專利名稱：渦輪增壓器及用于其的壓縮機(jī)葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的一種用于渦輪增壓器的壓縮機(jī)葉輪(具體是與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相組合)，涉及根據(jù)權(quán)利要求9前序部分的一種包括壓縮機(jī)葉輪的排氣渦輪增壓器，并且涉及根據(jù)權(quán)利要求17前序部分的一種用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明這種壓縮機(jī)葉輪的方法。
背景技術(shù)：
排氣渦輪增壓器是旨在增加活塞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的系統(tǒng)。在一種排氣渦輪增壓器中， 使用這些排氣的能量來(lái)增加動(dòng)力。動(dòng)力的增加以及排放物的減少是增加每個(gè)工作行程混合物的通過(guò)量的結(jié)果。一種渦輪增壓器基本上包括帶有一個(gè)軸的一個(gè)排氣渦輪機(jī)以及一個(gè)壓縮機(jī)，其中安排在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中的壓縮機(jī)葉輪被連接到這個(gè)軸上并且位于該排氣渦輪機(jī)與該壓縮機(jī)殼體中的這些葉片輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。允許多級(jí)(即至少兩級(jí))增壓以便甚至可以由排氣產(chǎn)生更多動(dòng)力的排氣渦輪增壓器是已知的。這種類型的多級(jí)排氣渦輪增壓器具有一種特殊的設(shè)計(jì)，除其他事項(xiàng)外，這種特殊的設(shè)計(jì)包括一種用于高動(dòng)態(tài)的、循環(huán)的應(yīng)力的調(diào)節(jié)構(gòu)件。使得對(duì)排氣渦輪增壓器中壓縮機(jī)葉輪的材料有極高的要求。形成壓縮機(jī)葉輪的材料必須是耐熱的并且還必須是能夠經(jīng)受高溫的，即，即便在至少達(dá)到約220°C或者甚至 280°C的高溫下仍然必須提供足夠的強(qiáng)度以及額外一種良好的抗振性。此外，這種材料在酸性介質(zhì)中必須對(duì)于晶間腐蝕和應(yīng)力裂紋形成具有抵抗性的，并且它還應(yīng)該在低數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)的情況下具有高的材料耐受性。此外，材料的延展性應(yīng)該是足夠高的，這樣使得在過(guò)載的情況下，零件能夠經(jīng)歷塑性變形而不會(huì)斷裂，這種斷裂可能會(huì)導(dǎo)致能量的突然釋放從而導(dǎo)致發(fā)生損壞。從DE102007018617A1已知一種具有雙流式排氣入口管道的排氣渦輪增壓器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的渦輪增壓器的一種壓縮機(jī)葉輪、以及一種根據(jù)權(quán)利要求9前序部分的渦輪增壓器，其具有改進(jìn)的耐熱性以及熱穩(wěn)定性并且顯著之處為在酸性介質(zhì)中對(duì)于腐蝕和形成應(yīng)力裂紋的一種良好的抵抗性。 此外，一個(gè)目的是提供一種具有最佳延展性以及改善的抗振性能的壓縮機(jī)葉輪。因此應(yīng)該有可能的是生產(chǎn)一種即使在低PH值情況下耐磨、高度抗振以及既不傾向于形成應(yīng)力裂紋又不傾向于晶間腐蝕的永久穩(wěn)定的壓縮機(jī)葉輪。此外，一個(gè)目的是提供一種用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的方法、一種顯著之處為通過(guò)所述方法產(chǎn)生的上述這些有利特性的材料。這些目的是通過(guò)權(quán)利要求1、9以及17的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于用于渦輪增壓器的壓縮機(jī)葉輪的這種根據(jù)本發(fā)明的、由具有多種枝晶狀沉淀相的鋁基合金組成的設(shè)計(jì)，最終在排氣渦輪增壓器中提供了壓縮機(jī)葉輪的這種材料以一種特別好的耐熱性，即同樣還具有高溫強(qiáng)度以及因此的耐溫性和穩(wěn)定性而有著顯著之處。根據(jù)本發(fā)明的這種材料的穩(wěn)定性和耐溫性具體是通過(guò)這些枝晶狀沉淀相在材料中形成高的枝晶等級(jí)(作為這些金屬間相的相互作用的結(jié)果)來(lái)獲得的。這種材料微觀結(jié)構(gòu)中這些金屬間相的高的枝晶等級(jí)對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)的支撐作用是至關(guān)重要的并且因此還對(duì)于晶格滑動(dòng)的阻力是至關(guān)重要的，例如，其結(jié)果是材料變得固結(jié)、對(duì)于靜態(tài)機(jī)械加載和循環(huán)機(jī)械加載均是有抵抗性的并且還具有高蠕變強(qiáng)度。