專利名稱：渦輪增壓器及其對應(yīng)的葉片支承環(huán)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的前序部分所述的用于渦輪增壓器應(yīng)用的、特別用在 一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種葉片支承環(huán)，并且還涉及根據(jù)權(quán)利要求5的前序部分所述的具有 一種葉片支承環(huán)的一種排氣渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
排氣渦輪增壓器是用于增加活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的系統(tǒng)。在一種排氣渦輪增壓器 中，排出氣的能量被用來增加動(dòng)力。動(dòng)力增加是每個(gè)工作行程的混合物通過量提高的結(jié)果。一種渦輪增壓器主要由具有一根軸的排氣渦輪機(jī)和壓縮機(jī)組成，這種安排在發(fā)動(dòng) 機(jī)的進(jìn)氣管道內(nèi)的壓縮機(jī)與這根軸相連接，并且位于排氣渦輪的以及該壓縮機(jī)殼體內(nèi)這些 葉片輪是轉(zhuǎn)動(dòng)的。在一種具有可變的渦輪幾何形狀的渦輪增壓器中，可調(diào)葉片另外被可轉(zhuǎn) 動(dòng)地安裝在一種葉片支承環(huán)里并且通過一個(gè)被安排在渦輪增壓器的渦輪殼體內(nèi)的調(diào)整環(huán) 來移動(dòng)。這些葉片支承環(huán)必須滿足極其嚴(yán)格的材料要求。形成這些葉片支承環(huán)的材料必須 是耐熱的，這就是說即使在非常高的溫度(高達(dá)大約900°C)下仍然提供足夠的強(qiáng)度。此 外，該材料必須具有高的耐磨性還以及對應(yīng)的抗氧化性，從而減小該材料的腐蝕或磨損，并 因此使得該材料的耐受性在極端的操作條件下仍然得以確保。從DE 10 2004 062 564A1中獲知了這種類型的葉片支承環(huán)。在這種類型的葉片 支承環(huán)中，與主要使用的鐵氧體材料相比采用了 一種奧氏體材料，這是一種具有高的硫含 量用于改進(jìn)該部件的潤滑作用的鐵基合金。由于這種特殊組成，提高了該材料的抗蠕變性 并且因而實(shí)現(xiàn)了該葉片支承環(huán)在850°C以上的溫度下具有高的尺寸穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
相比之下，本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)權(quán)利要求1的前述部分所述的葉片支 承環(huán)以及一種根據(jù)權(quán)利要求5的前述部分所述的渦輪增壓器，它們具有改進(jìn)的溫度及氧化 耐受性還以及腐蝕耐受性，它們的突出之處在于最優(yōu)的摩擦特性，并且此外展示了減小的 對磨損的敏感性。該目的是通過權(quán)利要求1和權(quán)利要求5的這些特征實(shí)現(xiàn)的。由于根據(jù)本發(fā)明的處于一種葉片支承環(huán)或一種包括恰好這樣一種葉片支承環(huán) (由奧氏體鐵基合金組成)的排氣渦輪增壓器形式的這種設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了該材料的更好的溫 度耐受性。而且這通過在該鐵基合金內(nèi)所包含的樹枝狀碳化物沉淀而成倍地增大了。因此 提供一種葉片支承環(huán)或一種排氣渦輪增壓器(包含根據(jù)本發(fā)明的葉片支承環(huán))，它在高達(dá) 900°C的范圍內(nèi)具有最優(yōu)的溫度耐受性，而且是高度耐熱的，具有高的磨損和腐蝕耐受性， 并且此外其突出之處在于非常好的滑動(dòng)特性以及減小的可氧化性。此外，根據(jù)本發(fā)明的該葉片支承環(huán)在尺寸上保持是穩(wěn)定的并且因此是高度平面 的。
理論中沒有涉及到，因此推測處于枝狀晶體形式的碳化物沉淀由于它們的獨(dú)特結(jié) 構(gòu)而顯著地增大了該合金材料的穩(wěn)定性并因此增大了它的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的材料中的枝 狀晶體的分?jǐn)?shù)達(dá)到按體積計(jì)20%的最大值。對于ΙΟΝ/mm2到18N/mm2的軸承荷載、0. 0025m/s的滑動(dòng)速度、約500°C到900°C的 部件溫度、6. 3的表面粗糙度Rz、500小時(shí)的測試持續(xù)時(shí)間、0. 2Hz的時(shí)鐘頻率、45°的調(diào)整 角度、0. 28的摩擦系數(shù)，4. 77mm的軸頸直徑、> 200mbar的壓力脈動(dòng)、以及> 1. 5巴的排氣 壓力，并且使用柴油機(jī)排出氣作為試驗(yàn)媒介時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的葉片支承環(huán)的最大磨損率總 計(jì)是小于0. 08mm。在300小時(shí)的一個(gè)熱沖擊試驗(yàn)運(yùn)行的過程中，根據(jù)本發(fā)明的葉片支承環(huán)的部件平 面度在80mm的圓周上是小于0. 1mm。這些從屬權(quán)利要求包含了本發(fā)明的多個(gè)有利的發(fā)展。這樣，在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的葉片支承環(huán)的摩擦特性可以通過對應(yīng)含 量的硫化錳來改進(jìn)。其結(jié)果是，顯著地減小了由于滑動(dòng)摩擦造成的磨損，因此進(jìn)一步增大了 該葉片支承環(huán)的耐久性。元素鈮和釩的加入在這種情況下可以進(jìn)一步改進(jìn)該鐵基合金。