CN102149910B - 用于对此涡轮机壳体中旁路控制的涡轮增压器和子组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在(特别是柴油发动机中的)涡轮增压器的涡轮机壳体中用于旁路控制的一种子组件，以及涉及具有用于涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件的一种排气涡轮增压器。
Description
说明书
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及(特别是一种柴油发动机中的)一种涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件，以及根据权利要求10的前序部分，涉及一种具有用于该涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件的一个排气涡轮增压器。
排气涡轮增压器是用于增加活塞发动机的功率的系统。在一种排气涡轮增压器里，排气的能量用于增加该功率。该功率的增加产生于每个工作冲程中混合物通过量的升高。
一种涡轮增压器基本上包括带有一个轴和带有一个压缩机的一个排气涡轮机，该压缩机安置在连接到该轴上的该发动机的进气轨道里，并且叶片车轮位于排气涡轮机箱体和压缩机里旋转。
排气涡轮增压机是公认的、允许多级的，这就是说至少两个级的增压，这样使得甚至更多的功率能够从排气喷射口产生。这种多级的排气涡轮增压器具有一个特殊的设置，其包括一个用于高动态、周期性应力的调节元件，精确地一个用于排气涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件，像例如，具体地是一个阀瓣盘、一个杠杆或一个转轴。
用于排气涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件必须满足极度严格的多个材料要求。形成用于旁路控制的子组件的各个成分的这种材料必须是耐热的，这就是说甚至在至少达到大约850℃的非常高的温度下仍然提供足够的强度。此外，这种材料在铸造过程中必须具有良好的晶粒间界中断耐受性。如果这种材料是对晶粒间界中断耐受的，复杂的填充几何形状，甚至具有薄壁的厚度，因此能够在精确铸造过程中实施，这是一个决定性的标准，具体是在用于一种排气涡轮增压器里涡轮机壳体中旁路控制的子组件的多个精细几何部件的情况下。此外，这种材料的延展性必须足够地高，这样使得，在过载的情况下，这些部件不受塑性变形并且不断裂。
一种带有一个双流动的排气进气管道的排气涡轮增压器从DE102007018617A1得到。
本发明的目标，随后，根据权利要求1的前序部分是提供一个用于一种涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件，以及根据权利要求10的前序部分的一个涡轮增压器，其具有改进的耐热性并且在这种材料的铸造过程中对晶体间界中断的良好耐受性是突出的。此外，用于旁路控制的子组件应该具有高延展性，是稳定的并且对磨损具有低敏感性。
该目标是通过权利要求1和权利要求10的这些特征实现的。
通过根据用于一种涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的本发明的子组件的设计所实现的，包括一种具有一个碳化物微观结构和“稀土”和/或Y2O3的至少一种元素或一种化合物的多个分散体的铁基合金，是最终给用于涡轮机壳体中旁路控制的子组件提供的那种材料尤其在良好的强度和稳定性方面突出。根据本发明的这种材料的稳定性被提高，具体是，在于这种材料对晶粒间界中断具有高度的耐受性。这是假设为晶粒间界的内聚力由“稀土”或Y2O3的至少一种元素和/或一种化合物来增加。似乎是它精确地是在晶粒间界方面有效的多种元素并且甚至在它的生产过程中带来这种材料的稳定化的这些化学元素。
不涉及理论，假设它精确地是根据本发明的具有一种碳化物的微观结构的铁基合金，该微观结构具有一种对所预期的使用进行平衡的特性分布轮廓，精确地足够的强度和非常好的延展性。此外，这种材料在高稳定性和因此低磨损方面是突出的，甚至在高温时承受载荷的情况下，这就是说温度高达870℃。
它已经显示为分散进入“稀土”和/或Y2O3的至少一种元素或一种化合物的铁基合金中抵抗在高温条件下的晶格滑移，因此另外地带来这种材料的稳定化，因为晶粒间界的中断被防止或显著地减少了。此外，“稀土”和/或Y2O3的这些元素或化合物的这些精细的弥散体加强位错的固定，这样使得，在这种材料的铸造和最终形式的产生的过程中，这种材料是这样稳定使得甚至复杂的填充几何形状，甚至具有极度薄壁的厚度，能够进行产生。