由于用于根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的這種特定的材料組合由一種具有枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)的鋁基合金組成，材料基質(zhì)中的粘合力以及內(nèi)聚力也增加，并且這明顯地有助于材料的穩(wěn)定化。已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)的是，在材料內(nèi)形成的枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)(即，以這些金屬間相的高枝晶等級(jí)為顯著之處的這些枝晶狀沉淀相) 為根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪提供了對(duì)于晶間腐蝕以及形成應(yīng)力裂紋的一種高抵抗性。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪(它由一種具有枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)的鋁基合金組成)即便在酸性介質(zhì)中也對(duì)腐蝕和形成應(yīng)力裂紋是有抵抗性的。在本發(fā)明的上下文中，一種酸性介質(zhì)應(yīng)當(dāng)被理解為意味著具有約3. 5至6并且具體約4至5. 5的PH 值的一種介質(zhì)?！八嵝浴睏l件還由于來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)空間周圍區(qū)域的冷凝水以及氯化物而在排氣渦輪增壓器中占優(yōu)勢(shì)。根據(jù)本發(fā)明的材料對(duì)此有抵抗性并且還因此對(duì)于晶間腐蝕有抵抗性。這在拉伸應(yīng)力下相當(dāng)大地減少了趨于形成應(yīng)力裂紋的傾向。這些出色的材料特性意味著根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪適合于排氣渦輪增壓器，尤其還適合于兩級(jí)渦輪增壓器并且進(jìn)一步尤其適合于在那些多用途運(yùn)載車輛中使用的渦輪增壓器，并且此處進(jìn)而對(duì)于具有在本領(lǐng)域中讀數(shù)至少為1. 6百萬(wàn)公里的高公里讀數(shù)的高度循環(huán)的大客車(high-cycle bus)應(yīng)用是適合的。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有利的改進(jìn)。


附圖標(biāo)記一覽表1渦輪增壓器2渦輪機(jī)殼體3壓縮機(jī)殼體4渦輪機(jī)葉輪5調(diào)節(jié)環(huán)或保持環(huán)6葉片支承環(huán)7導(dǎo)向葉片8樞轉(zhuǎn)軸9供氣管道10軸向短管11致動(dòng)裝置12控制箱13用于導(dǎo)向葉片7的自由空間14活塞元件
15渦輪機(jī)殼體2的環(huán)形部分16隔離件/隔離件凸輪17壓縮機(jī)葉輪18引導(dǎo)柵28軸承殼體“R”旋轉(zhuǎn)軸線
具體實(shí)施例方式在一個(gè)有利的實(shí)施方案中，在引言中說(shuō)明的鋁基合金包括元素鑭。已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)的是鋁基合金中的元素鑭對(duì)于材料的穩(wěn)定性具有積極作用。在不被理論束縛的情況下，此處假設(shè)鋁基合金中的元素鑭形成了熱穩(wěn)定的A13La相(所謂的時(shí)效硬化相)，這些相通過(guò)形成微枝晶構(gòu)造而使合金中的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化。因此在材料中獲得了一種特別好的蠕變強(qiáng)度，耐熱性和抗振性同時(shí)得到增大。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，向根據(jù)本發(fā)明的鋁基合金加入鑭，在室溫(即，在大約20°C )與在大約220°C的以及甚至達(dá)到300°C的部件溫度下均具有相當(dāng)大的強(qiáng)度增加的效果。此處還假設(shè)的是，這要?dú)w因于這種熱穩(wěn)定的A13La相，它形成并且加強(qiáng)了這種枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)。