DE112019005679T5 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES TiAl-LEGIERUNGSLAUFRADS UND TiAl-LEGIERUNGSLAUFRAD - Google Patents

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES TiAl-LEGIERUNGSLAUFRADS UND TiAl-LEGIERUNGSLAUFRAD Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines TiAI-Legierungslaufrads (2) umfasst einen Rohlinganfertigungsschritt, in dem ein Rohling (1) des TiAI-Legierungslaufrads (2) angefertigt wird, wobei der Rohling (1) einen Wellenabschnitt (10) und eine Vielzahl von Flügeln (20) hat, und einen zusätzlichen Arbeitsschritt, in dem auf jedem der Flügel (20) des Rohlings (1) eine zusätzliche Arbeit durchgeführt wird. Eine Dicke einer Außenkante (21) des Flügels (20) des Rohlings (1) wird so eingestellt, dass sie größer als eine Dicke (t2) einer Außenkante (21) von jedem der Flügel (20) des TiAI-Legierungslaufrads (2) ist. In dem zusätzlichen Arbeitsschritt wird die zusätzliche Arbeit auf einer ersten Oberfläche eines Abschnitts des Flügels (20), der zumindest die Außenkante (21) enthält, oder auf der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche dieses Abschnitts durchgeführt, um so die Außenkante (21) des Flügels (20) dünn zu machen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines TiAI-Legierungslaufrads und auf das TiAI-Legierungslaufrad.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die JP 2016-514 798 A (nachstehend Patentdokument 1 genannt) offenbart ein Turbinenrad eines Turboladers, das durch Gießen einer TiAl-Legierung hergestellt wird. Das Turbinenrad hat eine Nabe, die um eine Drehwelle drehbar ist, und eine Vielzahl von Turbinenschaufeln, die mit der Nabe verbunden sind.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: JP 2016-514 798 A
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Allgemein gesprochen wird ein Laufrad, etwa ein Turbinenrad, das für einen Lader verwendet wird, auf eine solche Weise ausgebildet, dass eine Außenkante des Laufrads in einer Radialrichtung von ihm am dünnsten ist, um so den Wirkungsgrad des Laufrads zu verbessern. Wenn als Material des Laufrads eine TiAl-Legierung gewählt wird und das Laufrad, das Flügel hat, die einer erforderlichen Form entsprechen, durch Gießen hergestellt wird, tritt ein Defekt auf, etwa eine Abplatzung in Außenkanten der Flügel des Gussproduktes, was die Ausbeute des Laufrads reduziert. Es ist erforderlich, dass eine Dicke der Außenkante jedes Flügels größer als ein erforderlicher Wert gemacht wird, um das Auftreten des Defekts zu unterdrücken. Allerdings reduziert dies den Wirkungsgrad des Laufrads.
  • Selbst wenn das aus einer TiAl-Legierung bestehende Laufrad durch andere Verfahren wie Schmieden, Metallpulverspritzgießen (MIM) und Laserauftragsschweißen (LMD) hergestellt wird, ist die Dicke der Außenkante jedes Flügels aufgrund von Einschränkungen bei der Bearbeitungsgenauigkeit usw. jedes Herstellungsverfahrens ähnlich wie die Dicke der Außenkante des durch das Gießen hergestellten Flügels größer als der erforderliche Wert.
  • Andererseits besteht Bedarf, die Produktivität des aus der TiAl-Legierung bestehenden Laufrads zu erhöhen. Allerdings ist es schwierig, durch die obigen Verfahren beides zu erreichen, also die Herstellung des Laufrads, das aus der TiAl-Legierung besteht und die Flügel hat, die der erforderlichen Form entsprechen, und die Verbesserung der Produktivität des Laufrads.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines TiAl-Legierungslaufrads, durch das jeder der Flügel des TiAl-Legierungslaufrads so ausgebildet wird, dass er eine Dicke hat, die einem erforderlichen Wert entspricht, während die Produktivität des TiAl-Legierungslaufrads erhöht wird, und das TiAl-Legierungslaufrad zur Verfügung zu stellen.
  • Lösung des Problems
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines TiAI-Legierungslaufrads ist ein Verfahren zur Herstellung eines TiAI-Legierungslaufrads, das für einen Fahrzeugturbolader verwendet wird. Das Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads umfasst einen Rohlinganfertigungsschritt, in dem ein Rohling des TiAI-Legierungslaufrads angefertigt wird, wobei der Rohling einen Wellenabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er sich um eine Drehachse dreht, und eine Vielzahl von Flügeln hat, die mit dem Wellenabschnitt verbunden sind, und einen zusätzlichen Arbeitsschritt, in dem auf jedem der Flügel des Rohlings eine zusätzliche Arbeit durchgeführt wird. Eine Dicke einer Außenkante in einer Radialrichtung des Wellenabschnitts von jedem der Flügel des Rohlings wird so eingestellt, dass sie größer als eine Dicke einer Außenkante von jedem der Flügel eines Endprodukts ist. In dem zusätzlichen Arbeitsschritt wird die zusätzliche Arbeit auf einer ersten Oberfläche eines Abschnitts des Flügels, der zumindest die Außenkante enthält, oder auf der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche dieses Abschnitts durchgeführt, um so die Außenkante des Flügels in der Radialrichtung des Wellenabschnitts dünn zu machen.
