DE112020007281T5

DE112020007281T5 - Düsenkomponente, variabler düsenmechanismus eines turboladers mit variabler geometrie, turbolader mit variabler geometrie und verfahren zur herstellung einer düsenkomponente

Info

Publication number: DE112020007281T5
Application number: DE112020007281.9T
Authority: DE
Inventors: Yuya NAKAHARA; Yosuke DANMOTO; Yoji AKIYAMA
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2022144995A1; JP7348415B2; US20230313696A1; CN116075629A; JPWO2022144995A1; WO2022144995A9

Abstract

Eine Düsenkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Düsenkomponente, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten ist. Die Düsenkomponente besteht aus einer Legierung auf Eisenbasis und erfüllt den folgenden Verhältnisausdruck: 6,6 × A + B ≥ 8,0, wobei A ein Gesamtwert (Massen-%) des Kohlenstoffgehalts und des Stickstoffgehalts ist und B ein Gesamtwert (Massen-%) des 0,5-fachen Wolframgehalts und Molybdängehalts ist. Der Gesamtwert B beträgt 1,5 Massen-% oder mehr.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Düsenkomponente, einen variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie, einen Turbolader mit variabler Geometrie und ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenkomponente.
HINTERGRUND
In einem Verbrennungsmotor, der mit einem Turbolader ausgestattet ist, wurde in den letzten Jahren ein Abgasturbolader mit variabler Verdrängung, der die Strömungskanalfläche für Abgas, das von einem Spiralschneckenkanal zu einer Turbine geliefert wird, gemäß den Betriebsbedingungen des Motors variieren kann, weit verbreitet, um die Abgasströmungsrate von dem Motor mit der Gasströmungsrate, die die optimale Betriebsbedingung für den Turbolader ist, abzustimmen.
Der Abgasturbolader mit variabler Verdrängung ist mit einem variablen Düsenmechanismus versehen, um eine Antriebskraft von einem Aktor über ein Verbindungsteil auf eine Düsenschaufel zu übertragen, um den Schaufelwinkel der Düsenschaufel zu ändern.
In einem solchen variablen Düsenmechanismus weist das Antriebselement, das die Düsenschaufel antreibt, einen Gleitabschnitt auf, der Probleme wie Verschleiß des Gleitabschnitts verursacht.
Zum Beispiel wird in einem variablen Düsenmechanismus, der in Patentdokument 1 beschrieben ist, der Verschleiß durch Modifizieren der Form von Komponenten, die miteinander in Kontakt kommen, unterdrückt (siehe Patentdokument 1).
Zitatliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP4875602B
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Zum Beispiel besteht ein Bedarf, nicht nur die Form des variablen Düsenmechanismus, wie in Patentdokument 1 beschrieben, zu modifizieren, sondern auch die Verschleißbeständigkeit des Materials des variablen Düsenmechanismus selbst in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
Angesichts des Vorstehenden besteht eine Aufgabe mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darin, die Verschleißbeständigkeit einer Düsenkomponente, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten ist, in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
Lösung der Probleme
(1) Eine Düsenkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Düsenkomponente, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten ist. Die Düsenkomponente besteht aus einer Legierung auf Eisenbasis und erfüllt den folgenden Verhältnisausdruck: $6,6 \times A + B \geq 8,0,$
wobei A ein Gesamtwert (Massen-%) des Kohlenstoffgehalts und des Stickstoffgehalts ist und B ein Gesamtwert (Massen-%) des 0,5-fachen Wolframgehalts und Molybdängehalts ist und der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt.
(2) Ein variabler Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist versehen mit: einer ersten Komponente; und einer zweiten Komponente, die gegen die erste Komponente gleiten kann. Die erste Komponente ist die Düsenkomponente mit der obigen Konfiguration (1).
(3) Ein Turbolader mit variabler Geometrie gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist mit dem variablen Düsenmechanismus mit der obigen Konfiguration (2) versehen.
(4) Ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenkomponente, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten ist und umfasst einen Schritt des Bildens der Düsenkomponente mit der obigen Konfiguration (1) durch Gießen oder maschinelles Bearbeiten eines Plattenmaterials.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Verschleißbeständigkeit einer Düsenkomponente, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten ist, in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Turboladers mit variabler Geometrie gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2.
4A ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Verschleißbeständigkeitstests einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zeigt.
4B ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Verschleißbeständigkeitstests einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zeigt.
4C ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Verschleißbeständigkeitstests einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zeigt.
4D ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Verschleißbeständigkeitstests einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zeigt.
5 ist eine Tabelle, die Ergebnisse eines Verschleißbeständigkeitstests einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zeigt.
6A ist ein Ablaufdiagramm zur Herstellung einer Düsenkomponente durch Gehäuse gemäß einigen Ausführungsformen.
