CN1916220A - 涡轮增压器的高耐热涡轮壳 - Google Patents

Abstract

涡轮增压器的高耐热涡轮壳，为改进现有铸造球铁涡轮壳的高温性能较差的问题而设计。特征在于其材料成分按重量百分比构成如下：C0.37～.042；Si＜1.5；Mn＜1.5；P＜0.030；S＜0.030；Cr 23～26；Ni 19～20；Nb0.1～0.5；余量为Fe。本发明的材质里加入23％～26％Cr和19％～20％的Ni，在大多数情况下当工作温度达到1093℃时，材质也不会被氧化起皮，在任何温度下都不会生成铁素体，对一些还原性酸类还有良好的耐蚀能力；本发明的材质里加入Nb元素，能提升合金材质的综合性能。本发明在高温下也具有良好的抗拉伸强度及延伸强率，具有高耐热工作的性能。

Description

涡轮增压器的高耐热涡轮壳

(一)技术领域：本发明涉及汽车涡轮增压器，尤其涉及轿车涡轮增压器。

(二)背景技术：涡轮增压器是由涡轮室和压气室组成的机器，涡轮室进气口与发动机排气管相连；压气室进气口与空气滤清器相连，压气室排气口又与发动机进气管相连。其工作原理就是充分利用发动机排出的高温废气惯性冲力来推动涡轮室的涡轮，涡轮又带动压气室内的叶轮高速运转，把空气压缩输入汽缸。当发动机转速增快，高温废气排出的速度与涡轮转速也同步增快，进入汽缸的空气压力和密度随着增大，燃料的燃烧就更加充分，带来节能、降耗以及低排放的功效很明显。

由于涡轮增压器的作用，发动机得到更加充分的空气，燃料的燃烧就更加充分、迅速，而汽缸的工作温度也随着增高，如要达到欧洲4号排放标准，发动机工作温度必须提高到1000℃左右，其排放的高温气体也在900℃左右。同时，这也给涡轮增压器的制造技术提出了更高的标准及要求，其中包括要求有高耐热的涡轮壳。

目前应用于生产汽车发动机涡轮壳典型的耐热铸铁有中硅钼球铁(RQTSi4Mo)，其化学成份见表-1，其余量为铁。

                                                                                表-1

中硅钼球铁RQTSi4Mo	化学成份(重量％)							耐热温度℃
									C	Si	Mn	S	P	Mo	Mg
	含量	3.0～3.4	3.75～4.25	≤0.6	≤0.02	≤0.07	0.5～0.7									≤0.08	≤680

其常温力学性能详见表-2。

实验温度25℃    表-2

随着温度的增高，上述材料抗拉强度和延伸率急剧下降。700℃时抗拉强度是室温测定值的18.1％，延伸率是室温测定值的20％；800℃时抗拉强度是室温测定值的8.1％，延伸率是室温测定值的13.3％。由此不难看出，即便是耐热球铁在高温下，基本上已丧失了使用价值，更不用说将其使用到工作环境十分恶劣的高温(＞900℃)高压的汽车发动机上。

(三)发明内容：

针对现有铸造球铁的涡轮壳的高温性能较差的问题，申请人进行研究改进，提供一种高耐热的涡轮壳，其在高温下也具有良好的抗拉伸强度及延伸率。

本发明的技术方案如下：

涡轮增压器的高耐热涡轮壳，其材料成分按重量百分比构成如下：

C     0.37～.042

Si    ＜1.5

Mn    ＜1.5

P     ＜0.030

S     ＜0.030

Cr    23～26

Ni    19～20

Nb    0.1～0.5

余量为Fe。

本发明的材质里加入了23％～26％Cr和19％～20％的Ni，在大多数情况下当工作温度达到1093℃时，材质也不会被氧化起皮。Ni是强化奥氏体的有效元素，使材质在碳含量下限时趋于稳定，并形成完全奥氏体，在任何温度下都不会生成铁素体。Cr、Ni元素在合金中的作用主要体现如下：

a.Cr元素：

强化铁素体，提高合金材料的强度、硬度和耐磨性；提高合金材料的耐热性能，随着含Cr量的增加合金材料的抗氧化温度也随之提高；在合金材料中形成稳定致密的Cr2O3薄膜，使合金材料具有对强氧化介质的耐腐蚀能力。

b.Ni元素：

扩大奥氏体区，是强化奥氏体的有效元素；提高合金材料的强度，但不降低其塑性；对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力；

与微合金化原理相结合，本发明的材质里还加入0.1％～0.5％的Nb元素，对合金组织里的碳化物起到稳定强化作用，更能提升材质的综合性能。

综上所述，本发明具有高耐热工作的性能。

(四)附图说明：

图1及图2分别为本发明的金相组织图(其中图1放大50倍，图2放大100倍)。

(五)具体实施方式：

三个实施例：

1.冶炼工艺设计

根据铸造耐热高合金材料冶金机理，三个实施例的冶炼工艺成份的控制分别如表-3所示；

化学成份(重量％)    表-3

2.炉料的控制及选用

a.优质碳素废钢(无锈、无油污、干燥的且S、P＜0.010)，001、002、003炉号分别配入重量比例40％、50％、60％；

b.本钢回炉料(抛丸清砂后洁净料)，001、002、003炉号分别配入重量比例40％、30％、20％；

c.铁合金(合格的、且需烘烤)视冶炼过程中调整加入；

d.加料顺序：废钢→回炉料→合金炉料；

e.送电规律：小功率(40min)→中功率(20min)→满功率；

3.铸造工艺按常规铸造技术进行设计

a.由常规公式近似式计算出001、002、003炉号材料的熔点分别为1384℃，1390℃、1395℃，出炉温度取1670±10℃，1674±10℃、1678℃10℃；

b.采取顺序凝固方法；

c采用热芯盒金属模具；

其他铸造工艺以及生产设备及检测设备，与现有硅钼球铁汽车发动机涡轮壳铸造使用的相同。

按照上述的工艺方案，制造出YL001、YL002、YL003宝马牌汽车用涡轮增压器涡轮壳铸件，产品重量4.5kg。经检测，常温力学性能(25℃)如表-4所示，其高温力学性能如表-5所示，所用检测设备如表-6所示，所用检测标准为：

ISO 15350：2000(E)                     GB/T223.23-1994

GB/T13298-1991                         GB11170-1989

GB/T223.11-1991                        ASTM247-67(1998)

ASTME10                                ASTME8

常温力学性能(25℃)    表-4

高温力学性能

表-5

                                                              表-6

序号	设备型号及名称	数量(台)	备注
				1	ARL3460直读式光谱分析仪	1	瑞士TREMO公司生产
2	WA-300万能实验拉力机	1	国产
				3	HB300B布氏硬度计	1	国产
4	BX41M金相显微镜	1	奥林巴斯产品
				5	金相试片磨光机	1	国产
6	碳硅分析仪	1	国产
				7	φ2.8mm内窥镜	1	奥林巴斯产品

表5中显示，现有中硅钼球铁(RQTSi4Mo)汽车发动机涡轮壳对比实施例，比本发明的耐高温性能(抗拉强度σ、屈服强度σ0.2、延伸率δ4)要低得多。

图1、图2所示金相显微组织均为单一奥氏体+共晶弥散碳化物，粒大，显示出柱状晶粒。

Claims (1)

1、涡轮增压器的高耐热涡轮壳，特征在于其材料成分按重量百分比构成如下：

C             0.37～.042

Si            ＜1.5

Mn            ＜1.5

P             ＜0.030

S             ＜0.030

Cr            23～26

Ni            19～20

Nb            0.1～0.5

余量为Fe。

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