[發明專利]鈦合金制葉輪機葉片

有效

• 申請號: 201110428658.9
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102562177A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 今野晉也;鴨志田宏紀;平野聰;村田健一;樸勝煥;淺井邦夫;吉田武彥
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: F01D5/28
• 分類號: F01D5/28;C22F1/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 郭小軍

技術領域

本發明涉及葉輪機葉片，特別涉及在燃氣葉輪機或蒸汽葉輪機等中使用的要求有良好的耐銹蝕性及長期可靠性的葉輪機葉片。

背景技術

由于蒸汽葉輪機等的最末級葉片因為葉片長度長而離心力變大，所以，常常使用重量輕的鈦合金。另一方面，葉片長度長的葉輪機葉片因為葉片前端的圓周速度大，水滴等會以高速沖擊，從而容易產生由銹蝕形成的磨耗損失。為此，對于在葉片長度長的葉輪機葉片中使用的材料，不僅要求有高的機械強度，而且還要求有良好的耐銹蝕性。

為了提高耐銹蝕性，材料的硬度越高則越有利。但是，由于作為對于葉輪機葉片的另一個重要的機械性能的韌性，是與硬度相反的因素，所以現在還沒有找到在保證所需韌性的同時又使耐銹蝕性有飛躍提高的材料。因此，現階段采用的是在要求耐銹蝕性強的部分用焊接等賦予防銹蝕部件的方法、或對該部分進行表面處理來提高硬度的方法等。

作為提高鈦合金的表面硬度的方法，例如可列舉表面氮化處理或噴丸硬化方法。表面氮化處理具有可通過把表面區域的鈦改性成氮化鈦(TiN)而使表層數十微米顯著硬化的優點，但因為硬化層的厚度薄而使得對抗因飛來物等造成缺損的能力弱，不能說長期可靠性是充分的。另外，在噴丸硬化方法中，雖然具有可使從表面到數百微米的深度硬化的優點，但有不能充分提高硬度的弱點。進而，為了保證葉輪機葉片充分的長期可靠性，認為需要更厚的硬化層。

另一方面，近年來開發了以下技術：通過把比被加工件更硬質的工具的頭部強力壓入被加工件并使其高速轉動，由此時產生的摩擦熱使頭部附近的被加工件可塑化并攪拌流動，從而接合該部分的被加工件(摩擦攪拌接合)；或是，控制成使該部分的結晶粒徑變小，從而提高被加工件的強度及硬度等(摩擦攪拌加工)。

例如，在專利文獻1(日本特開2008-196020)中公開了摩擦攪拌加工件的制造方法，其以使用對鎳合金表面注入氟離子進行表面處理的摩擦攪拌加工用工具、對鈦或鈦合金進行摩擦攪拌加工為特征。根據專利文獻1，通過在由鎳合金構成的摩擦攪拌加工用工具的表面注入氟離子進行表面處理，進行表面硬化而出現了高硬度，提高了耐磨損性，與現有技術的使用由鎢錸合金構成的摩擦攪拌加工用工具的情況相比，可以廉價制造由鈦或鈦合金構成的摩擦攪拌加工件。

在專利文獻2(日本特開2002-248583)中公開了摩擦攪拌加工方法，其以在把被加工物在大氣中或液體中接合或加工的摩擦攪拌加工方法中、在所述接合或加工過程中經常用非氧化性氣體來排除接合部或加工部的大氣或液體為特征。根據專利文獻2，對于蒸汽葉輪機葉片的裂紋的修補，在葉輪機葉片的表面附近發生的裂紋缺陷可以由轉動工具的轉動按壓、移動形成的被加工件的攪拌以及在被加工件上施加的壓縮應力來去除。另外，也可以適用于鋯合金、鈦合金、鎂合金等氧化性大的金屬。

先前技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2008-196020號公報

專利文獻2：日本特開2002-248583號公報

發明內容

發明要解決的課題

如上所述，摩擦攪拌加工(Friction?Stir?Processing：FSP)是在鈦合金的表面改質方面特別有希望的方法。但是，FSP本身是發展中的技術，現階段不明確的因素還很多，有時會因被加工件的材料或形狀而使得加工條件等有很大變化。即，存在所公開的現有技術不一定具有參考價值的問題。

特別是在被加工物是葉片長度長的鈦合金制葉輪機葉片的情況下，除了被加工物長之外，鈦合金的楊氏模量低，故若單純適用現有技術的FSP，則存在由加工形成的殘余應力造成在葉輪機葉片上產生彎曲、或者反而容易產生裂紋這樣的問題。

因此，本發明的目的是給出關于對葉片長度長的鈦合金制葉輪機葉片的摩擦攪拌加工的一個方針來解決上述的課題，提供使耐銹蝕性提高且長期可靠性高的鈦合金制葉輪機葉片。

用于解決課題的手段

本發明的第一方面，為了達到上述目的，提供一種葉輪機葉片，該葉輪機葉片是作為基材由α-β型鈦合金構成的葉輪機葉片，其特征在于，所述基材的平均維氏硬度為320Hv以下，在所述葉輪機葉片的包括前緣的表面的一部分，形成有深度為0.5mm以上且3.0mm以下的摩擦攪拌加工區域，所述摩擦攪拌加工區域的平均維氏硬度為340Hv以上。另外，在本發明中，葉輪機葉片的前緣，是指當具備該葉輪機葉片的葉輪機轉動時成為葉輪機轉動方向前方的葉片的邊緣。

發明的效果