6B ist ein Ablaufdiagramm zur Herstellung einer Düsenkomponente aus einem Plattenmaterial, wie etwa einem gewalzten Material, gemäß einigen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders identifiziert, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, nur als veranschaulichend interpretiert werden sollen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung, wie etwa „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“, nicht so ausgelegt werden, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern auch einen Zustand enthält, in dem die Anordnung um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand relativ versetzt ist, wodurch es möglich ist, dieselbe Funktion zu erreichen.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands, wie etwa „gleich“, „identisch“ und „einheitlich“, nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern auch einen Zustand enthält, in dem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, die immer noch dieselbe Funktion erreichen kann.
Ferner soll zum Beispiel ein Ausdruck einer Form, wie etwa einer rechteckigen Form oder einer zylindrischen Form, nicht nur als die geometrisch strenge Form ausgelegt werden, sondern enthält auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem dieselbe Wirkung erreicht werden kann.
Andererseits soll ein Ausdruck, wie etwa „umfassen“, „enthalten“, „aufweisen“, „enthalten“ und „bilden“, andere Komponenten nicht ausschließen.
(Gesamtkonfiguration eines Turboladers mit variabler Geometrie)
1 ist eine Querschnittsansicht eines Turboladers mit variabler Geometrie gemäß einer Ausführungsform. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2. Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Grundkonfiguration eines variablen Düsenmechanismus 10 eines Turboladers 1 mit variabler Geometrie gemäß einer Ausführungsform beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, sind in einem Turbolader 1 mit variabler Geometrie gemäß einer Ausführungsform ein Turbinengehäuse 16 zum Aufnehmen eines Turbinenrotors 12 und ein Lagergehäuse 18 zum Aufnehmen eines Lagers 22, das eine Drehwelle 12a des Turbinenrotors 12 drehbar lagert, zum Beispiel mit Bolzen befestigt. Ferner ist, obwohl nicht dargestellt, auf der dem Turbinengehäuse 16 gegenüberliegenden Seite des Lagergehäuses 18 ein Verdichtergehäuse zum Aufnehmen eines mit der Drehwelle 12a gekoppelten Verdichterrotors mit dem Lagergehäuse 18 verbunden.
Auf der Außenumfangsseite des Turbinengehäuses 16 ist ein schneckenförmiger Abgaskanal 20 ausgebildet, der mit einem Abgaskrümmer (nicht gezeigt) in Verbindung steht und durch den Abgas, das von einem Motor abgegeben wird, strömt. Ein variabler Düsenmechanismus 10 zum Steuern des Abgasstroms, der auf den Turbinenrotor 12 wirkt, ist zwischen dem schneckenförmigen Abgaskanal 20 und dem Turbinenrotor 12 angeordnet.
(Variabler Düsenmechanismus 10)
Wie in 1 gezeigt, ist der variable Düsenmechanismus 10 gemäß einer Ausführungsform zwischen dem Turbinengehäuse 16 und dem Lagergehäuse 18 angeordnet und am Lagergehäuse 18 durch Befestigen einer Düsenhalterung 2 am Lagergehäuse 18 mit Bolzen oder dergleichen befestigt. Wie in 3 gezeigt, weist der variable Düsenmechanismus 10 einen Düsenträger 6 auf, der ein säulenförmiges Element ist, das an einem Ende mit einer Oberfläche 2a der Düsenhalterung 2 verbunden ist. Das andere Ende des Düsenträgers 6 ist mit einer Oberfläche 4a einer Düsenplatte 4 verbunden. In der Draufsicht sind mehrere Düsenträger 6 in Umfangsrichtung zwischen einer Oberfläche 2a der Düsenhalterung 2 und einer Oberfläche 4a der Düsenplatte 4 verbunden. Dadurch wird die Düsenplatte 4 getrennt von einer Oberfläche 2a der Düsenhalterung 2 getragen.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist auf der anderen Oberfläche 2b der Düsenhalterung 2 ein scheibenförmiger Antriebsring 5 drehbar angeordnet. Ferner ist eine Vielzahl von Hebelplatten 3 an einem Ende mit dem Antriebsring 5 verbunden. Insbesondere weist der Außenumfangsrand des Antriebsrings 5 eine Vielzahl von Nutabschnitten 5a entlang der Umfangsrichtung auf, und verbindende Wellenabschnitte 3a, die an einem Ende der Hebelplatten 3 vorgesehen sind, greifen in die Nutabschnitte 5a ein. Jeder verbindende Wellenabschnitt 3a kann ein Vorsprungsabschnitt sein, der zu der Düsenhalterung 2 an einem Ende der Hebelplatte 3 vorsteht, oder kann ein Wellenelement sein, das an einem Ende der Hebelplatte 3 angebracht ist.
Jede Hebelplatte 3 ist am anderen Ende mit einem Düsenschaufelelement 8 verbunden. Insbesondere weist das Düsenschaufelelement 8 eine Düsenschaufel (Schaufelabschnitt) 8a zum Steuern des Abgasstroms und eine Düsenwelle 8b auf, die einstückig mit der Düsenschaufel 8a ausgebildet ist. Das heißt, in dem Düsenschaufelelement 8 ist die Düsenschaufel 8a an einem Ende der Düsenwelle 8b ausgebildet. Das andere Ende der Düsenwelle 8b ist mit dem anderen Ende der Hebelplatte 3 verbunden.