因此，鑭增加了耐熱性并且還增加了在低數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)情況下對(duì)材料疲勞的抵抗性，并且因此增加了根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的材料穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，這種鋁基合金(基于這種合金的總重量)優(yōu)選地包括量比例為按重量計(jì)0.08%至1.0%以及優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0.5%的元素鑭。元素鑭促進(jìn)了鋁基合金中這些沉淀相的形成、分布和結(jié)構(gòu)。如已經(jīng)提到的，元素鑭形成了 A13La 相，這些相由于其在合金微觀結(jié)構(gòu)中的這些枝晶而帶來(lái)了合金結(jié)構(gòu)的相當(dāng)大的穩(wěn)定性，并且因此增加了這種合金在低數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)情況下對(duì)于材料疲勞的抵抗性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，基于合金的總重量，具體是在鑭的量比例為按重量計(jì)0. 08%至1. 0%以及優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0.5%時(shí)的情況就是這樣。基于合金的總重量，如果存在的鑭的量比例大于按重量計(jì)0.5%并且具體是大于按重量計(jì)1.0%，則鋁基合金微觀結(jié)構(gòu)中的枝晶是過(guò)于稠密的，以至使材料變得不穩(wěn)定。與之相反，基于合金的總重量，如果對(duì)應(yīng)地使用的鑭的量比例小于按重量計(jì)0. 并且具體地小于按重量計(jì)0. 08%，則使這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的沉淀相或時(shí)效硬化相不能夠充分地形成，并且因此這種合金的顯著之處為大幅度地減少的穩(wěn)定性以及具體為減少的耐熱性和蠕變強(qiáng)度。這種類型的壓縮機(jī)葉輪的蠕變破裂強(qiáng)度與根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪相比因此是相當(dāng)大地更低的。在又一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的鋁基合金包括元素鈰和/或鋯。當(dāng)熔融的合金材料固化時(shí)，元素鈰的加入導(dǎo)致AlCe沉淀相的形成，這些相突出地包括在鋁基合金的枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)中，甚至使后者加強(qiáng)并且因此使這種材料固結(jié)。此處，這些AlCe沉淀相具有不同的組成并且相當(dāng)大地改善了材料的耐溫性，從而獲得了根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的、220°C以及甚至280°C的高熱穩(wěn)定性。此外，增加了耐腐蝕性以及對(duì)于形成應(yīng)力裂紋的抵抗性并且還增加了材料的延展性。元素鋯在這種合金中還形成了多種相(精確地說(shuō)是多種A13&相)，其結(jié)果是在微觀結(jié)構(gòu)中獲得了一種交連結(jié)構(gòu)，即一種所謂的鏈接特征。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是由于鋁與鋯的結(jié)合而在合金材料中形成了 A13&沉淀相。材料的機(jī)械特性由此得到明顯改善。以此方式形成的一種材料或者僅由這樣一種材料形成的一種部件的顯著之處為特別好的耐溫性和達(dá)到 220°C以及甚至280°C的耐熱性，對(duì)于腐蝕是穩(wěn)定的并且對(duì)于形成應(yīng)力裂紋是不敏感的。向鋁基合金加入元素鋯可以提供一種壓縮機(jī)葉輪，由于形成了這些金屬間相的、 高的精細(xì)枝晶等級(jí)的構(gòu)造，這種壓縮機(jī)葉輪的顯著之處為在低數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)的情況下的一種非常好的材料耐受性，并且具有達(dá)到220°C以及甚至280°C的高耐熱性，并且還顯示了對(duì)這樣一種材料是足夠高的延展性。在不被理論束縛的情況下，假定的是為此目的這些 A13&相形成了在相的微觀結(jié)構(gòu)中侵入彼此的結(jié)構(gòu)并且在這種材料內(nèi)帶來(lái)了一種改善的鍵合作用并且因此明顯有助于材料的穩(wěn)定性?；谠摵辖鸬目傊亓?，特別是當(dāng)鋁基合金包括量比例為按重量計(jì)0. 08%至1. 0% 并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0. 5%的元素鈰和/或量比例為按重量計(jì)0. 08%至0. 8%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0.3%的元素鋯時(shí)，材料的耐熱性、延展性以及對(duì)于形成應(yīng)力裂紋及腐蝕的抵抗性都得到改善?