  • In diesem Herstellungsverfahren wird auf der ersten Oberfläche des Abschnitts von jedem der Flügel des im Rohlinganfertigungsschritt angefertigten Rohlings des TiAI-Legierungslaufrads, der zumindest die Außenkante enthält, oder auf den ersten und zweiten Oberflächen dieses Abschnitts die zusätzliche Arbeit durchgeführt. Somit ist es möglich, dass im Rohlinganfertigungsschritt der Rohling mit den Flügeln angefertigt wird, wobei die Dicke des Abschnitts von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, größer als die Dicke einer erforderlichen Form ist, und dass die Dicke des Abschnitts, der die Außenkante enthält, durch die zusätzliche Arbeit auf die Dicke der erforderlichen Form gebracht wird. Daher kann das TiAI-Legierungslaufrad hergestellt werden, das die Flügel hat, die der erforderlichen Form entsprechen, während die Produktivität des TiAI-Legierungslaufrads erhöht wird.
  • In dem Rohlinganfertigungsschritt kann der Rohling durch Feingießen angefertigt werden.
  • In dem zusätzlichen Arbeitsschritt wird die zusätzliche Arbeit auf jedem der Flügel vorzugsweise so durchgeführt, dass zumindest ein Abschnitt einer Oberfläche des Flügels nach der zusätzlichen Arbeit eine Gussoberfläche bleibt.
  • Dies verringert einen Bereich, in dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird, sodass die zusätzliche Arbeit vereinfacht wird.
  • In dem Rohlinganfertigungsschritt kann der Rohling durch Schmieden angefertigt werden. In dem Rohlinganfertigungsschritt kann der Rohling durch Metallpulverspritzgießen angefertigt werden. In dem Rohlinganfertigungsschritt kann der Rohling durch Laserauftragsschweißen angefertigt werden.
  • Vorzugsweise ist eine erste Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine Vertiefungsoberfläche, die vertieft ist, sodass sie in einer Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht, und eine zweite Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine vorstehende Oberfläche, die sich wölbt, sodass sie in der Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht.
  • In diesem Fall kann die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt nur auf der Vertiefungsoberfläche des Abschnitts von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, durchgeführt werden.
  • Mit dieser Arbeit wird ein Leistungsvermögen des TiAI-Legierungslaufrads erhöht.
  • In dem zusätzlichen Arbeitsschritt kann die zusätzliche Arbeit nur auf der vorstehenden Oberfläche des Abschnitts von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, durchgeführt werden.
  • Bei dieser Ausgestaltung wird die zusätzliche Arbeit auf dem Abschnitt der vorstehenden Oberfläche durchgeführt, die weniger anfällig gegenüber Abgas ist, sodass die Zuverlässigkeit des TiAl-Legierungslaufrads erhöht wird.
  • Die zusätzliche Arbeit kann in dem zusätzlichen Arbeitsschritt sowohl auf der vorstehenden Oberfläche als auch auf der Vertiefungsoberfläche des Abschnitts in der Vertiefungsoberfläche von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, durchgeführt werden.
  • Bei dieser Ausgestaltung können die Flügel noch gleichmäßiger beabstandet werden.
  • Jeder der Flügel hat vorzugsweise eine einseitige Kante, die sich auf einer Seite in einer Axialrichtung des Wellenabschnitts befindet.
  • In diesem Fall kann der Abschnitt, der die Außenkante enthält, bei jedem der Flügel ein Abschnitt von der Außenkante bis zu einem Abschnitt sein, der von der Außenkante um ein Drittel einer Länge der einseitigen Kante in Richtung des Wellenabschnitts versetzt ist.
  • Dies erreicht sowohl eine Erhöhung der Ausbeute des Rohlings als auch eine Vereinfachung der zusätzlichen Arbeit.
  • Der Abschnitt, der die Außenkante enthält, kann bei jedem der Flügel ein Abschnitt außerhalb einer Geraden in der Radialrichtung des Wellenabschnitts sein, wobei die Gerade parallel zur Drehachse ist und sich durch einen Abschnitt der einseitigen Kante erstreckt, der von einem äußeren Ende des Flügels in der Radialrichtung des Wellenabschnitts um eine Hälfte einer Länge der einseitigen Kante in der Radialrichtung des Wellenabschnitts in Richtung des Wellenabschnitts versetzt ist.
  • Dies erreicht ebenfalls eine Erhöhung der Ausbeute des Rohlings und eine Vereinfachung der zusätzlichen Arbeit.