Die Düsenwelle 8b des Düsenschaufelelements 8 ist drehbar durch ein Durchgangsloch 2c der Düsenhalterung 2 eingesetzt.
Die gleiche Anzahl von Hebelplatten 3 wie die Düsenschaufelelemente 8 ist entlang der Umfangsrichtung des Antriebsrings 5 angeordnet.
In der folgenden Beschreibung werden die oben beschriebenen Komponenten, die den variablen Düsenmechanismus 10 bilden, jeweils auch als Düsenkomponente P bezeichnet.
In dem variablen Düsenmechanismus 10 gemäß der so konfigurierten Ausführungsform dreht sich, wenn sich der Antriebsring 5 um die Mittelachse 10a des variablen Düsenmechanismus 10 dreht, jede Hebelplatte 3, um den Schaufelwinkel der Düsenschaufel 8a zu ändern.
Wenn sich der Antriebsring 5 um die Mittelachse 10a des variablen Düsenmechanismus 10 dreht, tritt relatives Gleiten zum Beispiel zwischen der Außenumfangsfläche 8s der Düsenwelle 8b und der Innenumfangsfläche 2s des Durchgangslochs 2c der Düsenhalterung 2 auf, und relatives Gleiten tritt zum Beispiel zwischen der Außenumfangsfläche 3s des verbindenden Wellenabschnitts 3a an einem Ende der Hebelplatte 3 und der Innenumfangsfläche 5s des Nutabschnitts 5a des Antriebsrings 5 auf.
In dem Turbolader 1 mit variabler Geometrie, der den variablen Düsenmechanismus 10 gemäß der so konfigurierten Ausführungsform enthält, strömt Abgas, das durch den schneckenförmigen Abgaskanal 20 geströmt ist, in einen Raum zwischen der Düsenhalterung 2 und der Düsenplatte 4, wie durch den Pfeil f in 1 angezeigt, wo die Düsenschaufeln 8a die Strömungsrichtung des Gases steuern, um in einen zentralen Abschnitt des Turbinengehäuses 16 zu strömen. Dann wird das Abgas, nachdem es auf den Turbinenrotor 12 gewirkt hat, durch einen Abgasauslass 24 nach außen abgegeben.
Wie oben beschrieben, weist ein variabler Düsenmechanismus, wie etwa der variable Düsenmechanismus 10 gemäß einer Ausführungsform, Verschleiß und andere Probleme aufgrund von Teilen auf, die während des Betriebs eines Turboladers mit variabler Geometrie gleiten. Da eine Legierung auf Eisenbasis im Allgemeinen weniger teuer ist als eine hitzebeständige Legierung auf Nickelbasis, ist es außerdem wünschenswert, mehr Legierung auf Eisenbasis als eine hitzebeständige Legierung auf Nickelbasis in dem variablen Düsenmechanismus aus dem Gesichtspunkt der Verringerung der Herstellungskosten zu verwenden. Wenn jedoch ein Turbolader mit variabler Geometrie in einem Benzinmotor verwendet wird, bei dem die Temperatur des Abgases dazu neigt, höher zu sein als in einem Dieselmotor, muss eine hitzebeständige Legierung auf Nickelbasis, die teurer ist als eine Legierung auf Eisenbasis, häufig aus dem Gesichtspunkt der Verschleißbeständigkeit und Haftverhinderung in Hochtemperaturumgebungen verwendet werden. Es ist jedoch wünschenswert, Düsenkomponenten mit einer Legierung auf Eisenbasis zu konstruieren, die ein relativ kostengünstiges Material ist.
Um beispielsweise die Härte zu erhöhen und die Verschleißbeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis zu verbessern, könnten Kohlenstoff und Stickstoff hinzugefügt werden. Obwohl Kohlenstoff und Stickstoff die Härte eines Materials erhöhen, sind sie jedoch leichte Elemente und daher relativ leicht in Hochtemperaturumgebungen, wie etwa 700 °C oder höher, zu diffundieren, denen Düsenkomponenten, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten sind, ausgesetzt wären. Daher kann das Hinzufügen von Kohlenstoff oder Stickstoff zu einer Legierung auf Eisenbasis nicht zu der gewünschten Erhöhung der Härte führen. Ferner können sich der hinzugefügte Kohlenstoff und Stickstoff mit anderen Elementen in der Legierung auf Eisenbasis verbinden, was die Legierung zu hart und spröde macht. Es ist daher wünschenswert, die Verschleißbeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern, ohne auf Kohlenstoff und Stickstoff angewiesen zu sein.
Dann werden zusätzlich zu Kohlenstoff und Stickstoff Molybdän und Wolfram zu einer Legierung auf Eisenbasis hinzugefügt, um die Verschleißbeständigkeit der Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern. Molybdän und Wolfram sind stabil und verbinden sich nicht so leicht wie Kohlenstoff und Stickstoff mit anderen Elementen in der Legierung auf Eisenbasis und diffundieren weniger wahrscheinlich als Kohlenstoff und Stickstoff selbst unter Hochtemperaturbedingungen.