；诤辖鸬目傊亓?，如果按重量計(jì)的比例大于按重量計(jì)0. 5%來(lái)使用元素鈰和/或鋯，并且具體的是對(duì)于鈰大于按重量計(jì)1. 0%和/或大于按重量計(jì)0. 3%，并且具體的是對(duì)于鋯大于按重量計(jì)0. 8%，這兩種元素的沉淀相數(shù)量大幅度地增加，并且因此鋁基合金內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)被損壞并且總的結(jié)果因此變?yōu)槭共牧喜环€(wěn)定。按重量計(jì)鈰和/或鋯的相應(yīng)的比例超過(guò)對(duì)應(yīng)元素的最佳量比例越多，情況就越差。另一方面，基于合金的總重量，如果鈰的按重量計(jì)的比例小于按重量計(jì)0. 并且具體小于按重量計(jì)0. 08%，和/或如果鋯的按重量計(jì)的比例小于按重量計(jì)0. 并且具體小于按重量計(jì)0. 08%，則由元素鈰和/或鋯形成的穩(wěn)定材料的沉淀相不能夠充分地形成?；诤辖鸬目傊亓浚绻剽嬙诤辖鹬幸粤勘壤秊榘粗亓坑?jì)0. 08%至1.0%并且優(yōu)選為按重量計(jì) 0. 1 %至0. 5 %存在和/或元素鋯在合金中以量比例為按重量計(jì)0. 08 %至0. 8 %并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0. 3%存在，則根據(jù)本發(fā)明的合金材料是以一種最佳方式被穩(wěn)定化。材料的物理和機(jī)械特性以及因此壓縮機(jī)葉輪的物理和機(jī)械特性甚至可以被進(jìn)一步優(yōu)化。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的顯著之處在于，鋁基合金包括另外的元素，如鐵和/或錳和/或鎂和/或鎳和/或硅和/或硼和/或銅和/或鈦。原則上對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)每種元素的性質(zhì)特征是已知的。然而，形成根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的這種合金的這些材料的特性還可以通過(guò)在這些元素的最適宜的濃度范圍內(nèi)對(duì)這些元素進(jìn)行合適的選擇而被相當(dāng)大的改善。通過(guò)舉例，將元素鐵混合到合金中，由于分散相的形成、考慮到它們的鏈接特性， 可以有助于增加材料的耐熱性。為此目的，基于合金的總重量，如果鐵含量是達(dá)到按重量計(jì) 5%的范圍并且優(yōu)選小于按重量計(jì)則是特別有利的。然而，在本發(fā)明的背景下鐵不是這種鋁合金的一個(gè)強(qiáng)制成份，并且因此其使用濃度是從按重量計(jì)0至5%。根據(jù)本發(fā)明向合金加入鈦總體上改善了金屬間相組合物的顆粒分布。在此，鈦同時(shí)還起到鑄造件遍布整個(gè)復(fù)合的合金結(jié)構(gòu)的顆粒細(xì)化作用。甚至約為按重量計(jì)0.01%至 2. 3%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 05%至1. 3%并且特別優(yōu)選達(dá)到按重量計(jì)0. 25%的鈦的非常小的濃度對(duì)于獲得材料的良好的顆粒細(xì)化作用是足夠的。高于大于按重量計(jì)2. 3%的濃度不會(huì)進(jìn)一步改善顆粒細(xì)化，但不必要地增加了合金材料的成本。與之相反，在小于按重量計(jì) 0. 05%的濃度下幾乎不可能改善顆粒細(xì)化。
7
元素鎳是對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的耐熱性和抗振性同樣具有顯著影響的一種元素。明確的是，鋁與鎳的組合在這種情況下決定性地增加了材料的粘合力和內(nèi)聚力， 特別在酸性介質(zhì)中，即在PH范圍為3. 5至6并且優(yōu)選為4至5. 5也是同樣的。這似乎可歸結(jié)于A13Ni相的形成，這些相顯著地改善了金屬間相微觀結(jié)構(gòu)中的合金的相微觀結(jié)構(gòu)?；诤辖鸬目傊亓?，鎳優(yōu)選含量為按重量計(jì)0. 45%至2. 6%來(lái)使用，并且基于合金的總重量， 特別優(yōu)選以含量達(dá)到按重量計(jì)1.5%來(lái)使用。在酸性pH范圍中并且在220°C以及甚至280°C 的高溫范圍中，改善穩(wěn)定性的這些特性特別突出?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，鋯優(yōu)化了沉淀相在合金中的形成和分布。在室溫以及在達(dá)到 220°C以及甚至280°C的溫度范圍中的機(jī)械特性均由此受到積極地影響。根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的材料因此顯著之處為達(dá)到280°C的耐熱性。此外，合金的蠕變強(qiáng)度和抗振性被進(jìn)一步改善了許多倍。