  • Die zusätzliche Arbeit kann eine Schneidarbeit sein. Außerdem kann die zusätzliche Arbeit eine elektrochemische Bearbeitung sein.
  • Das Verfahren zur Herstellung des TiAl-Legierungslaufrads umfasst außerdem vorzugsweise einen Oberflächenbehandlungsschritt, der auf den zusätzlichen Arbeitsschritt folgt und in dem auf einer Oberfläche des TiAl-Legierungslaufrads nach der zusätzlichen Arbeit eine Fluorierungsbehandlung durchgeführt wird.
  • Auf diese Weise wird die Oxidationsbeständigkeit der Oberfläche des TiAl-Legierungslaufrads erhöht.
  • Das erfindungsgemäße TiAl-Legierungslaufrad ist ein TiAl-Legierungslaufrad, das aus einer TiAl-Legierung besteht und in einem Fahrzeugturbolader eingebaut ist. Das TiAl-Legierungslaufrad weist einen Wellenabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er sich um eine Drehachse dreht, und der eine Form hat, bei der ein Durchmesser des Wellenabschnitts allmählich zunimmt, wenn sich der Wellenabschnitt in einer Drehachsenrichtung der Drehachse von einer Seite zur anderen Seite erstreckt, und eine Vielzahl von Flügeln auf, die mit dem Wellenabschnitt verbunden sind. Der Wellenabschnitt und die Vielzahl von Flügeln sind einstückig aus einem Guss ausgebildet. Jeder der Flügel der Vielzahl von Flügeln weist eine Außenkante auf, die eine Außenkante in einer Radialrichtung des Wellenabschnitts ist. Ein Abschnitt des Flügels, der die Außenkante enthält, hat eine bearbeitete Fläche.
  • Jeder der Flügel hat außerdem vorzugsweise eine Gussfläche, die aus einer Gussoberfläche besteht. Eine Dicke eines Abschnitts des Flügels, der die bearbeitete Fläche hat, ist kleiner als eine Dicke eines Abschnitts des Flügels, der die Gussfläche hat.
  • Die Gussfläche und die bearbeitete Fläche erstrecken sich vorzugsweise kontinuierlich.
  • Dies unterdrückt die Erzeugung von Spannungen, die sich in einem Grenzabschnitt zwischen der Gussfläche und der bearbeiteten Fläche konzentrieren.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann das Verfahren zur Herstellung eines Turbinenrads erfindungsgemäß eine Ausbeute eines hergestellten Produkts verbessern und es kann das Turbinenrad zur Verfügung gestellt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Seitenansicht eines Rohlings eines TiAl-Legierungslaufrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 2 ist eine Draufsicht auf den in 1 dargestellten Rohling.
    • 3 ist eine Seitenansicht des TiAl-Legierungslaufrads, das durch Durchführen einer zusätzlichen Arbeit auf dem in 1 dargestellten Rohling hergestellt wurde.
    • 4 ist eine Schnittansicht jedes Flügels des in 3 dargestellten TiAl-Legierungslaufrads.
    • 5 ist eine Ansicht, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Abschnitts darstellt, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird.
    • 6 ist eine Ansicht, die ein abgewandelte Ausführungsbeispiel des Abschnitts darstellt, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, dass gleiche oder im Wesentlichen gleiche Bestandteile in den Zeichnungen, auf die unten Bezug genommen wird, die gleichen Bezugszahlen haben.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Verfahren zur Herstellung eines TiAl-Legierungslaufrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung dieses TiAl-Legierungslaufrads umfasst den Rohlinganfertigungsschritt, in dem ein Rohling 1 des TiAl-Legierungslaufrads angefertigt wird, und einen zusätzlichen Arbeitsschritt, in dem auf dem Rohling 1 eine zusätzliche Arbeit durchgeführt wird. Ein TiAl-Legierungslaufrad 2, das durch dieses Herstellungsverfahren hergestellt wird, wird zum Beispiel als ein Laufrad (ein Turbinenrad und ein Verdichterrad) eines Turboladers verwendet, der in einem Fahrzeug eingebaut ist.
  • 1 ist eine Seitenansicht des Rohlings des TiAI-Legierungslaufrads gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 ist eine Draufsicht auf den in 1 dargestellten Rohling. Die 1 und 2 stellen also den Rohling 1 des TiAl-Legierungslaufrads dar, der im Rohlinganfertigungsschritt angefertigt wird. Es ist zu beachten, dass in den 1 und 2 als ein Beispiel des Rohlings 1 des TiAl-Legierungslaufrads ein Turbinenrad dargestellt ist.