Als Ergebnis der sorgfältigen Studie der Erfinder wurde festgestellt, dass in dem Fall, in dem eine Düsenkomponente P des variablen Düsenmechanismus 10 gemäß einer Ausführungsform aus einer Legierung auf Eisenbasis besteht, die Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P in Hochtemperaturumgebungen verbessert werden kann, indem die Zusammensetzung verwendet wird, die die folgenden Bedingungen erfüllt.
Insbesondere wurde festgestellt, dass eine Legierung auf Eisenbasis mit ausgezeichneter Verschleißbeständigkeit in Hochtemperaturumgebungen erhalten werden kann, wenn die Legierung den folgenden Verhältnisausdruck (1) erfüllt und der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt: $6,6 \times A + B \geq 8,0$
wobei A ein Gesamtwert (Massen-%) des Kohlenstoffgehalts und des Stickstoffgehalts ist und B ein Gesamtwert (Massen-%) des 0,5-fachen Wolframgehalts und Molybdängehalts ist.
Wenn die Düsenkomponente P aus einer solchen Legierung auf Eisenbasis besteht, ist es daher möglich, die Verschleißbeständigkeit in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
Die 4A bis 4D sind jeweils ein Diagramm, das Ergebnisse eines Verschleißbeständigkeitstests einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zeigt. 5 ist eine Tabelle, die Ergebnisse eines Verschleißbeständigkeitstests einer Legierung auf Eisenbasis in Hochtemperaturumgebungen zeigt. 4A zeigt Ergebnisse der Proben Nr. 1-1 bis 1-9 in 5. 4B zeigt Ergebnisse der Proben Nr. 2-1 und 2-2 in 5. 4C zeigt Ergebnisse der Proben Nr. 3-1 bis 3-5 in 5. 4D zeigt Ergebnisse der Proben Nr. 4-1 bis 4-5 in 5.
In den in 5 gezeigten Testergebnissen ist der spezifische Verschleißbetrag ein relativer Wert, der annimmt, dass der Verschleißbetrag in Probe Nr. 4-3 1 ist.
Die 4Abis 4D zeigen kreisförmige Diagramme des spezifischen Verschleißbetrags der in 5 gezeigten Testergebnisse. Die Fläche des Diagramms ist proportional zur Quadratwurzel des spezifischen Verschleißbetrags.
Die Diagrammlinie L in den 4A bis 4D ist die Diagrammlinie, wenn das Ungleichheitszeichen in dem durch den Ausdruck (1) dargestellten Verhältnisausdruck durch das Gleichheitszeichen ersetzt ist. In den 4A bis 4D erfüllen die Diagrammlinie und der Bereich rechts von der Diagrammlinie den Verhältnisausdruck (1).
Der Verschleißbeständigkeitstest, dessen Testergebnisse in 5 gezeigt sind, wurde mit dem Ring-auf-Scheibe-Verfahren durchgeführt. Eine der in 5 gezeigten Materialkombinationen war eine Probe vom Ringtyp und die andere war eine Probe vom Scheibentyp. Mit der Probe vom Scheibentyp in Kontakt mit der Probe vom Ringtyp wurde die Probe vom Ringtyp erwärmt, bis die Temperatur nahe ihrer Kontaktfläche die Testtemperatur erreichte, und dann wurde die Probe vom Ringtyp gegen die Probe vom Scheibentyp bei der Testlast gedrückt und in einer Richtung mit der Testdrehzahl gedreht.
Die Testbedingungen für jede Probe sind wie folgt.
Hinsichtlich der Proben Nr. 1-1 bis 1-9 war das Gegenmaterial eine Legierung auf Eisenbasis (bezeichnet als Legierung X auf Eisenbasis), die Testlast betrug 264 (N), die Drehzahl betrug 4,1 (U/min) und die Testtemperatur betrug 780 (°C).
Hinsichtlich der Proben Nr. 2-1 und 2-2 war das Gegenmaterial eine Legierung auf Eisenbasis mit einer Zusammensetzung, die sich von der Legierung X auf Eisenbasis unterscheidet (bezeichnet als Legierung Y auf Eisenbasis), die Testlast betrug 88 (N), die Drehzahl betrug 27,3 (U/min) und die Testtemperatur betrug 850 (°C).
Hinsichtlich der Proben Nr. 3-1 bis 3-5 war das Gegenmaterial eine Legierung auf Nickelbasis (bezeichnet als Legierung X auf Nickelbasis), die Testlast betrug 264 (N), die Drehzahl betrug 4,1 (U/min) und die Testtemperatur betrug 780 (°C).
Hinsichtlich der Proben Nr. 4-1 bis 4-5 war das Gegenmaterial eine Legierung auf Nickelbasis mit einer Zusammensetzung, die sich von der Legierung X auf Nickelbasis unterscheidet (bezeichnet als Legierung Y auf Nickelbasis), die Testlast betrug 88 (N), die Drehzahl betrug 27,3 (U/min) und die Testtemperatur betrug 850 (°C).
Da der Verschleißbetrag (spezifischer Verschleißbetrag) jeder Probe in Abhängigkeit von Unterschieden in Testbedingungen, wie etwa Unterschieden im Gegenmaterial, variiert, zeigen die 4A bis 4D die in 5 gezeigten Testergebnisse für jede Testbedingung separat.