還可以任選地將鈮使用在根據(jù)本發(fā)明的鋁基合金中。鈮對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的合金的穩(wěn)定而言不是絕對(duì)必要的，但如果合適的話，可以適當(dāng)?shù)剡x擇其他任選元素來(lái)替換。加入元素鎂和錳對(duì)于合金材料的強(qiáng)度以及合金的微觀結(jié)構(gòu)中的固溶體的形成都具有影響?；诤辖鸬目傊亓浚V的含量?jī)?yōu)選地選擇為在按重量計(jì)0. 15%至2. 9%的范圍內(nèi)并且具體為按重量計(jì)0.2%至1.9%。相比之下，基于合金的總重量，錳的含量?jī)?yōu)選地選擇為在按重量計(jì)0. 1 %至3. 4%的范圍內(nèi)在并且優(yōu)選在按重量計(jì)0. 16%至2. 8%的范圍內(nèi)。 甚至更優(yōu)選的是，鎂與錳的濃度被選擇為使得鎂的濃度不超過(guò)按重量計(jì)0. 9%并且錳的濃度不超過(guò)按重量計(jì)0. %。已經(jīng)可見(jiàn)，在這樣一種低濃度范圍內(nèi)，對(duì)于合金的強(qiáng)度的影響是極端積極的并且還突出了另一個(gè)有利的作用相當(dāng)大地增加了通過(guò)前述溶體退火來(lái)形成一種有待被熱時(shí)效硬化的合金的能力。為合金材料增加硼也是有利的。硼改善了永久模具鑄造中的可鑄性，并且同時(shí)減少了在大批量材料中出現(xiàn)缺陷的可能性。為了將這些特性提升到一個(gè)特定的程度，基于合金的總重量，優(yōu)選地使用硼的量比例為按重量計(jì)0. 01%至1. 35%并且特別優(yōu)選地量比例至多為按重量計(jì)0.05%。更低的濃度既不會(huì)減少缺陷的形成又不會(huì)改善可鑄性。相比之下，基于合金的總重量，濃度大于按重量計(jì)1. 35%不會(huì)進(jìn)一步提升這些積極的鑄造特性。在合金材料中使用硅也是有利的。硅不會(huì)同其他元素一樣多地增加材料的強(qiáng)度， 但增加硅確實(shí)極大地改善了合金材料的可鑄性。與鋁、鐵一起并且還有鎂一起，例如，硅形成特殊的金屬間相如Mg2Si或AlFeSi，這些固溶體以及非均勻的微觀結(jié)構(gòu)組分對(duì)于合金的物理、化學(xué)以及技術(shù)特性都具有積極影響。合金材料中的這些出色特性是通過(guò)硅獲得的，特別是(分別基于合金的總重量)如果硅的量比例處于按重量計(jì)0. 12%至3. 15%的范圍中并且優(yōu)選在按重量計(jì)0. 3%至2. 05%的范圍中并且特別優(yōu)選至多為按重量計(jì)1. 1%。濃度相當(dāng)大地高于3. 15%不會(huì)進(jìn)一步改善合金的鑄造特性，而這些特性還僅在硅濃度至少為按重量計(jì)0.12%時(shí)得到改善。另一種有利的元素是銅。銅對(duì)于合金強(qiáng)度的增加具有顯著影響。具體地當(dāng)銅以量比例大于按重量計(jì)2. 5%被使用時(shí)就是這種情況。然而，隨著銅含量的增加，斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)略微減小。因此，基于合金的總重量，銅優(yōu)選地以量比例為按重量計(jì)1. 至5.0%被使用并且特別優(yōu)選的是以量比例為按重量計(jì)2. 7%至5. 0%被使用。明確的是，在優(yōu)選的濃度范圍內(nèi)，銅改善了合金材料經(jīng)受熱時(shí)效硬化的能力。熱處理因此可以在鋁基合金中實(shí)現(xiàn)特別均勻的微觀結(jié)構(gòu)，并且這提升了材料的強(qiáng)度和硬度并且因此提升了其對(duì)于機(jī)械負(fù)載的抵抗性，特別在高溫度范圍內(nèi)也是同樣的。這些積極特性似乎可歸結(jié)于金屬間的AlCu相的形成，這些相產(chǎn)生了一種特別稠密并且有精細(xì)晶粒的微觀結(jié)構(gòu)，如已經(jīng)說(shuō)明的，其顆粒細(xì)化是可以通過(guò)加入鈦而被進(jìn)一步增加。這些AlCu相的組成可以變化并且取決于可能存在的另外的元素。除其他事項(xiàng)外，因此形成了 A12Cu和A12CuMg相，并且它們明顯地改善了合金的耐熱性并且因此改善了根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪的耐熱性以及其抗振性。在另一個(gè)有利實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪顯著之處為一種鋁基合金， 這種鋁基合金進(jìn)一步包括處于下述量比例(這些量比例是基于合金的總重量的、各自的量比例)的以下元素或者組分在各自情況下基于合金的總重量，F(xiàn)e 按重量計(jì)0至5. 0%， Mn 按重量計(jì)0. 至3.4%，Cu 按重量計(jì)1. 至5.0%，Si 按重量計(jì)0. 12%至3. 15%, Mg:按重量計(jì)0. 15%至2. 