鈮是一種炭化物形 成元素或鐵氧體形成元素并且因此增大了根據(jù)本發(fā)明的奧氏體結(jié)構(gòu)中的耐熱性和長期的 抗裂強(qiáng)度。相比之下，釩精細(xì)化了初生晶粒并因此精細(xì)化了鑄造結(jié)構(gòu)。釩也是一種強(qiáng)的炭 化物形成元素，具有提高材料耐磨性的效果。在此情況下晶粒的精細(xì)化導(dǎo)致一個(gè)較高的動(dòng) 態(tài)表面壓力。優(yōu)選地，作為組分，在鐵基合金中鈮是以按重量計(jì)0%到3. 5%存在，和/或釩 是以按重量計(jì)0%到3. 7%。該鐵基合金可包含除鐵之外的一些另外的元素，如C、Cr、Ni、 Mn、Si 以及 N。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該鐵基合金包括以下成分，C 按重量計(jì)0. 2%到0. 5%, Cr 按重量計(jì)16%到22. 5%，Ni 按重量計(jì)5%到14%，Mn 按重量計(jì)5%到15%，Si 按重 量計(jì)彡1. 3%，S 按重量計(jì)< 0. 5%，Nb 按重量計(jì)0%到3. 5%，V 按重量計(jì)0%到3. 7%， N:按重量計(jì)0. 1%到0.6%，以及佝。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的葉片支承環(huán)的突出之處在于一種包含 如下成分的特殊組成C:按重量計(jì) 0.2% 到 0.5%Cr 按重量計(jì) 16%到 22. 5%Ni 按重量計(jì)5%到14%Mn 按重量計(jì)5%到15%Si:按重量計(jì) <1.3%S:按重量計(jì) <0.5%Nb 按重量計(jì) 0. 75% 到 3. 5%V 按重量計(jì)到3. 7%N 按重量計(jì) 0. 1 % 到 0. 6 %以及Fe。這些單獨(dú)的元素對一種鐵基合金的影響是已知的，但隨后出人意料地發(fā)現(xiàn)恰恰是 所描述的這種組合提供了一種材料，該材料在被處理成一種葉片支承環(huán)時(shí)提供這樣一種特別平衡的特性輪廓。由于根據(jù)本發(fā)明的這種組合，得到了一種具有特別高的耐熱性和溫度 耐受性的葉片支承環(huán)，其突出之處在于出色的滑動(dòng)特性以及因此尤其低的滑動(dòng)磨損。此外， 耐腐蝕性被減到最小，這也特別適用于液體腐蝕。
因此，用這種方式生產(chǎn)的根據(jù)本發(fā)明的材料具有以下特性
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪增壓器應(yīng)用的、特別用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的葉片支承環(huán)，該葉片支承環(huán) 由具有一種奧氏體基本結(jié)構(gòu)、具有樹枝狀碳化物沉淀的一種鐵基合金組成。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片支承環(huán)，該葉片支承環(huán)包含硫化錳。
3.如權(quán)利要求1和2之一所述的葉片支承環(huán)，該葉片支承環(huán)包括按重量計(jì)0%到3.5% 的鈮和/或按重量計(jì)0%到3. 7%的釩作為進(jìn)一步的成分。
4.如權(quán)利要求1所述的葉片支承環(huán)，該葉片支承環(huán)包含以下成分C 按重量計(jì)0. 2%到0. 5%,Cr 按重量計(jì)16%到22. 5%,Ni 按重量計(jì)5%到14%，Mn 按重量計(jì)5%到15%，Si 按重量計(jì)< 1.3%，S:按重量計(jì)<0.5%，Nb 按重量計(jì)0. 75%到 3.5%，V:按重量計(jì)1 %到3.7%，N:按重量計(jì)0. 1%到0.6%，以及佝。
5.如權(quán)利要求1所述的葉片支承環(huán)，該葉片支承環(huán)不包含σ相。
6.一種用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器包括一種葉片支承環(huán)， 該葉片支承環(huán)由具有奧氏體基本結(jié)構(gòu)具有樹枝狀碳化物沉淀的一種鐵基合金組成。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器包含硫化錳。
8.如權(quán)利要求6和7之一所述的排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器包括按重量計(jì) 0%到3. 5%的鈮和/或按重量計(jì)0%到3. 7%的釩作為進(jìn)一步的成分。
9.如權(quán)利要求6所述的排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器包含如下成分C 按重量計(jì)0. 2%到0. 5%，Cr 按重量計(jì)16%到22. 5%,Ni 按重量計(jì)5%到14%,Mn 按重量計(jì)5%到15%，Si 按重量計(jì)< 1. 3%，S 按重量計(jì)< 0. 5%，Nb 按重量計(jì)0. 75%到 3. 5%，V 按重量計(jì)到3. 7%，N:按重量計(jì)0. 1%到0.6%，以及佝。
10.如權(quán)利要求6所述的排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器不包含σ相。
全文摘要
描述了在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)用于渦輪增壓器應(yīng)用的一種葉片支承環(huán)，它由具有一種奧氏體基本結(jié)構(gòu)、具有樹枝狀碳化物沉淀的一種鐵基合金組成。
文檔編號F02B39/14GK102149837SQ200980135524
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者G·沙爾, M·加貝爾 申請人:博格華納公司