Wie aus den 4A bis 4D ersichtlich ist, weisen die Proben, die den Verhältnisausdruck (1) nicht erfüllen, d. h. die Proben mit den Gesamtwerten A und B im Bereich links von der Diagrammlinie L, einen größeren spezifischen Verschleißbetrag auf als die Proben, die im Bereich rechts von der Diagrammlinie L vorhanden sind.
(Rolle jedes Elements)
Die Rolle jedes Elements in der Legierung auf Eisenbasis wird nun beschrieben. (Kohlenstoff C)
Kohlenstoff hat den Effekt der Erhöhung der Festigkeit einer Legierung auf Eisenbasis durch feste Lösung, Verschiebungen der Umwandlungstemperaturen und Bildung von Verbindungen in der Legierung auf Eisenbasis.
(Stickstoff N)
Stickstoff hat den gleichen Effekt wie Kohlenstoff und verbessert in Abhängigkeit von Bedingungen die Korrosionsbeständigkeit der Legierung auf Eisenbasis, erfordert jedoch einen zusätzlichen Prozess, der im Vergleich zu Kohlenstoff hinzugefügt werden muss.
(Molybdän Mo)
Molybdän verbessert die Festigkeit einer Legierung auf Eisenbasis durch Bildung von Carbiden und trägt in Hochtemperaturumgebungen auch zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit durch Bildung von Oxiden bei.
(Wolfram W)
Wolfram hat die gleiche Wirkung wie Molybdän.
(Chrom Cr)
Chrom verbessert die Korrosionsbeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis durch Oxidation, um eine Passivierungsschicht zu bilden.
(Nickel Ni)
Nickel hat den Effekt der Erhöhung der Zähigkeit und Festigkeit einer Legierung auf Eisenbasis. Nickel hat auch den Effekt der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis.
(Kupfer Cu)
Kupfer hat den Effekt der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis. Es verbessert auch die Pressbarkeit von Legierungen auf Eisenbasis, indem es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Kaltverfestigung auftritt. Bei hohen Temperaturen kann Kupfer jedoch die Verschleißbeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis aufgrund einer Abnahme der Härte verringern.
Die Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen kann in geeigneter Weise Elemente, wie etwa Schwefel S, Mangan Mn, Niob Nb und Silizium Si, enthalten. Ferner kann die Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen sogenannte zufällige Verunreinigungen enthalten.
(oberer Grenzwert des Molybdängehalts und Gesamtwert B)
Wie oben beschrieben, haben Molybdän und Wolfram den Effekt der Erhöhung der Festigkeit und Verschleißbeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis. Ein übermäßiges Hinzufügen von Molybdän und Wolfram kann jedoch bewirken, dass die Düsenkomponente P zu hart und spröde wird. Da Molybdän und Wolfram relativ teure metallische Elemente sind, ist es ferner wünschenswert, ihr Hinzufügen hinsichtlich der Herstellungskosten zu steuern.
Als Ergebnis der sorgfältigen Studie der Erfinder wurde festgestellt, dass, wenn der Molybdängehalt 5,0 Massen-% oder weniger beträgt, die Versprödung unterdrückt werden kann. Ferner wurde festgestellt, dass, wenn der Gesamtwert B des 0,5-fachen Wolframgehalts und Molybdängehalts 6,0 Massen-% oder weniger beträgt, die Versprödung unterdrückt werden kann.
In Anbetracht dessen beträgt in der Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen der Molybdängehalt vorzugsweise 5,0 Massen-% oder weniger. Ferner beträgt in der Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen der Gesamtwert B des 0,5-fachen Wolframgehalts und Molybdängehalts vorzugsweise 6,0 Massen-% oder weniger. Dadurch ist es möglich, die Versprödung der Düsenkomponente P zu unterdrücken.
Ferner wurde als Ergebnis der sorgfältigen Studie der Erfinder festgestellt, dass die Verschleißbeständigkeit einer Legierung auf Eisenbasis im Mitteltemperaturbereich um 400 °C durch Steuern des überschüssigen Hinzufügens von Molybdän verbessert werden kann. Daher kann aus dem Gesichtspunkt der Sicherstellung der Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P im Mitteltemperaturbereich um 400 °C der Molybdängehalt 2,5 Massen-% oder weniger betragen.
(Zugabemenge von Kupfer)
Wie oben beschrieben, hat Kupfer den Effekt der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Pressbarkeit einer Legierung auf Eisenbasis. Ein übermäßiges Hinzufügen von Kupfer zu einer Legierung auf Eisenbasis bewirkt jedoch eine Abnahme der Verschleißbeständigkeit aufgrund einer Abnahme der Hochtemperaturhärte. Um eine Hochtemperatur-Verschleißbeständigkeit zu erhalten, beträgt daher der Kupfergehalt in der Düsenkomponente P vorzugsweise 0,0 Massen-% oder mehr und weniger als 3,0 Massen-%.
Dadurch ist es möglich, eine Abnahme der Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P in Hochtemperaturumgebungen zu unterdrücken.