9%，Ti 按重量計(jì)0. 01%至2. 3%，Zr 按重量計(jì)0. 08%至0.8%， La 按重量計(jì)0. 08%至1. 0%，以及作為剩余部分的Al。明確的是，處于所指明的量比例的這些元素的組合導(dǎo)致了一種材料，這種材料在被加工形成一種排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)葉輪時(shí)，為壓縮機(jī)葉輪提供了相對(duì)于腐蝕性和熱負(fù)載的特別高的穩(wěn)定性，并且進(jìn)一步的顯著之處為非常好的耐熱性以及在低數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)的情況下對(duì)于材料疲勞的抵抗性。根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪具有改善的蠕變強(qiáng)度以及出色的抗振性能。上述這些特性在根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪包括處于所指示的量比例中的以下元素時(shí)特別突出在各自情況下基于合金的總重量，F(xiàn)e 按重量計(jì)0至5.0%，Mn:按重量計(jì)0. 16%至2.8%，Cu:按重量計(jì)2. 7%至 5.0%,Si 按重量計(jì)0.3%至2. 05%，Mg 按重量計(jì)0. 2%至1.9%，Ti 按重量計(jì)0. 05%至 1.3%，Zr 按重量計(jì)0. 至0. 3%，La 按重量計(jì)0. 至0. 5%，Ni 按重量計(jì)0. 45%至 2.6%, Ce 按重量計(jì)0. 至0. 5%，B:按重量計(jì)0.01%至1. 35 %，以及作為剩余部分的 Al。一種由包括上述這些元素的鋁基合金組成的壓縮機(jī)葉輪的顯著之處為特別好的特性。已經(jīng)根據(jù)最后提出的特定組合物生產(chǎn)的一種材料因此具有以下特性為了確定材料的穩(wěn)定性來(lái)執(zhí)行以下試驗(yàn)·開(kāi)放空間耐氣候性測(cè)試·熱拉伸測(cè)試，上至300°C其中Rm > 125MPa 蠕變強(qiáng)度，上至300°C·在酸性環(huán)境中VDA交替氣候測(cè)試在pH4至5. 5下150小時(shí)沒(méi)有晶間腐蝕-應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂· LCF測(cè)試在220°C下2，000, 000次循環(huán)，幅值> 80MPa 這些抗振試驗(yàn)以一種力受控的方式全部在單級(jí)軸向脈沖負(fù)載(R = O)條件下進(jìn)行的。環(huán)境介質(zhì)為空氣。材料在室溫(即大約20°C )到大約300°C (材料溫度)的溫度范圍中受試。上述最后提到的、根據(jù)本發(fā)明的鋁基合金在以上測(cè)試中在化學(xué)、物理以及機(jī)械特性方面示出了最佳結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明，鋁基合金(它形成了根據(jù)本發(fā)明用于渦輪增壓器的壓縮機(jī)葉輪的基礎(chǔ))是可以通過(guò)適合的工藝、并且特別是通過(guò)仍有待說(shuō)明的一種鑄造工藝來(lái)生產(chǎn)。對(duì)應(yīng)的材料是可以使用常規(guī)的TIG-等離子體工藝以及還有EB工藝來(lái)焊接的。這種熱處理是通過(guò)在大約470°C下溶體退火4小時(shí)以及隨后的空氣冷卻來(lái)發(fā)生的。這種沉淀硬化是在大約 175°C下通過(guò)在箱式爐中空氣冷卻2小時(shí)來(lái)進(jìn)行。這種鋁基合金是根據(jù)常規(guī)工藝通過(guò)熔化基底合金、RS噴射、預(yù)壓(密集的HIP處理)、擠出、成形以及進(jìn)一步機(jī)加工(例如研磨)來(lái)加工的。作為一個(gè)可以獨(dú)立處理的物品，權(quán)利要求9限定了一種排氣渦輪增壓器，這種排氣渦輪增壓器包括(如已經(jīng)說(shuō)明的)一個(gè)由具有枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)的鋁基合金組成的壓縮機(jī)葉輪。根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)葉輪是通過(guò)一種特殊工藝來(lái)生產(chǎn)的，這種特殊工藝包括以下步驟·將一種鋁基合金熔化， 借助通過(guò)過(guò)濾器的一種氣體將這種鋁基合金經(jīng)由一個(gè)永久鑄模系統(tǒng)輸送到一個(gè)模具中，·將該鋁基合金放置以便固化，并且·將該鋁基合金從該模具中移走。只有這樣才提供了一種合金材料，這種合金材料在進(jìn)一步機(jī)加工之后提供了一種壓縮機(jī)葉輪，這種壓縮機(jī)葉輪的顯著之處為對(duì)于腐蝕和形成應(yīng)力裂紋具有極好的抵抗性， 這種壓縮機(jī)葉輪具有達(dá)到220°C以及甚至280°C的耐熱性并且在低數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)的情況下展示了顯明減少的材料疲勞頻率以及非常好的抗振性能。