根据本发明的子组件在高达870℃的耐热性方面突出，其归因于这种材料的独特成分以及具有一种碳化物微观结构的铁合金的平衡比值，与“稀土”和/或Y2O3的至少一种元素或一种化合物进行组合。
此外，根据本发明用于一种涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件的长期断裂强度是相当大地得到改进。
根据本发明的用于一种涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件被理解为意味着所有结构部件，这些部件是用于高度动态的、周期性应力的那个调节元件的部分，具体是一个阀瓣盘、杠杆、衬套或转轴。根据本发明用于旁路控制的子组件优选地是一个，其使用在一个多级的或至少两个级的排气涡轮增压器里。
词语“稀土”被理解为意味着在元素周期表里“镧系元素”定义下一起收集的所有元素，这就是说基本上是镧、铈、镨、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。
词语“元素”被理解为意味着既是该纯化学元素又是其化合物，具体是它的氧化物。
这些从属权利要求包含本发明的多个有利的改进。
因此，在一个实施方案中，通过将硼和/或锆加入铁基合金，能够抵抗在晶粒间界上珠粒样碳化物薄膜的形成或防止它们的形成。此外，通过元素硼，固相线下移，这就是说从□-到□-形结构的变换线，可以实现，结果是这种材料获得进一步的稳定性和因此的强度。
在一个进一步的实施方案中，根据本发明的子组件是突出的因为该铁基合金包含这些元素钛、钽和碳化物(Ti，Ta，C)，其中总份数为相对于该铁基合金(这就是说该总体合金)的总体重量的按重量计大约5％到10％。通过这些元素，这种材料的沉淀硬度和金属间化合物的形成增加。具体地，沉淀硬度实现一个更高的额定强度，这样使得该材料基体经受热力学的、比弹性程度小的塑性的收缩幅度。该结果是有更大的振荡强度，这就是说该材料在承载下的耐受性的显著地增加了。这些元素钛、钽和碳的份数太高，这就是说高于按重量计10％，由于碳化物形成的次级沉淀，再次减少该材料的强度。该材料的弹性再次增加，并且因此该工件的足够稳定性不能在长期方面保证。这些结构部件经受畸变。在钛、鉭和碳的份数相对于该合金的总体重量小于按重量计5％的情况下，金属间化合物的稳定部分过于低以致不能实现该工件改进的稳定性。
在一个进一步的实施方案中，根据本发明的子组件是突出的因为该铁基合金包含元素镧和铪，它们按体积计的分数相对于该全部合金的总体积按体积计总计达到2％的最大值。通过这两个元素这个体积份数，该材料的延展性是再一次更明显的增加。此外，在晶粒间界和该机体里凝聚力和附着力比值加强了，这样使得在该材料的铸造过程中晶粒间界的中断被甚至更加有效地防止了，或对该中断显著减少。而且，一个高于这些元素镧和铪体积的2％的体积份数不能承受在延展性方面任何重新显著的增加并且因此不是有益的。
在一个进一步的实施方案中，根据本发明的子组件的特征在于该铁基合金包含这些元素镧、铪、硼、钇和锆。如已经陈述的，Y2O3是一种高度耐热的弥散体，该弥散体趋于强烈的错位固定并且同时改进覆盖层的附着力，结果是甚至耐氧化性增加。该元素锆在晶粒间界方面也是有效的一种元素。它另外减少晶体间晶粒的生长并且因此再次以一个乘子来增加该材料的延展性以及长期断裂强度。同时，锆防止晶粒间界上碳化物薄膜的形成，这可以导致该材料的不稳定性并且导致晶粒间界的中断。出人意料地，随后，发现精确的组合，元素镧、铪、硼、钇和锆明显地抵抗该材料基质内部错位的趋势并且因此增加该工件的强度，并且因此明显地减少该材料对磨损的敏感度。这意味着这些结构部件在由载荷波动引起的断裂方面经历一个显著的、正的时间延迟。这些结构部件的有效使用期限因此能够再次明显增加。
在一个进一步的实施方案里，用于一种涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的根据本发明的子组件在改进的热气腐蚀性能方面另外地突出。根据本发明这是通过元素钛、钽、铬和钴来建立的。在这个实施方案里，它们的总份数相对于该合金的总体重量按重量计约22％至35％。在一个更小的含量的情况下，这就是说小于大约按重量计22％，热气腐蚀性能也不能实现的这样好。在含量高于所指明的这些元素按重量计35％的情况下，再次存在相反的效果并且热气腐蚀性能再次变坏。
