第２組成物Ｂとの間の界面の前後の残留応力及び第２組成物Ｂと第３組成物Ｃとの間の界面の前後の残留応力を小さくするため、第１組成物Ａ、第２組成物Ｂ、及び第３組成物Ｃの熱膨張率と弾性率との間の差を小さくする。
【００５０】
ハフニウムやジルコミウム等の炭素形成体及び酸素形成体のレベルを最小にすることによって、粉体界面と隣接した固体の又は固体界面と隣接した固体の強度及び歪許容度を最適化し、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）中に、界面のところに前粒子境界(prior particle boundary)が形成する傾向を小さくする。前粒子境界は、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）中に合金粉体粒子の酸素リッチ表面上に形成するＭＣ炭化物のネットワークである。前粒子境界は、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）プロセスを最適化することによって、チタニウム含有合金で最小にされる。本発明は、前粒子境界の形成を最小にするため、２段階熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）プロセスを使用する。熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）の第１段階は、８５０℃乃至１０００℃の温度まで加熱し、この温度を維持し、４時間に亘って１００ＭＰａの圧力を加えることによって行われ、第１組成物Ａの合金、第２組成物Ｂの合金、及び第３組成物Ｃの合金中でＭ２３Ｃ６炭化物を析出する。第１組成物Ａ、第２組成物Ｂ、及び第３組成物Ｃ中の炭素は、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）の第１段階中に消費され、従って、第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃ中の粉体粒子の酸素リッチ表面上にＭＣ炭化物を形成する上で利用可能な炭素は、第１組成物Ａ、第２組成物Ｂ、及び第３組成物Ｃ中にほとんどない。次いで、組成物Ａ、Ｂ、Ｃのうち、γ’相の体積分率が最も低い組成物のγ’ソルバス温度よりも５０°Ｃ低い高温度まで加熱し、この温度に維持し、２時間に亘って１００ＭＰａの圧力を加えることによって、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）の第２段階を行う。熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）の第２段階で使用される比較的高い温度により、Ｍ２３Ｃ６炭化物は、第１組成物Ａ、第２組成物Ｂ、及び第３組成物Ｃの溶体に取り込まれるが、粉体粒子境界のところに析出するＭＣ炭化物が減少する。
【００５１】
熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）後、組成物Ａ、Ｂ、Ｃのうち、γ’相の体積分率が最も低い組成物のγ’ソルバス温度よりも５０°Ｃ乃至１００°Ｃ低い温度で、多組成構成部品の押出しを行ってもよい。押出し中の断面縮小率は、粒径が５μｍよりも小さくなるように成分の再結晶が適切に行われるように定められる。押出プロセス中に押出成形した構成部品をビレットと呼んでもよい。ビレットを切断して幾つかのセグメントにし、各セグメントに等温鍛造を加えてもよい。組成物Ａ、Ｂ、Ｃのうち、γ’相の体積分率が最も低い組成物のγ’ソルバス温度よりも５０°Ｃ乃至１００°Ｃ低い温度で、ビレットのセグメントに等温鍛造を加える。これは、超塑性加工を行うため、低い歪速度で、代表的には１×１０−２／ｓよりも低い歪速度で行われる。
【００５２】
第１組成物Ａ及び第３組成物Ｃは、析出強化γ’相の体積分率が異なっていてもよい。機械的特性を最適化するため、様々な温度で溶体化処理を行う。ディスク１０の場合には、環状内セグメント２０の組成物Ｃのγ’相の体積分率は、環状外セグメント１６の第１組成物Ａのγ’相の体積分率よりも低く、第３組成物Ｃには、第１組成物Ａよりも低い温度で熱処理が加えられる。かくして、溶体化処理中、多組成構成部品ディスク１０に亘って半径方向に所定の熱勾配が加えられる。
【００５３】
ディスク１０の例として、第３組成物Ｃは、Ｃｒ（クロム）を１５重量％、Ｃｏ（コバルト）を１８．５重量％、Ｍｏ（モリブデン）を５重量％、Ａｌ（アルミニウム）を３重量％、Ｔｉ（チタニウム）を３．６重量％、Ｔａ（タンタル）を２重量％、Ｈｆ（ハフニウム）を０．５重量％、Ｃ（炭素）を０．０２７重量％、Ｂ（ホウ素）を０．０２重量％、Ｚｒ（ジルコニウム）を０．０６重量％、及び残りがＮｉ（ニッケル）及び不定の不純物を含有するニッケル合金粉体である。第３組成物Ｃは、２０℃で４８容量％のγ’相を含む。γ相は、主として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＭｏを含有する。γ’相は、主として、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＴａを含有する。第１組成物Ａ及び／又は第２組成物Ｂは、Ｃｒを１２．３重量％、Ｃｏを１６．５重量％、Ｍｏを４．１重量％、Ａｌを３．６重量％、Ｔｉを４．５重量％、Ｔａを２．５重量％、Ｈｆを０．２重量％、Ｃを０．１５重量％、Ｂを０．０２重量％、Ｚｒを０．０６重量％、及び残りがＮｉ及び不定の不純物を含有するニッケル合金粉体又はニッケル合金固体である。第１及び／又は第２の組成物Ａ及びＢは、２０°Ｃで４８容量％のγ’相を含む。γ相は、主として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＭｏを含有する。γ’相は、主として、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＴａを含有する。第１組成物Ａ及び／又は第２組成物Ｂ中のγ’相の容量％が高いと、高温強度及びクリープ歪の蓄積に対する抵抗が第３組成物Ｃと比較して高くなる。
【００５４】
ディバイダ３０は第２組成物Ｂを有し、ディバイダ３０はシート状の金属や合金から形成されていてもよい。シート状の金属を丸めて円筒体を形成し、これらの円筒体の端部を互いに溶接する。別の態様では、ディバイダ３０は、金属、合金、又は粉体を熱間で圧縮することによって、又は金属や合金に熱間等方圧加圧を加えることによってリングとして形成されていてもよく、又は金属、合金、又は粉体を熱間で圧縮することによって、又は金属や合金に熱間等方圧加圧を加えることによって、及び圧縮した金属粉体に機械加工を加えることによってリングに形成されていてもよい。別の態様は、固体の金属や合金からリングを機械加工によって形成する。第１組成物Ａと第３組成物Ｃとの間に第２組成物Ｂのディバイダ３０を一つしか示してないが、第１組成物Ａと第３組成物Ｃとの間に多数の同心のディバイダを設けることができる。これは、第１組成物Ａと第３組成物Ｃとの間での組成物の変化勾配が更に細かな変化になるように、これらの複数のディバイダの各々の組成物が異なるように行われる。
【００５５】
図１０及び図１１では、第１合金組成物Ａの環状固体ブロック２４０は、金属、合金、粉体（粉末）の熱間圧縮によって、又は、金属、合金の熱間等方圧加圧によってリングとして形成されてもよく、又は、金属、合金、粉体の熱間圧縮によって、又は金属、合金の熱間等方圧加圧によって、及び圧縮した金属粉体に機械加工を加えることによってリングに形成されてもよい。同様に第３合金組成物Ｃの円柱状形固体ブロック２４２は、金属、合金、粉体の熱間圧縮によって、又は、金属、合金の熱間等方圧加圧によって円柱状体として形成されてもよく、又は、金属、合金、粉体の熱間圧縮によって、又は金属、合金の熱間等方圧加圧によって、及び圧縮した金属粉体に機械加工により円柱状体にすることによって形成されてもよい。
【００５６】
別の実施例では、ここでも図１０及び図１１を参照するが、第３合金組成物Ｃの円柱状形固体ブロック２４２を提供する。第２合金組成物Ｂの層２３０を、円柱状形固体ブロック２４２の外環状面に、任意の適当なコーティング技術によって、例えば溶射によって、適当な厚さまで、例えば１ｍｍ乃至２ｍｍの厚さまで適用する。層２３０が設けられた円柱状形固体ブロック２４２を、固体ベースを持つ円筒形容器内に置く。これは、層２３０と円筒形容器との間に環状区画室が形成されるように行われる。第１組成物Ａの合金粉体を環状区画室に入れ、蓋を円筒形容器の上に置く。円筒形容器をガス抜きし、シールし、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）を行う。円筒形容器を、多組成構成部品から、機械加工によって及び／又は酸を使用して取り外し、次いで、上文中に説明したように、多組成構成部品の押出成形、等温鍛造、及び熱処理を行う。