通過(guò)改變氣體壓力、通過(guò)適合選擇過(guò)濾器材料以及選擇過(guò)濾器的氣孔尺寸，有可能以一種積極的方式進(jìn)一步影響微觀結(jié)構(gòu)基質(zhì)的均勻性，并且這可以相當(dāng)大地增加材料的蠕變強(qiáng)度和耐熱性。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種排氣渦輪增壓器的部分截面的透視圖。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器1，該渦輪增壓器具有一個(gè)渦輪機(jī)殼體2以及通過(guò)一個(gè)支承殼體 28連接到其上的一個(gè)壓縮機(jī)殼體3。這些殼體2、3和28是沿旋轉(zhuǎn)軸線R來(lái)安排的。這個(gè)渦輪機(jī)殼體通過(guò)截面被部分示出以便展示一個(gè)葉片支撐環(huán)6和一個(gè)徑向外部引導(dǎo)柵18的這種安排，它是由后者形成的并且具有多個(gè)導(dǎo)向葉片7，這些導(dǎo)向葉片分布在圓周上并且具有多條樞轉(zhuǎn)軸線8。以此方式，形成了多個(gè)噴嘴截面，并且這些噴嘴截面取決于這些導(dǎo)向葉片 7的位置而變得更大或更小并且用發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣更大或更小程度地作用在安裝于旋轉(zhuǎn)軸線 R的中心的渦輪葉輪4上，排氣由供氣管道9提供并且通過(guò)一個(gè)中央短管10排放，以便通過(guò)渦輪機(jī)葉輪4對(duì)位于同一個(gè)軸上的壓縮機(jī)葉輪17進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為了控制這些導(dǎo)向葉片7的移動(dòng)或位置，在此提供了一個(gè)致動(dòng)裝置11。這種裝置可以具有任何希望的設(shè)計(jì)，但一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案具有一個(gè)控制殼體12，這個(gè)控制殼體控制著一個(gè)被緊固到其上的活塞元件14的控制運(yùn)動(dòng)，以便將所述活塞元件的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)調(diào)節(jié)環(huán)或保持環(huán)5 (它位于葉片支承環(huán)6的后面)的一種輕微的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在葉片支承環(huán)6與渦輪機(jī)殼體2的環(huán)形部分15之間形成了一個(gè)用于這些導(dǎo)向葉片7的自由空間13。 為了能夠確保所述自由空間13，這個(gè)葉片支承環(huán)6具有多個(gè)隔離件16。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪增壓器的壓縮機(jī)葉輪，尤其用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該壓縮機(jī)葉輪由一種具有枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)的鋁基合金組成。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)葉輪，其中該鋁基合金包括元素鑭的夾雜物。
3.如權(quán)利要求2所述的壓縮機(jī)葉輪，其中該鋁基合金，基于該合金的總重量，包括量比例為按重量計(jì)0. 08%至1.0%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0.5%的元素鑭。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的壓縮機(jī)葉輪，其中該鋁基合金包括元素鈰和/或鋯。
5.如權(quán)利要求4所述的壓縮機(jī)葉輪，其中該鋁基合金，基于該合金的總重量，包括量比例為按重量計(jì)0. 08%至1. 0%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0. 5%的元素鈰、和/或量比例為按重量計(jì)0. 08% %至0. 8%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0. 3%的元素鋯。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的壓縮機(jī)葉輪，其中該鋁基合金包括另外的元素，如鐵和 /或錳和/或鎂和/或鎳和/或硅和/或硼和/或銅和/或鈦。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的壓縮機(jī)葉輪，其中該鋁基合金包括以下成分在各自情況下基于該合金的總重量，F(xiàn)e 按重量計(jì)0至5. 0%，Μη 按重量計(jì)0. 1 %至3. 4%，Cu 按重量計(jì)1. 至5. 0%，Si 按重量計(jì)0. 12%至3. 15%，Mg:按重量計(jì)0. 15%至2.9%，Ti 按重量計(jì)0. 01%至2. 3%,Zr 按重量計(jì)0. 08%至0. 8%,La 按重量計(jì)0. 08%至1. 0%，以及作為剩余部分的Al。