根据一个进一步的实施方案，用于旁路控制的子组件在该铁基合金的一个指明的组合物是突出的，该铁基合金包含以下成分：C：按重量计0.05％至0.35％，Cr：按重量计17％至26％，Ni：按重量计15％至22％，Co：按重量计15％至23％，Mo：按重量计1％至4％，W：按重量计1.5％至4％，Ta：按重量计1％至3.5％，Zr：按重量计0.1％至0.5％，Hf：按重量计0.4％至1.2％，B：按重量计最大0.2％，La：按重量计最大0.25％，Si：按重量计最大1％，Mn：按重量计1％至2％，Nb：按重量计0.5％至2％，Ti：按重量计1％至2.5％，N：按重量计0.1％至0.5％，S与P之和：小于按重量计0.04％，以及铁。
一种铁基合金上各个元素的影响是已知的，但是随后出人意料地发现精确地描述的组合提供一种材料，当其被处理成用于一种涡轮增压器的涡轮机壳体中的旁路控制的子组件的一个结构部件时，该材料给予它一个具体地平衡的特性轮廓。因为根据本发明的这个组合物，对在铸造过程中的晶粒间界中断具有尤其高的耐受性的一个结构部件被得到，而且它在高强度方面突出，而同时具有非常好的延展性数值。固相线是明显地下移。这些结构部件对一个“LCF断裂”的高度正的时间延迟是突出的，该断裂是在载荷波动下的断裂，结果是这些结构部件的有效使用期限明显增加。
可替代这个指定的组合物，用于旁路控制的子组件也可以在该铁基合金的以下进一步指明的组合物方面是突出的，该铁基包含以下成分：C：按重量计0.05％至0.35％，Cr：按重量计17％至26％，Ni：按重量计15％至22％，Co：按重量计15％至23％，Mo：按重量计1％至4％，W：按重量计1.5％至4％，Ta：按重量计1％至3.5％，Zr：按重量计0.1％至0.5％，Y2O3：按重量计0.4％至1.5％，Ti：按重量计1.5％至3％，Si：按重量计最大1％，Mn：按重量计0.8％至2.5％，Nb：按重量计0.5％至1.7％，N：按重量计0.05-0.5％，S与P之和：小于按重量计0.05％，以及铁。
包括这个类型的一种铁基合金的一个结构部件也在以上指明的良好特性方面突出。
因此，根据这两个指明的组合物已经产生的一种材料具有以下这些特性：
根据本发明的一个进一步实施方案，根据本发明用于旁路控制或它的铁基合金的子组件不含σ相。这抵抗该材料的脆裂性并增加它的耐久性。σ相是高硬度的脆性、烧结金属的相。当一个体中心的和一个面中心的立方金属(其原子半径等同只具有轻微偏差)彼此相遇时，它们发生。因为它们的脆性行为并且也因为去除铬的该基体特性，这样的σ相是不期望的。根据本发明的该材料的突出在于它不含σ相。因此，对该材料的脆性进行抵抗并且对它的延展性进行增加。σ相的形成的减少或避免是由于该合金材料中硅含量下降到小于按重量计1.3％并且优选地小于按重量计1％来实现的。此外，使用奥氏体前体，像例如，锰、氮和镍，如果合适的话以组合的形式是有利的。
根据本发明，取决于根据本发明用于一种涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件的该铁基合金可以通过精确铸造或MIM方法来产生。对应的材料由传统的WIG等离子体方法也和EB方法来焊接。热处理由溶液在真空下在约1030℃至1050℃下退火8小时来完成。沉淀硬化发生在一个批量加热炉里在大约720℃下持续16小时，在空气冷却下。
权利要求10定义一个独立地可处理的物品，包括一个用于一种排气涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件的一种排气涡轮增压器，如已经描述的，它包括带有“稀土”和/或Y2O3的一种碳化物微观结构和至少一种元素或一种化合物的弥散体的一种铁基合金。
图1示出一个实施方案里根据本发明所述的涡轮增压器1的部分说明，这不需要关于压缩机、压缩机箱体、压缩机轴、轴承箱和轴承安排以及还有所有其他的常规零件的任何更详细的描述。在这里不能看到一个两阶的排气进气管道。排气进气管道配备有一个双流动的旁路管道4，该管道4从排气进气管道分支并且导向涡轮机壳体2的一个排气出口5。旁路管道4具有用于打开和关闭之用的一个调节阀瓣6。
图2示出涡轮增压器1的调节阀瓣6的阀瓣盘9的上视图，在这个实施方案里阀瓣盘9是圆形的，尽管它可以，总的来说，还具有压平的区域11。此外，阀瓣盘9在它的上侧具有一个椭圆固定榫舌10，该椭圆固定榫舌偏心地附接到阀瓣盘9上并且将一个固定头部件14安置在其上。
图3示出固定杠杆8和调节阀瓣6的转轴13的上视图。固定杠杆8在一个自由端7处固定到转轴13上。转轴13有角度地连接到用于驱动调节阀瓣6的一个驱动构件上，未任何更详细地说明。如图3所说明的，固定杠杆8是盘形状的设计并且以与转轴13成一个自由选择的角度□(这里是130°)进行定向。在它的自由端15的区域里，固定杠杆8具有一个接受凹陷16，其形式在这里是椭圆形的，这样使得它相应于阀瓣盘9的固定榫舌10的椭圆形式。
