涡轮的动叶片的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过锻造对包含多余厚度部的叶片部进行成型的涡轮的动叶片的制造方法。
【背景技术】
[0002]一般的涡轮(例如蒸汽涡轮)中，旋转轴即转子旋转自如地支承在外壳，在该转子的外周部设置有动叶片，并且在外壳的内壁设置有静叶片，该动叶片和静叶片在蒸汽通道中交替配设有多个。并且，在蒸汽流过蒸汽通道的过程中，动叶片及转子被旋转驱动。
[0003]在这种蒸汽涡轮中，动叶片具有固定于转子的转子轮盘的叶片根部、与叶片根部形成为一体的平台、基端部接合于该平台并向顶端部侧延伸的叶片部、以及连结于叶片部的顶端部的护罩。并且，动叶片固定成基端部在转子轮盘的外周部沿着其周向并列设置有多个，且绕转子的轴向以环状配设成顶端部的护罩彼此接触。
[0004]作为这种蒸汽涡轮的动叶片的制造方法，例如在专利文献I中记载有能够防止腐蚀(侵蚀)的可靠性优异的钛合金制涡轮叶片(动叶片)的制造方法。且记载有该制造方法包含:通过热模锻形成由钛合金制成的涡轮叶片的锻造工序；将包含通过热模锻形成的罩的涡轮叶片的叶片前缘部的顶端侧比叶片主体更提前进行冷却的工序；及对冷却之后的涡轮叶片进行热处理的工序。
[0005]专利文献1:日本专利第3531677号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的技术课题
[0007]在如上所述的制造方法中，在进行热处理的工序之后，通常还实施进行削去的机械加工工序，以使其成为最终动叶片的叶片面形状。如此，为了在机械加工工序中实施动叶片的削去，如图10所示，需要在锻造工序中针对动叶片的叶片部123以设置有成为削去部分的多余厚度部131a的状态进行锻造。具体而言，图10中示出以从动叶片的叶片部123的叶片面至多余厚度部131a的表面为止的距离在整个叶片面上大致均匀的方式设置有多余厚度部131a的状态的叶片部123的截面。当锻造形成这种动叶片时，在设置有多余厚度部131a的叶片部123会存在在叶片长度方向上板厚较厚的部分和板厚较薄的部分。并且，在上述锻造工序结束之后，在冷却锻造出的带多余厚度部131a的叶片部123的工序中，在叶片长度方向的板厚较厚的部分与板厚较薄的部分产生温度差，从而在叶片部123及多余厚度部131a的内部产生热应力。该温度差越大热应力就越大，尤其在板厚较薄的部分的叶片部123及多余厚度部131a有可能局部发生塑性变形。并且，因该局部的塑性变形，有可能产生残余应力且发生叶片部123整体的挠曲、弯曲或扭曲(以下称为“叶片整体的变形”)。
[0008]图11中示出重量比与多余厚度部131a的厚度的各组合中的叶片部123距平台的叶片长度方向位置上的叶片整体的变形量。“重量比”表示叶片部123与多余厚度部131a的重量之和相对于叶片部123本身的重量之比。如图11所示，板厚较大的叶片根侧的叶片整体的变形量较小，但随着朝向板厚较小的叶片顶侧，具有叶片整体的变形量变大的倾向。当产生这种叶片整体的变形时，为了后工序的热处理工序及机械加工工序，需要进行通过手工作业或简单的冲压等冷加工使形状恢复沿最终的叶片部123的形状的加工。其结果，作业效率有可能下降。并且，通过手工作业或简单的冲压等，最终的叶片部123的形状有可能产生不均。
[0009]另外，如上所述，在热处理中产生局部的塑性变形时、以及为了后工序的热处理工序及机械加工工序而实施用于将叶片整体的变形修正为使形状沿最终的叶片部123的形状的手工作业或简单的冲压等冷加工时，在叶片中会残留残余应力。并且，在去毛刺工序中除去锻件的无用部分(毛刺)时、或者在机械加工工序中削去多余厚度部131a时，该残余应力被释放而还有可能发生叶片部123整体的挠曲、弯曲或扭曲。并且，在机械加工工序之前通常进行的热处理工序中，屈服点因加热而下降时，该残余应力被释放而还有可能发生叶片部123整体的挠曲、弯曲或扭曲。并且，即使在该热处理工序中的锻件加热后的冷却时，叶片长度方向的板厚较厚的部分与板厚较薄的部分也会产生温度差，从而在叶片部123及多余厚度部131a的内部产生热应力。该温度差越大热应力就越大，尤其在板厚较薄的部分的叶片部123及多余厚度部131a有可能局部发生塑性变形。并且，因该局部的塑性变形，还有可能产生残余应力且发生叶片部123整体的挠曲、弯曲或扭曲。