  • In dem Rohlinganfertigungsschritt wird der Rohling 1 des TiAl-Legierungslaufrads angefertigt. Der Rohling 1 wird durch Gießen einer TiAl-Legierung, Feingießen (Wachsausschmelzfeingießen) der TiAl-Legierung, Schmieden der TiAl-Legierung, Metallpulverspritzgießen (MIM) der TiAl-Legierung, Laserauftragsschweißen (LMD) der TiAl-Legierung, Sintern der TiAl-Legierung usw. ausgebildet. Im Folgenden wird als ein Beispiel der Rohling 1, der durch Feingießen der TiAl-Legierung ausgebildet wird, beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird als die TiAl-Legierung ein Material mit einem Al-Gehalt von 30 Gew.-% bis 48 Gew.-% verwendet.
  • Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, hat der Rohling (ein Gussprodukt in diesem Ausführungsbeispiel) 1 einen Wellenabschnitt 10 und eine Vielzahl von Flügeln 20. Der Wellenabschnitt 10 und die Flügel 20 sind einstückig aus einem Guss ausgebildet.
  • Der Wellenabschnitt 10 ist um eine Drehachse A drehbar. Der Wellenabschnitt 10 hat eine Form, bei der ein Durchmesser des Wellenabschnitts 10 allmählich zunimmt, wenn sich der Wellenabschnitt 10 in einer Drehachsenrichtung der Drehachse A von einer Seite (Oberseite in 1) zur anderen Seite (Unterseite in 1) erstreckt. Mit einem Ende des Wellenabschnitts 10 ist auf der anderen Seite in der Drehachsenrichtung ein Scheibenabschnitt 12 verbunden, der in einer Scheibenform ausgebildet ist. Es ist zu beachten, dass mit dem Scheibenabschnitt 12 ein Kopplungsabschnitt 14 verbunden ist, der an eine (nicht dargestellte) Rotorwelle gekoppelt wird.
  • Jeder der Flügel 20 ist mit dem Wellenabschnitt 10 verbunden. Der Flügel 20 hat eine Form, bei der der Flügel 20 so gebogen ist, dass er in einer Umfangsrichtung des Wellenabschnitts 10 in Richtung einer Seite vorsteht. Eine erste Oberfläche des Flügels 10 ist eine Vertiefungsoberfläche 24, die vertieft ist, sodass sie in der Umfangsrichtung des Wellenabschnitts 10 vorsteht. Eine zweite Oberfläche des Flügels 2 ist eine vorstehende Oberfläche 26, die sich wölbt, sodass sie in der Umfangsrichtung des Wellenabschnitts 10 vorsteht. Die Vertiefungsoberfläche 24 des Rohlings 1 wird durch eine Gussfläche 24a gebildet, die aus einer Gussoberfläche besteht, und die vorstehende Oberfläche 26 des Rohlings 1 wird durch eine Gussfläche 26a gebildet, die aus der Gussoberfläche besteht. Der Flügel 20 hat eine Außenkante 21 und eine einseitige Kante 22.
  • Die Außenkante 21 ist eine Außenkante von jedem der Flügel 20 in der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10. Eine Dicke t1 der Außenkante 21 ist so eingestellt, dass sie größer als eine Dicke t2 der Außenkante des Flügels 20 in dem TiAI-Legierungslaufrad 2 (siehe 3) ist, das ein Endprodukt ist. Die Dicke t1 der Außenkante 21 des Rohlings 1 ist vorzugsweise auf 0,8 mm bis 2,0 mm eingestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke t1 der Außenkante 21 des Rohlings 1 auf 1,2 mm eingestellt. Eine Höhe H der Außenkante 21 in einer Richtung parallel zur Drehachse A ist auf 18,7 mm eingestellt. Allerdings sind die Dicke t1 und die Höhe H der Außenkante 21 nicht auf diese Werte beschränkt.
  • Die einseitige Kante 22 ist eine Kante von jedem der Flügel 20, die sich auf der einen Seite (der Oberseite in 1) in der Axialrichtung des Wellenabschnitts 10 befindet. Die einseitige Kante 22 hat eine Form, die sich von einer Außenumfangsfläche des Wellenabschnitts 10 in Richtung der Außenkante 21 erstreckt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Länge L1 der einseitigen Kante 22 in der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 auf 15 mm eingestellt. Allerdings ist die Länge L1 der einseitigen Kante 22 nicht auf diesen Wert beschränkt.
  • Als Nächstes wird der zusätzliche Arbeitsschritt beschrieben. In dem zusätzlichen Arbeitsschritt wird auf zumindest einem Abschnitt von jedem der Flügel 20 die zusätzliche Arbeit durchgeführt. 3 ist eine Seitenansicht des TiAI-Legierungslaufrads, das durch Durchführung der zusätzlichen Arbeit auf dem in 1 dargestellten Rohling hergestellt wurde. Es ist zu beachten, dass in 3 zu dem Abschnitt, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird, ein Muster hinzugefügt ist. In dem zusätzlichen Arbeitsschritt wird die zusätzliche Arbeit auf einer ersten Oberfläche des Abschnitts, der zumindest die Außenkante 21 des Flügels 20 enthält, oder auf der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche dieses Abschnitts durchgeführt, um so die Außenkante 21 des Flügels 20 dünn zu machen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die zusätzliche Arbeit nur auf der vorstehenden Fläche 26 des Abschnitts des Flügels 20, der zumindest die Außenkante 21 enthält, durchgeführt. Allerdings kann die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt nur auf der Vertiefungsoberfläche 24 des Abschnitts des Flügels 20, der zumindest die Außenkante 21 enthält, oder auf beiden Oberflächen (der Vertiefungsoberfläche 24 und der vorstehenden Oberfläche 26) dieses Abschnitts durchgeführt werden.