图4示出调节阀瓣6的上视图，该调节阀瓣6由固定杠杆8和调节盘9组成。图4说明所安装的调节阀瓣6，其中固定榫舌10被安排在接受凹陷16里并且该安排由固定头部件14来固定。此外，图4由两个虚线的半圆17和18来说明双流动旁路管道4的多个管道的位置，这两个管道17和18由分区19来分离。此外，第一管道17的中心由点M1指示并且第二管道18的中心由点M2指示。线Mn指定固定头部件14的中心，并且尺寸A和B表明产生于阀瓣盘9的几何安置的多个杠杆臂，该阀瓣盘9偏心安装到固定杠杆8上。
参考符号清单
1涡轮增压器
2涡轮机壳体
4旁路管道
5排气出口
6调节阀瓣/废气门阀瓣
7转轴13的自由端
8固定杠杆
9阀瓣盘
10阀瓣盘9的固定榫舌
11阀瓣盘9的压平区域
13转轴
14固定头部件
15旁路杠杆8的自由端
16接受凹陷
17旁路管道的第一管道
18旁路管道的第二管道
19分区
M1，M2中心
Mn固定头部件的中心
A，B杠杆臂
L固定杠杆8的纵向轴线
□转轴13和L之间的角度
Claims (12)
1.一种用于涡轮增压器的涡轮机壳体中旁路控制的子组件，该子组件的组成为一种铁基合金，该铁基合金带有一种碳化物微观结构以及“稀土”和/或Y2O3的至少一种元素或一种化合物的分散体，其中该铁基合金包含以下成分：C：按重量计0.05％至0.35％，`Cr：按重量计17％至26％，Ni：按重量计15％至22％，Co：按重量计15％至23％，Mo：按重量计1％至4％，W：按重量计1.5％至4％，Ta：按重量计1％至3.5％，Zr：按重量计0.1％至0.5％，Hf：按重量计0.4％至1.2％，B：按重量计最大0.2％，La：按重量计最大0.25％，Si：按重量计最大1％，Mn：按重量计1％至2％，Nb：按重量计0.5％至2％，Ti：按重量计1％至2.5％，N：按重量计0.1％至0.5％，S与P之和：按重量计小于0.04％，以及铁。
2.如权利要求1所述的用于旁路控制的子组件，其中该铁基合金包含元素钛、钽和碳，它们的总分数相对于总合金按重量计达到5％至10％。
3.如权利要求1或2所述的用于旁路控制的子组件，其中该铁基合金包含元素镧和铪，它们按体积计的分数相对于该合金的总体积按体积计总计达到2％的最大值。
4.如权利要求1或2所述的用于旁路控制的子组件，其中该铁基合金包含元素钇。
5.如权利要求1或2所述的用于旁路控制的子组件，其中该铁基合金包含元素钴、铬、钛和钽，它们的总分数相对于总合金按重量计达到22％至35％。
6.如权利要求1或2所述的用于旁路控制的子组件，其中该铁基合金不含σ相。
7.一种排气涡轮增压器该排气涡轮增压器包括用于在该涡轮增压器的涡轮机壳体中的旁路控制的一个子组件，该子组件的组成为一种铁基合金，该铁基合金带有一种碳化物微观结构以及“稀土”和/或Y2O3的至少一种元素或一种化合物的分散体，其中该铁基合金包含以下成分：C：按重量计0.05％至0.35％，Cr：按重量计17％至26％，Ni：按重量计15％至22％，Co：按重量计15％至23％，Mo：按重量计1％至4％，W：按重量计1.5％至4％，Ta：按重量计1％至3.5％，Zr：按重量计0.1％至0.5％，Hf：按重量计0.4％至1.2％，B：按重量计最大0.2％，La：按重量计最大0.25％，Si：按重量计最大1％，Mn：按重量计1％至2％，Nb：按重量计0.5％至2％，Ti：按重量计1％至2.5％，N：按重量计0.1％至0.5％，S与P之和：按重量计小于0.04％，以及铁。
8.如权利要求7所述的排气涡轮增压器，其中该铁基合金包含元素钛、钽和碳，它们的总分数相对于总合金按重量计达到5％至10％。
9.如权利要求7或8所述的排气涡轮增压器，其中该铁基合金包含元素镧和铪，它们按体积计的分数相对于该合金的总体积按体积计总计达到2％的最大值。
10.如权利要求7或8所述的排气涡轮增压器，其中该铁基合金包含元素钇。
11.如权利要求7或8所述的排气涡轮增压器，其中该铁基合金包含元素钴、铬、钛和钽，它们的总分数相对于总合金按重量计达到22％至35％。
12.如权利要求7或8所述的排气涡轮增压器，其中该铁基合金不合σ相。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160120 Termination date: 20200915 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |