TMS-75 超合金方向性凝固鋳造 高温部エンジン部品

高温部部品向けTMS-75方向性凝固鋳造のコア技術

1. ワックスパターン製作 ブレード、ベーン、ライナーセグメント用のワックスパターンは、±0.05 mmの精度で成形され、空力特性とシール面の完全性を確保します。

2. シェルモールド構築 高強度セラミックシェルモールド（6–10 mm）は、方向性凝固温度に耐え、引き抜き中の構造支持を維持するように構築されます。

3. 結晶セレクターの統合 スパイラルまたはスターターセレクターが、部品の主応力軸に沿った[001]結晶成長を導き、粒界形成を最小限に抑えます。

4. 真空誘導溶解 TMS-75は、約1450°C、真空下（≤10⁻³ Pa）で溶解され、化学的純度を確保し、偏析を最小限に抑えます。

5. 方向性凝固 モールドは、厳密に制御された温度勾配を通して2–4 mm/minの速度で引き抜かれ、柱状[001]配向結晶を生成します。

6. シェル除去と表面洗浄 シェルは高圧ブラストと化学浸出を用いて除去され、複雑な冷却構造と壁の形状を保持します。

7. 熱処理と時効 溶体化処理と時効処理により、γ′相の分布が調整され、長期使用に耐える微細組織が安定化されます。

8. 最終加工と検査 部品は、CNC加工、EDMにより仕上げられ、CMMおよびX線検査を通じて検証されます。

方向性凝固鋳造エンジン部品向けTMS-75材料特性

• 最高使用温度： ~1150°C

• 引張強さ： ≥1250 MPa

• クリープ破断強さ： 1100°C（1000時間）で ≥250 MPa

• 熱伝導率： CMSX-4よりも低く、熱遮断性能を向上

• ガンマプライム含有量： ~70%

• 耐酸化性： 燃焼ガス環境で優れる

• 結晶構造： 柱状[001]、EBSDにより確認された偏差 <2°

事例研究：軍用ジェットエンジン向けTMS-75タービンベーンおよびトランジションセグメント

プロジェクト背景

ニューウェイ・エアロテックは、次世代軍用ジェットエンジン向けに、TMS-75から第一段ベーンと燃焼器インターフェースセグメントを製造しました。顧客は、1100°Cを超える条件下で、高いクリープ抵抗性、方向性結晶制御、および一貫した熱疲労性能を要求していました。

用途

• タービンノズルガイドベーン 空力負荷と温度勾配を受ける固定翼。

• 燃焼器トランジションセグメント 振動暴露と急速な温度サイクルを受ける薄肉ダクト要素。

• ライナーセグメントとバッフル エンジン内部構造を高温ガス暴露から保護し、耐酸化性が要求される。

• シールセグメントとシュラウド シール完全性と高温クリープ性能が要求される固定部品。

ニューウェイ・エアロテックにおける製造ワークフロー

1. シミュレーションベースのモールド設計 CFDおよび凝固モデリングにより、安定した[001]成長のためのセレクター配置、ゲーティング、およびチル方向が導かれます。

2. 真空鋳造の実行 方向性凝固鋳造は真空下で行われ、均一な結晶配向と欠陥回避のために引き抜き速度が制御されます。

3. 熱処理と微細組織最適化 鋳造後の熱処理により、均一なγ′分布と負荷下での長期安定性が促進されます。

4. 精密加工と検査 CNCおよびEDM加工により寸法適合性が確保され、その後CMMおよびEBSD検証が行われます。

主要な製造上の課題

• 複雑な曲線形状における結晶配向の維持

• 薄肉領域でのホットティア（熱裂）と粒界移動の防止

• 冷却速度と微細組織安定性のバランス調整

• 鋳造後熱処理中の変形制御

結果と検証

• EBSDにより、すべての部品で[001]配向が確認され、偏差は<2°

• クリープ強度は1100°Cで250 MPaを超過

• 超音波および放射線透過NDTにより、鋳造後の気孔ゼロを確認

• 寸法公差は±0.03 mm以内を維持

• 完全なトレーサビリティとAS9100文書を提供

よくある質問

1. なぜ高温部部品の方向性凝固鋳造にTMS-75が使用されるのですか？

2. TMS-75の熱的・機械的限界は何ですか？

3. 方向性凝固中に結晶配向はどのように制御されますか？

4. TMS-75部品生産を支える品質認証は何ですか？

5. TMS-75部品は修理または現場溶接が可能ですか？