[0010]本发明的目的在于提供一种抑制设置有多余厚度部的动叶片整体在锻造工序之后挠曲、弯曲或扭曲的涡轮的动叶片的制造方法。
[0011]用于解决技术课题的手段
[0012]用于解决上述课题的本发明所涉及的涡轮的动叶片的制造方法，所述动叶片在转子的外周沿着其周向并列设置并固定有多个，所述转子旋转自如地支承在涡轮内，所述动叶片的制造方法包含以下工序:锻造工序，通过模锻成型形成如下锻件:在所述动叶片的叶片部设置有多余厚度部，所述多余厚度部的厚度即多余厚度量从所述叶片部的叶片长度方向的规定位置朝向叶片顶侧逐渐变大；及机械加工工序，从所述锻件中削去所述多余厚度部来形成所述叶片部。其中，在所述锻造工序中，所述规定位置可以设为从所述叶片部的基端部至所述叶片部的中央部为止的其间任一位置，也可以设为从所述叶片部的基端部至形成于该叶片部的短轴的位置为止的其间任一位置，或者，也可以设为从所述叶片部的基端部至该叶片部的叶片长度方向的长度的1/4的位置为止的其间任一位置。
[0013]通过如此进行加工，通过锻造工序中的模锻成型的锻件(包含设置有多余厚度部的叶片部)在叶片长度方向上，板厚较大的部分与板厚较小的部分之间的厚度差几乎消失或变小，因此锻件整体的温度差变小。另外，锻件整体的刚性得到提高。因此，在锻造工序的下一工序即冷却工序中，在叶片部及多余厚度部的内部不易产生热应力，能够抑制发生叶片部及多余厚度部在叶片长度方向上的局部的塑性变形。通过抑制发生局部的塑性变形，能够抑制发生叶片部整体的挠曲、弯曲或扭曲，并且，还能够减小冷却工序中产生的残余应力。并且，也不需要进行在已发生叶片整体的变形时通过手工作业或简单的冲压等冷加工使形状恢复沿最终的叶片部的形状的加工、或者即使需要进行这种手工作业等也只要进行最小限度的作业即可，因此可以抑制产生残余应力，且可以抑制叶片部的形状不均，并且能够降低作业成本。并且，在进行冷却工序时可以抑制产生残余应力，因此在去毛刺工序中除去锻件的无用部分(毛刺)时、或者在机械加工工序中削去多余厚度部时，残余应力的释放量变小，能够抑制发生叶片部整体的挠曲、弯曲或扭曲。另外，在机械加工工序之前通常进行的热处理工序中，在屈服点因加热而下降时，残余应力的释放量也会变小，能够抑制发生叶片部整体的挠曲、弯曲或扭曲。并且，在该热处理工序中的锻件加热后的冷却时，叶片长度方向的板厚较厚的部分与板厚较薄的部分之间的温度差也会变小，因此在叶片部及多余厚度部的内部不易产生热应力，能够抑制发生叶片部及多余厚度部在叶片长度方向上的局部的塑性变形。通过抑制发生局部的塑性变形，能够抑制产生残余应力，且能够抑制发生叶片部整体的挠曲、弯曲或扭曲。
[0014]优选在所述锻造工序中，通过模锻成型形成如下所述锻件:在所述叶片部及所述多余厚度部在叶片长度方向的至少任一部分的与所述叶片长度方向垂直的截面，所述多余厚度量在所述叶片部的所述截面的整个周围大致均匀。
[0015]通过如此进行加工，具有上述效果，并且在锻造工序之后的冷却工序中，即使锻件的叶片长度方向上的叶片顶侧部分局部发生一定程度的塑性变形，由于叶片顶侧部分的多余厚度量大于叶片根侧部分的多余厚度量，因此也会成为最终形状的叶片部容纳于局部发生塑性变形的锻件内的状态。其结果，不需要进行通过手工作业或简单的冲压等冷加工使形状恢复沿最终的叶片部的形状的加工，因此也不会残留由该加工产生的残余应力。
[0016]优选在所述锻造工序中，通过模锻成型形成如下所述锻件:在所述叶片部及所述多余厚度部在叶片长度方向的至少任一部分的与所述叶片长度方向垂直的截面，所述截面的长度方向两端部分即边缘部的所述多余厚度量大于所述叶片部的所述截面上的所述叶片部的板厚最厚的部分即最大直径部的所述多余厚度量。并且，优选在所述锻造工序中，以使所述锻件的所述截面的所述边缘部的板厚成为所述锻件在所述最大直径部的板厚以上的方式进行模锻。
[0017]通过如此进行加工，在锻件的叶