  • In der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 wird eine Länge L2 des Abschnitts von jedem der Flügel 20, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird, (des Abschnitts, der die Außenkante 21 enthält) auf zum Beispiel ein Drittel der Länge L1 der einseitigen Kante 22 eingestellt.
  • Ein Beispiel der zusätzlichen Arbeit, die in dem zusätzlichen Arbeitsschritt durchgeführt wird, ist eine Schneidarbeit. Die Schneidarbeit erfolgt unter Verwendung eines Schaftfräsers usw. Allerdings kann die zusätzliche Arbeit auch eine elektrochemische Bearbeitung sein. Bei der elektrochemischen Arbeit werden der Rohling 1 als eine Anode und ein Werkzeug als eine Kathode eingerichtet. Während zwischen dem Rohling 1 und dem Werkzeug ein Elektrolyt fließen gelassen wird und das Werkzeug dem Abschnitt von jedem der Flügel 20, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird, zugewandt ist, wird zwischen dem Rohling 1 und dem Werkzeug eine Gleichspannung angelegt.
  • Die Dicke t2 der Außenkante 21 nach der zusätzlichen Arbeit ist vorzugsweise auf 0,4 mm bis 0,7 mm eingestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke t2 auf 0,6 mm eingestellt.
  • Von der vorstehenden Oberfläche 26 bildet der Abschnitt, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird (zu dem in 3 das Muster hinzugefügt ist), eine bearbeitete Fläche 26b. Der Zustand einer Oberfläche der bearbeiteten Fläche 26b unterscheidet sich von dem einer Oberfläche der Gussfläche 26a. Die Oberflächenrauheit der bearbeiteten Fläche 26b ist kleiner als die der Gussfläche 26a. Die Oberflächenrauheit Ra der bearbeiteten Fläche 26b beträgt zum Beispiel etwa 0,2.
  • 4 ist eine Schnittansicht von jedem Flügel des in 3 dargestellten TiAI-Legierungslaufrads. Dieser Schnitt ist ein Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse A. Wie in 4 dargestellt ist, erstrecken sich die Gussfläche 26a und die bearbeitete Fläche 26b kontinuierlich. Es ist zu beachten, dass in 4 eine Form des Querschnitts von jedem der Flügel 20 vor der zusätzlichen Arbeit als eine gestrichelte und doppelt gepunktete Linie dargestellt ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird in dem Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die zusätzliche Arbeit auf der ersten Oberfläche des Abschnitts von jedem der Flügel 20 des im Rohlinganfertigungsschritt angefertigten Rohlings 1 des TiAI-Legierungslaufrads, der zumindest die Außenkante 21 enthält, oder auf den ersten und zweiten Oberflächen dieses Abschnitts durchgeführt. Es ist somit möglich, dass in dem Rohlinganfertigungsschritt (zum Beispiel in dem Schritt, in dem der Rohling 1 durch Gießen ausgebildet wird) der Rohling 1 mit den Flügeln 20 angefertigt wird, wobei die Dicke des Abschnitts von jedem der Flügel 20, der die Außenkante 21 enthält, größer als eine Dicke einer erforderlichen Form ist, und dass die Dicke des Abschnitts, der die Außenkante 21 enthält, durch die zusätzliche Arbeit auf die Dicke der erforderlichen Form gebracht wird. Daher kann das TiAI-Legierungslaufrad 2 hergestellt werden, das die Flügel 20 hat, die der erforderlichen Formen sprechen, während die Produktivität des TiAI-Legierungslaufrads 2 erhöht wird.
  • In dem zusätzlichen Arbeitsschritt wird die zusätzliche Arbeit auf jedem der Flügel 20 so durchgeführt, dass zumindest ein Abschnitt der Oberfläche des Flügels 20 nach der zusätzlichen Arbeit die Gussoberfläche bleibt. Dies verringert einen Bereich, in dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird. Somit wird die zusätzliche Arbeit vereinfacht.
  • In dem zusätzlichen Arbeitsschritt wird das Leistungsvermögen des TiAI-Legierungslaufrads 2 erhöht, wenn die zusätzliche Arbeit nur auf der Vertiefungsoberfläche 24 des Abschnitts von jedem der Flügel 20, der die Außenkante 21 enthält, durchgeführt wird.
  • Die vorstehende Oberfläche 26 von jedem der Flügel 20 ist weniger gegenüber Abgas anfällig, sodass in dem Schritt, in dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird, die Zuverlässigkeit des TiAI-Legierungslaufrads 2 erhöht wird, wenn der zusätzliche Schritt nur auf der vorstehenden Oberfläche 26 des Abschnitts von jedem der Flügel 20, der die Außenkante 21 enthält, durchgeführt wird.
  • In dem zusätzlichen Arbeitsschritt können die Flügel 20 noch gleichmäßiger voneinander beabstandet werden, wenn die zusätzliche Arbeit auf sowohl der Vertiefungsoberfläche 24 als auch der vorstehenden Oberfläche 26 des Abschnitts von jedem der Flügel 20, der die Außenkante 21 enthält, durchgeführt wird.
  • Die Länge L2 des Abschnitts von jedem der Flügel 20, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird, (des Abschnitts, der die Außenkante 21 enthält) in der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 wird auf ein Drittel der Länge L1 der einseitigen Kante 22 in der gleichen Richtung wie die Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 eingestellt. Dies ergibt sowohl eine Erhöhung der Ausbeute des Rohlings (des Gussproduktes) 1 als auch eine Vereinfachung der zusätzlichen Arbeit (eine Verbesserung der Produktivität).
  • Die Gussfläche 26a und die bearbeitete Fläche 26b erstrecken sich kontinuierlich, sodass eine Erzeugung von Spannungen unterdrückt wird, die sich in einem Grenzabschnitt zwischen der Gussfläche 26a und der bearbeiteten Fläche 26b konzentrieren. Wenn der Rohling 1 in dem Rohlinganfertigungsschritt des obigen Ausführungsbeispiels durch Schmieden ausgebildet wird, ist zu beachten, dass zunächst ein in einer Säulenform ausgebildetes Werkstück erwärmt wird und das erwärmte Werkstück so geschmiedet wird, dass der Rohling 1 ausgebildet wird, der die Flügel 20 hat, wobei die Dicke t1 der Außenkante 21 von jedem der Flügel 20 des Rohlings 1 größer als die Dicke t2 der Außenkante 21 des Flügels 20 des TiAI-Legierungslaufrads 2 als Endprodukt ist. Somit werden Risse der Flügel 20 durch das Schmieden usw. unterdrückt.
  • Wenn der Rohling 1 durch das Metallpulverspritzgießen ausgebildet wird, entspricht eine Verformungstoleranz von jedem der Flügel 20 beim Sintern einer Bearbeitungstoleranz des Flügels 20 im zusätzlichen Arbeitsschritt, sodass die Ausbeute des Rohlings 1 verbessert wird.
  • Wenn der Rohling 1 durch das Laserauftragsschweißen (LMD) ausgebildet wird, ist es vorzuziehen, dass der Wellenabschnitt 10 durch maschinelle Arbeit (das Gießen, Schmieden, usw.) der TiAI-Legierung ausgebildet wird und dass jeder der Flügel 20 durch das Laserauftragsschweißen ausgebildet wird. Im Einzelnen wird der Wellenabschnitt 10 durch einen Laser aufgeschmolzen und Pulver, das aus einer TiAI-Legierung besteht, wird in eine Aufschmelzzone des Wellenabschnitts 10 injiziert und thermisch gespritzt, sodass jeder der Flügel 20 ausgebildet wird.
  • - Erstes abgewandeltes Ausführungsbeispiel -
  • 5 ist eine Ansicht, die ein erstes abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Abschnitts darstellt, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird. Wie in 5 dargestellt ist, kann die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt auf einer Oberfläche eines Abschnitts außerhalb einer geraden Grundlinie B in der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 von jedem der Flügel 20 des Rohlings 1 durchgeführt werden.
  • Die gerade Grundlinie B ist eine Gerade parallel zur Drehachse A und erstreckt sich durch einen Mittelabschnitt der einseitigen Kante 22 in der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 (durch einen Abschnitt der einseitigen Kante 22, der von dem in der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 äußeren Ende von jedem der Flügel 20 um eine Hälfte 1/2L der Länge L1 der einseitigen Kante 22 in der Radialrichtung des Wellenabschnitts 10 in Richtung des Wellenabschnitts 10 versetzt ist).
  • Diese Ausgestaltung erreicht sowohl eine Erhöhung der Ausbeute des Rohlings (des Gussprodukts) 1 als auch eine Vereinfachung der zusätzlichen Arbeit (eine Verbesserung der Produktivität).
  • - Zweites abgewandeltes Ausführungsbeispiel -
  • 6 ist eine Ansicht, die ein zweites abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Abschnitts darstellt, auf dem die zusätzliche Arbeit durchgeführt wird. Wie in 6 dargestellt ist, kann die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt auf der gesamten Fläche der vorstehenden Oberfläche 26 von jedem der Flügel 20 des Rohlings 1 durchgeführt werden. Das gleiche gilt für den Fall, in dem die zusätzliche Arbeit auf der Vertiefungsoberfläche 24 des Flügels 20 des Rohlings 1 oder auf sowohl der Vertiefungsoberfläche 24 als auch der vorstehenden Oberfläche 26 durchgeführt wird.
  • - Drittes abgewandeltes Ausführungsbeispiel -
  • Wenn es in der Außenkante usw. von jedem der Flügel 20 des im Rohlinganfertigungsschritt angefertigten Rohlings 1 eine Abplatzung gibt, kann vor dem zusätzlichen Arbeitsschritt ein Auftragsschweißschritt vorgesehen werden, in dem die Fehlerstelle des Flügels 20 ausgebessert wird.
  • - Viertes abgewandeltes Ausführungsbeispiel -
  • Das Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann außerdem einen Oberflächenbehandlungsschritt enthalten, der auf den zusätzlichen Arbeitsschritt folgt und in dem auf der Oberfläche des TiAI-Legierungslaufrads 2 nach der zusätzlichen Arbeit eine Fluorierungsbehandlung durchgeführt wird. In diesem Schritt wird auf der Oberfläche des TiAI-Legierungslaufrads 2 (zumindest auf der Oberfläche von jedem der Flügel 20) ein Fluoridfilm ausgebildet, der eine Dicke von 0,1 µm oder mehr bis 10 µm oder weniger hat, indem das TiAI-Legierungslaufrad 2 nach der zusätzlichen Arbeit für eine bestimmte Zeit bei einer bestimmten Temperatur (von etwa 100°C bis 500° C) in einer fluorhaltigen Gasatmosphäre (die entweder eines von NF3, BF3, CF4, HF, SF6 oder F2 oder eine Mischung aus einer Kombination von ihnen in einem Inertgas wie N2 enthält) erhitzt wird. Es ist zu beachten, dass die maximale Konzentration an Fluor in der fluorhaltigen Gasatmosphäre auf einen Bereich von 2% bis 35% eingestellt wird.
  • Wenn die Oberfläche des TiAI-Legierungslaufrads 2, das hergestellt wurde, indem es dem Oberflächenbehandlungsschritt unterzogen wurde, oxidiert wird, wird nur das Ti aus einer Oberflächenschicht des TiAI-Legierungslaufrads 2 entfernt und wird auf der Oberflächenschicht ein gleichmäßiger Film aus Aluminiumoxid (Al2O3) ausgebildet. Somit wird die Oxidationsbeständigkeit des TiAI-Legierungslaufrads 2 verbessert. Es ist zu beachten, dass auf der Oberflächenschicht des TiAI-Legierungslaufrads 2 Titandioxid (TiO2) erzeugt wird, wenn die Oberfläche des TiAI-Legierungslaufrads 2, die nicht den Fluoridfilm hat, oxidiert wird.
  • Es ist zu beachten, dass die hier offenbarten Ausführungsbeispiele in jeglicher Hinsicht als darstellend und nicht einschränkend angesehen werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die Patentansprüche und nicht durch die Beschreibung der obigen Ausführungsbeispiele angegeben und sämtliche Abwandlungen, die unter den Wortlaut und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen davon umfasst sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rohling
    2
    TiAl-Legierungslaufrad
    10
    Wellenabschnitt
    12
    Scheibenabschnitt
    20
    Flügel
    21
    Außenkante
    22
    einseitige Kante
    24
    Vertiefungsoberfläche
    24a
    Gussfläche
    26
    vorstehende Oberfläche
    26a
    Gussfläche
    26b
    bearbeitete Fläche
    A
    Drehachse
    B
    gerade Grundlinie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016514 798 A [0002, 0003]

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines TiAI-Legierungslaufrads, das für einen Fahrzeugturbolader verwendet wird, mit: einem Rohlinganfertigungsschritt, in dem ein Rohling des TiAI-Legierungslaufrads angefertigt wird, wobei der Rohling einen Wellenabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er sich um eine Drehachse dreht, und eine Vielzahl von Flügeln hat, die mit dem Wellenabschnitt verbunden sind, wobei eine Dicke einer Außenkante in einer Radialrichtung des Wellenabschnitts von jedem der Vielzahl von Flügeln des Rohlings so eingestellt wird, dass sie größer als eine Dicke einer Außenkante von jedem der Flügel des TiAI-Legierungslaufrads ist; und einem zusätzlichen Arbeitsschritt, in dem auf jedem der Flügel des Rohlings eine zusätzliche Arbeit durchgeführt wird, wobei die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt auf einer ersten Oberfläche eines Abschnitts von jedem der Flügel, der zumindest die Außenkante enthält, oder auf der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche dieses Abschnitts durchgeführt wird, um so die Außenkante des Flügels in der Radialrichtung des Wellenabschnitts dünn zu machen.
  2. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach Anspruch 1, wobei der Rohling in dem Rohlinganfertigungsschritt durch Feingießen angefertigt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach Anspruch 2, wobei die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt auf jedem der Flügel so durchgeführt wird, dass zumindest ein Abschnitt einer Oberfläche des Flügels nach der zusätzlichen Arbeit eine Gussoberfläche bleibt.
  4. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach Anspruch 1, wobei der Rohling in dem Rohlinganfertigungsschritt durch Schmieden angefertigt wird.
  5. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach Anspruch 1, wobei der Rohling in dem Rohlinganfertigungsschritt durch Metallpulverspritzgießen angefertigt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach Anspruch 1, wobei der Rohling in dem Rohlinganfertigungsschritt durch Laserauftragsschweißen angefertigt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine erste Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine Vertiefungsoberfläche ist, die vertieft ist, sodass sie in einer Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht, eine zweite Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine vorstehende Oberfläche ist, die sich wölbt, sodass sie in der Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht, und die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt nur auf der Vertiefungsoberfläche des Abschnitts von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, durchgeführt wird.
  8. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine erste Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine Vertiefungsoberfläche ist, die vertieft ist, sodass sie in einer Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht, eine zweite Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine vorstehende Oberfläche ist, die sich wölbt, sodass sie in Richtung der Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht, und die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt nur auf der vorstehenden Oberfläche des Abschnitts von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, durchgeführt wird.
  9. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine erste Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine Vertiefungsoberfläche ist, die vertieft ist, sodass sie in einer Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht, eine zweite Oberfläche von jedem der Flügel des Rohlings eine vorstehende Oberfläche ist, die sich wölbt, sodass sie in Richtung der Umfangsrichtung des Wellenabschnitts vorsteht, und die zusätzliche Arbeit in dem zusätzlichen Arbeitsschritt auf sowohl der Vertiefungsoberfläche als auch der vorstehenden Oberfläche des Abschnitts von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, durchgeführt wird.
  10. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder der Flügel eine einseitige Kante hat, die sich auf einer Seite in einer Axialrichtung des Wellenabschnitts befindet, und der Abschnitt, der die Außenkante enthält, bei jedem der Flügel ein Abschnitt von der Außenkante bis zu einem Abschnitt ist, der von der Außenkante um ein Drittel einer Länge der einseitigen Kante in Richtung des Wellenabschnitts versetzt ist.
  11. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder der Flügel eine einseitige Kante hat, die sich auf einer Seite in einer Axialrichtung des Wellenabschnitts befindet, und der Abschnitt, der die Außenkante enthält, bei jedem der Flügel ein Abschnitt außerhalb einer Geraden in der Radialrichtung des Wellenabschnitts ist, wobei die Gerade parallel zur Drehachse ist und sich durch einen Abschnitt der einseitigen Kante erstreckt, der von einem äußeren Ende des Flügels in der Radialrichtung des Wellenabschnitts um eine Hälfte einer Länge der einseitigen Kante in der Radialrichtung des Wellenabschnitts in Richtung des Wellenabschnitts versetzt ist.
  12. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zusätzliche Arbeit eine Schneidarbeit ist.
  13. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zusätzliche Arbeit eine elektrochemische Bearbeitung ist.
  14. Verfahren zur Herstellung des TiAI-Legierungslaufrads nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit außerdem einem Oberflächenbehandlungsschritt, der auf den zusätzlichen Arbeitsschritt folgt und in dem auf einer Oberfläche des TiAI-Legierungslaufrads nach der zusätzlichen Arbeit eine Fluorierungsbehandlung durchgeführt wird.
  15. TiAI-Legierungslaufrad, das aus einer TiAI-Legierung besteht und in einem Fahrzeugturbolader eingebaut ist, wobei das TiAI-Legierungslaufrad Folgendes umfasst: einen Wellenabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er sich um eine Drehachse dreht, wobei der Wellenabschnitt eine Form hat, bei der ein Durchmesser des Wellenabschnitts allmählich zunimmt, wenn sich der Wellenabschnitt in einer Drehachsenrichtung der Drehachse von einer Seite zur anderen Seite erstreckt; und eine Vielzahl von Flügeln, die mit dem Wellenabschnitt verbunden sind, wobei der Wellenabschnitt und die Vielzahl von Flügeln einstückig aus einem Guss ausgebildet sind, jeder der Flügel der Vielzahl von Flügeln eine Außenkante aufweist, die eine Außenkante in einer Radialrichtung des Wellenabschnitts ist, und ein Abschnitt von jedem der Flügel, der die Außenkante enthält, eine bearbeitete Fläche hat.
  16. TiAI-Legierungslaufrad nach Anspruch 15, wobei jeder der Flügel außerdem eine Gussfläche hat, die aus einer Gussoberfläche besteht, und eine Dicke des Abschnitts von jedem der Flügel, der die bearbeitete Fläche hat, kleiner als eine Dicke eines Abschnitts des Flügels ist, der die Gussfläche hat.
  17. TiAI-Legierungslaufrad nach Anspruch 16, wobei sich die Gussfläche und die bearbeitete Fläche kontinuierlich erstrecken.
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