8.如權(quán)利要求1至6之一所述的壓縮機(jī)葉輪，其中該鋁基合金包括以下成分在各自情況下基于該合金的總重量，F(xiàn)e 按重量計(jì)0至5. 0%，Mn 按重量計(jì)0. 16%至2. 8%, Cu 按重量計(jì)2. 7%至5.0%，Si 按重量計(jì)0. 3%至2. 05%, Mg 按重量計(jì)0. 2%至1.9%，Ti 按重量計(jì)0. 05%至1.3%，Zr 按重量計(jì)0. 至0. 3%，La 按重量計(jì)0. 至0. 5%，Ni 按重量計(jì)0. 45%至2. 6%, Ce 按重量計(jì)0. 1%至0.5%，8 按重量計(jì)0. 01%至1. 35%，以及作為剩余部分的Al。
9.一種具體用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器包括一個(gè)壓縮機(jī)葉輪，該壓縮機(jī)葉輪由一種具有枝晶狀的相微觀結(jié)構(gòu)的鋁基合金組成。
10.如權(quán)利要求9所述的排氣渦輪增壓器，其中該鋁基合金包括元素鑭的夾雜物。
11.如權(quán)利要求10所述的排氣渦輪增壓器，其中該鋁基合金，基于該合金的總重量，包括量比例為按重量計(jì)0. 08%至1. 0%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0. 5%的元素鑭。
12.如權(quán)利要求9至11之一所述的排氣渦輪增壓器，其中該鋁基合金包括元素鈰和/ 或鋯。
13.如權(quán)利要求12所述的排氣渦輪增壓器，其中該鋁基合金，基于該合金的總重量，包括量比例為按重量計(jì)0. 08%至1. 0%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0. 5%的元素鈰、和/或量比例為按重量計(jì)0. 08%至0. 8%并且優(yōu)選為按重量計(jì)0. 至0. 3%的元素鋯。
14.如權(quán)利要求9至13之一所述的排氣渦輪增壓器，其中該鋁基合金包括另外的元素， 如鐵和/或錳和/或鎂和/或鎳和/或硅和/或硼和/或銅和/或鈦。
15.如權(quán)利要求9至14之一所述的排氣渦輪增壓器，其中該鋁基合金包括以下成分 在各自情況下基于該合金的總重量，F(xiàn)e 按重量計(jì)0至5.0%，Mn 按重量計(jì)0. 至3.4%， Cu:按重量計(jì)1. 至5. 0%，Si 按重量計(jì)0. 12%至3. 15%，Mg 按重量計(jì)0. 15%至2.9%， Ti 按重量計(jì)0. 01%至2. 3%,Zr 按重量計(jì)0. 08%至0. 8%,La 按重量計(jì)0. 08%至1. 0%, 以及作為剩余部分的Al。
16.如權(quán)利要求9至14之一所述的排氣渦輪增壓器，其中該鋁基合金包括以下成分在各自情況下基于該合金的總重量，F(xiàn)e 按重量計(jì)0至5.0%，Mn 按重量計(jì)0. 16%至 2. 8%, Cu 按重量計(jì)2. 7%至5. 0%, Si 按重量計(jì)0. 3%至2. 05%, Mg 按重量計(jì)0. 2%至 1.9%, Ti 按重量計(jì)0. 05%至1.3%，Zr 按重量計(jì)0. 至0. 3%，La 按重量計(jì)0. 至0.5%，Ni按重量計(jì)0. 45%至2.6%，Ce 按重量計(jì)0. 至0. 5%，B:按重量計(jì)0.01%至1.35%，以及作為剩余部分的Al。
17.一種用于制造壓縮機(jī)葉輪的方法，該方法包括以下步驟 將一種如權(quán)利要求1至8之一所述的鋁基合金熔化， 借助通過(guò)過(guò)濾器的一種氣體將這種鋁基合金經(jīng)由一個(gè)永久鑄模系統(tǒng)輸送到一個(gè)模具中， 將該鋁基合金放置以便固化，并且 將該鋁基合金從該模具中移走。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪增壓器的壓縮機(jī)葉輪、具體與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組合，并且涉及包括這樣一種壓縮機(jī)葉輪的一種排氣渦輪增壓器。
文檔編號(hào)F04D29/26GK102472162SQ201080028907
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者G·沙爾, M·加貝爾 申請(qǐng)人:博格華納公司