【００５７】
別の実施例では、ここでも図１０及び図１１を参照するが、第１合金組成物Ａで形成された環状固体ブロック（環状でソリッドなブロック）２４０を提供する。第２合金組成物Ｂの層２３０を環状固体ブロック２４０の内環状面に、任意の適当なコーティング技術によって、例えば溶射によって、適当な厚さまで、例えば１ｍｍ乃至２ｍｍの厚さまで適用する。層２３０が設けられた環状固体ブロック２４０を、固体ベースを持つ円筒形容器内に置く。これは、層２３０内に円筒形区画室が半径方向に形成されるように行われる。第３組成物Ｃの合金粉体２４２を円筒形区画室内に入れ、蓋を円筒形容器の上に置く。円筒形容器をガス抜きし、シールし、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）を行う。円筒形容器を、多組成構成部品から、機械加工によって及び／又は酸を使用して取り外し、次いで、上文中に説明したように、多組成構成部品の押出成形、等温鍛造、及び熱処理を行う。
【００５８】
上述の実施例のうちの任意の実施例の容器は、ステンレス鋼製であってもよい。
【００５９】
本発明を多組成ディスクの製造を参照して説明したが、他の多組成構成部品の製造にも適している。本発明は、例えばガスタービンエンジンや蒸気タービン等のターボ機械用のケーシングの製造に適している。こうしたケーシングでは、ケーシングの組成物がケーシングに沿った軸線方向位置で異なり、合金が耐熱性(temperature capability)の順でガスタービンエンジンの温度が高くなる部分と次々に軸線方向で整合するように配置されている。例えば、ガスタービンエンジンケーシングは、軸線方向に直列に配置された、ワスパロイ(Waspaloy)（ＲＴＭ）、ＩＮ７１８（ＲＴＭ）、ウディメット(Udimet)７２０Ｌｉ（ＲＴＭ）、及びＰＥ１６（ＲＴＭ）製の構成部分を含んでいてもよい。ワスパロイ及びＩＮ７１８は、ガスタービンエンジンの燃焼器と軸線方向で整合し、ウディメット７２０Ｌｉ及びＰＥ１６は、ガスタービンエンジンのタービンと軸線方向で整合する。ワスパロイは、Ｃｒを１９重量％、Ｃｏを１３重量％、Ｍｏを４重量％、Ｔｉを３重量％、Ａｌを１．４重量％、及び残りがＮｉ及び微量の添加物及び不定の不純物を含有する。ＩＮ７１８は、Ｎｉを５２．５重量％、Ｃｒを１９重量％、Ｃｏを１重量％、Ｍｏを３重量％、Ｎｂ（ニオブ）を５．１重量％、Ａｌを０．９重量％、及び残りがＦｅ及び微量の添加物及び不定の不純物を含有する。ウディメット７２０Ｌｉは、Ｃｒを１６重量％、Ｃｏを１５重量％、Ｍｏを３重量％、Ｗ（タングステン）を１．２５重量％、Ａｌを２．５重量％、Ｔｉを５重量％、及び残りがＮｉ及び微量の添加物及び不定の不純物を含有する。ＰＥ１６は、Ｎｉ及びＣｏを４３重量％、Ｃｒを１６．５重量％、Ｍｏを３．３、Ａｌを１．２重量％、Ｔｉを１．２重量％、及び残りがＮｉ及び微量の添加物及び不定の不純物を含有する。
【００６０】
本発明は、更に、第１、第２、及び第３の構成部分が粉体を含む多組成構成部品の製造にも適用できる。
【００６１】
第１、第２、及び第３の構成部分の金属、合金は、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、又はチタニウム合金を含んでいてもよい。
【００６２】
最後に、金属製の構成部品を製造するための方法を上文中に説明したが、非金属構成部品を製造するため、セラミック等の任意の他の種類の粉体を使用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ガスタービンエンジン用多合金タービンディスク
１２  中央穴
１４  スロット
１５  エーロホイル
１６  第１環状外セグメント
１８  第２環状移行セグメント
２０  第３環状内セグメント
３０  ディバイダ
３２  円筒形容器
３４  ベース
３６  第１区画室
３８  第２区画室
４０  第１合金粉体
４２  第２合金粉体
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2011137220000001.pdf