(Zugabemenge von Kohlenstoff)
Wie oben beschrieben, hat Kohlenstoff den Effekt der Erhöhung der Härte einer Legierung auf Eisenbasis durch feste Lösung und Bildung von Verbindungen, und es wird erwartet, dass die Erhöhung der Härte auch die Verschleißbeständigkeit verbessert. In einem Material wie Edelstahl, bei dem die Korrosionsbeständigkeit durch Chrom sichergestellt wird, bildet Kohlenstoff jedoch bei hohen Temperaturen Chromcarbide, wodurch die Konzentration von metallischem Chrom in dem Material verringert wird und eine Abnahme der Korrosionsbeständigkeit verursacht wird. Daher ist eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit nur durch Hinzufügen von Kohlenstoff für ein Material, das in Hochtemperaturumgebungen verwendet wird, unerwünscht.
In Anbetracht dessen beträgt in der Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen der Kohlenstoffgehalt in der Düsenkomponente P vorzugsweise 0,0 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger.
Wie oben beschrieben, wenn die Zusammensetzung einer Legierung auf Eisenbasis den Verhältnisausdruck (1) erfüllt und der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt, kann die Zugabemenge von Molybdän und Wolfram sichergestellt werden, und wenn der Kohlenstoffgehalt 0,0 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger beträgt, kann die Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P in Hochtemperaturumgebungen verbessert werden, während eine Abnahme der Korrosionsbeständigkeit wie oben beschrieben unterdrückt wird.
Die Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen muss nicht notwendigerweise so konfiguriert sein, dass die Zusammensetzung den Verhältnisausdruck (1) erfüllt und der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr im gesamten Bereich der Düsenkomponente P beträgt. Beispielsweise kann die Düsenkomponente P so konfiguriert sein, dass die Zusammensetzung den Verhältnisausdruck (1) erfüllt und der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr mindestens in der Nähe der Oberfläche des Bereichs beträgt, in dem ein relatives Gleiten gegen eine andere Komponente auftritt.
Das heißt, die Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen kann einen ersten Bereich R1 und einen zweiten Bereich R2 enthalten. Hier ist der erste Bereich R1 ein Bereich, der mindestens einen Teil einer Oberfläche S der Düsenkomponente P zwischen der Oberfläche S und einer Position bedeckt, an der die Tiefe von der Oberfläche S20 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt. Der erste Bereich R1 erfüllt den Verhältnisausdruck (1) und der Gesamtwert B beträgt 1,5 Massen-% oder mehr. Der zweite Bereich R2 ist ein Bereich, dessen Position in der Düsenkomponente P und Zusammensetzung sich von denen des ersten Bereichs R1 unterscheidet.
Als ein Beispiel kann, wenn die Düsenkomponente P die Düsenhalterung 2 ist, der erste Bereich R1 ein Bereich zwischen der Innenumfangsfläche 2s des Durchgangslochs 2c und einer Position sein, an der die Tiefe von der Innenumfangsfläche 2s 20 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt. Ferner kann der zweite Bereich zum Beispiel ein Bereich sein, der eine Position enthält, an der die Tiefe von der Innenumfangsfläche 2s 150 µm überschreitet.
Beispielsweise kann in der Düsenkomponente P aus einer Legierung auf Eisenbasis, wenn der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt, aber die Zusammensetzung der Legierung aufgrund eines niedrigen Kohlenstoff- oder Stickstoffgehalts den Ausdruck (1) nicht erfüllt, der Kohlenstoff- oder Stickstoffgehalt in einem Bereich in der Nähe der Oberfläche der Düsenkomponente P durch Aufkohlen, Nitrieren oder eine Kombination aus Aufkohlen und Nitrieren der Düsenkomponente P erhöht werden, sodass die Zusammensetzung in diesem Bereich den Verhältnisausdruck (1) erfüllt. Dadurch ist es möglich, die Verschleißbeständigkeit dieses Bereichs, d. h. des ersten Bereichs R1 in Hochtemperaturumgebungen, sicherzustellen.
Wenn die Dicke des ersten Bereichs R1 zum Beispiel weniger als 20 µm beträgt, wenn die Oberfläche der Düsenkomponente P durch einen Fremdkörper, der mit der Düsenkomponente P kollidiert, beschädigt wird, kann der Bereich (zweiter Bereich R2) unter dem ersten Bereich R1 ausgesetzt sein. Daher ist es wünschenswert, dass die Dicke des ersten Bereichs R1 20 µm oder mehr beträgt. Die Dicke des ersten Bereichs R1 sollte hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit und Beschädigung der Oberfläche der Düsenkomponente P wie oben beschrieben dicker sein, aber mit zunehmender Dicke des ersten Bereichs R1 steigen die Kosten (Geld und Zeit) einer Behandlung wie Aufkohlen und Nitrieren. Daher beträgt die Dicke des ersten Bereichs R1 vorzugsweise 150 µm oder weniger.
Dadurch ist es möglich, die Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
Beispielsweise kann, wie oben beispielhaft beschrieben, die Düsenkomponente P in einigen Ausführungsformen die Düsenhalterung 2 sein.
In dem variablen Düsenmechanismus 10 des Turboladers mit variabler Geometrie 1 gemäß einer Ausführungsform ist die Düsenwelle 8b des Düsenschaufelelements 8 drehbar durch das Durchgangsloch 2c der Düsenhalterung 2 eingesetzt, und die Außenumfangsfläche 8s der Düsenwelle 8b und die Innenumfangsfläche 2s des Durchgangslochs 2c gleiten während des Betriebs des Turboladers mit variabler Geometrie 1 gegeneinander.
Wenn die Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen die Düsenhalterung 2 ist, das heißt, wenn die Düsenhalterung 2 aus der Legierung auf Eisenbasis mit der oben beschriebenen Zusammensetzung besteht, kann die Verschleißbeständigkeit des Durchgangslochs 2c der Düsenhalterung 2 in Hochtemperaturumgebungen verbessert werden, so dass die Abnahme der Steuergenauigkeit des Schaufelwinkels der Düsenschaufel 8a unterdrückt werden kann.
Der variable Düsenmechanismus 10 des Turboladers mit variabler Geometrie 1 gemäß einer Ausführungsform ist mit einer ersten Komponente P1 und einer zweiten Komponente P2 versehen, die gegen die erste Komponente P1 gleiten kann. Die erste Komponente P1 ist die Düsenkomponente P, die aus der Legierung auf Eisenbasis mit der oben beschriebenen Zusammensetzung besteht.
Dadurch ist es möglich, die Verschleißbeständigkeit der ersten Komponente in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
Hier sind die erste Komponente P1 und die zweite Komponente P2 Komponenten, die gegeneinander gleiten.
Wie oben beschrieben, tritt ein relatives Gleiten zum Beispiel zwischen der Außenumfangsfläche 8s der Düsenwelle 8b und der Innenumfangsfläche 2s des Durchgangslochs 2c der Düsenhalterung 2 auf. Daher kann in dem variablen Düsenmechanismus 10 gemäß einer Ausführungsform zum Beispiel, wenn die erste Komponente P1 die Düsenhalterung 2 ist, die zweite Komponente P2 das Düsenschaufelelement 8 sein. Umgekehrt kann zum Beispiel, wenn die erste Komponente P1 das Düsenschaufelelement 8 ist, die zweite Komponente P2 die Düsenhalterung 2 sein.
Ferner tritt, wie oben beschrieben, ein relatives Gleiten zum Beispiel zwischen der Außenumfangsfläche 3s des verbindenden Wellenabschnitts 3a an einem Ende der Hebelplatte 3 und der Innenumfangsfläche 5s des Nutabschnitts 5a des Antriebsrings 5 auf. Daher kann in dem variablen Düsenmechanismus 10 gemäß einer Ausführungsform zum Beispiel, wenn die erste Komponente P1 die Hebelplatte 3 ist, die zweite Komponente P2 der Antriebsring 5 sein. Umgekehrt kann zum Beispiel, wenn die erste Komponente P1 der Antriebsring 5 ist, die zweite Komponente P2 die Hebelplatte 3 sein.
Die zweite Komponente P2 kann aus einer Legierung auf Eisenbasis bestehen. Zusätzlich kann die Zusammensetzung der zweiten Komponente P2 den Verhältnisausdruck (1) erfüllen und der Gesamtwert B kann 1,5 Massen-% oder mehr betragen.
Alternativ kann die zweite Komponente P2 aus einer Legierung auf Nickelbasis bestehen.
Dadurch ist es auch möglich, die Verschleißbeständigkeit der zweiten Komponente P2 in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
Wenn die zweite Komponente P2 aus einer Legierung auf Eisenbasis besteht, können die Herstellungskosten der zweiten Komponente P2 im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem die zweite Komponente P2 aus einer hitzebeständigen Legierung wie einer Legierung auf Nickelbasis besteht.
Selbst wenn die zweite Komponente P2 aus einer Legierung auf Nickelbasis besteht, können ferner, wenn die erste Komponente P1 eine Legierung auf Eisenbasis ist, die Herstellungskosten der ersten Komponente P1 im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem die erste Komponente P1 aus einer hitzebeständigen Legierung wie einer Legierung auf Nickelbasis besteht.
Da der Turbolader 1 mit variabler Geometrie gemäß einer Ausführungsform mit dem variablen Düsenmechanismus 10 gemäß einer Ausführungsform versehen ist, ist es ferner möglich, die Haltbarkeit des Turboladers 1 mit variabler Geometrie zu verbessern.
(Verfahren zur Herstellung einer Düsenkomponente)
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen beschrieben.
6A ist ein Ablaufdiagramm zur Herstellung einer Düsenkomponente P durch Gehäuse gemäß einigen Ausführungsformen.
6B ist ein Ablaufdiagramm zur Herstellung einer Düsenkomponente P aus einem Plattenmaterial, wie etwa einem gewalzten Material, gemäß einigen Ausführungsformen.
Wie in 6A gezeigt, umfasst das Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P gemäß einer Ausführungsform einen Gießschritt S10A des Bildens der Düsenkomponente P durch Gießen unter Verwendung der Legierung auf Eisenbasis mit der Zusammensetzung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Das Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P gemäß einer Ausführungsform kann einen Endbearbeitungsschritt S20 des Endbearbeitens des in dem Gießschritt S10A erhaltenen Gussprodukts (Düsenkomponente P) durch Schneiden oder dergleichen umfassen.
Ferner kann, wie oben beschrieben, wenn Aufkohlen oder Nitrieren durchgeführt werden muss, das in dem Gießschritt S10A erhaltene Gussprodukt (Düsenkomponente P) oder das Gussprodukt (Düsenkomponente P), das dem Endbearbeitungsschritt S20 unterzogen wurde, Aufkohlen, Nitrieren oder dergleichen unterzogen werden. Das heißt, das Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P gemäß einer Ausführungsform kann einen Oberflächenmodifikationsbehandlungsschritt S30 des Durchführens einer Oberflächenmodifikationsbehandlung wie Aufkohlen und Nitrieren an dem in dem Gießschritt S10A erhaltenen Gussprodukt (Düsenkomponente P) oder dem Gussprodukt (Düsenkomponente P), das dem Endbearbeitungsschritt S20 unterzogen wurde, umfassen.
Wie in 6B gezeigt, umfasst das Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P gemäß einer anderen Ausführungsform einen Plattenmaterialbearbeitungsschritt S10B des Bildens der Düsenkomponente P aus einem Plattenmaterial, wie etwa einem gewalzten Material, das aus der Legierung auf Eisenbasis mit der Zusammensetzung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist.
Das Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P gemäß der anderen Ausführungsform kann einen Oberflächenmodifikationsbehandlungsschritt S30 des Durchführens einer Oberflächenmodifikationsbehandlung wie Aufkohlen und Nitrieren an der in dem Plattenmaterialbearbeitungsschritt S10B erhaltenen Düsenkomponente P umfassen.
Wie oben beschrieben, ist das Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P gemäß einigen Ausführungsformen das Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P, die in dem variablen Düsenmechanismus 10 des Turboladers mit variabler Geometrie 1 enthalten ist, und umfasst den Gießschritt S10A oder den Plattenmaterialbearbeitungsschritt S10B, in dem die Düsenkomponente P durch Gießen oder maschinelles Bearbeiten eines Plattenmaterials gebildet wird.
Dadurch können die Herstellungskosten der Düsenkomponente P im Vergleich zu dem Fall unterdrückt werden, in dem die Düsenkomponente P zum Beispiel aus einer gesinterten Legierung gebildet wird, die durch Formen und Sintern von Metallpulver erhalten wird. Ferner erleichtert das Bilden der Düsenkomponente P durch Gießen oder maschinelles Bearbeiten eines Plattenmaterials (gewalztes Material) im Vergleich zum Bilden der Düsenkomponente P zum Beispiel aus einer gesinterten Legierung das Verdichten der Mikrostruktur der Düsenkomponente P. Daher kann die Festigkeit der Düsenkomponente P leicht sichergestellt werden und die Haltbarkeit der Düsenkomponente P kann leicht sichergestellt werden.
Ob die Düsenkomponente P ein Gussprodukt ist oder nicht, kann zum Beispiel durch Beobachten der Mikrostruktur des Querschnitts der Düsenkomponente P und ob eine Dendritenstruktur beobachtet wird, identifiziert werden. Mit anderen Worten, wenn eine Dendritenstruktur in dem Querschnitt der Düsenkomponente P beobachtet wird, ist die Düsenkomponente ein Gussprodukt.
Ob die Düsenkomponente P aus einem Plattenmaterial, wie etwa einem gewalzten Material, gebildet ist oder nicht, kann zum Beispiel aus der Morphologie der Mikrostruktur, der Porosität und der Existenzform von Poren durch Beobachten der Mikrostruktur des Querschnitts der Düsenkomponente P abgeleitet werden.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsformen, die aus Kombinationen dieser Ausführungsformen bestehen.
Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Inhalte würden zum Beispiel wie folgt verstanden werden.

(1) Eine Düsenkomponente P gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Düsenkomponente P, die in einem variablen Düsenmechanismus 10 eines Turboladers 1 mit variabler Geometrie enthalten ist. Die Düsenkomponente P besteht aus einer Legierung auf Eisenbasis und erfüllt den folgenden Verhältnisausdruck: $6,6 \times A + B \geq 8,0,$

Mit der obigen Konfiguration (1) ist es möglich, die Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
(2) In einigen Ausführungsformen kann in der obigen Konfiguration (1) der Molybdängehalt 5,0 Massen-% oder weniger betragen.
Mit der obigen Konfiguration (2) ist es möglich, die Versprödung der Düsenkomponente P zu unterdrücken.
(3) In einigen Ausführungsformen kann in der obigen Konfiguration (1) oder (2) der Kupfergehalt in der Düsenkomponente P 0,0 Massen-% oder mehr und weniger als 3,0 Massen-% betragen.
Mit der obigen Konfiguration (3) ist es möglich, eine Abnahme der Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P in Hochtemperaturumgebungen zu unterdrücken.
(4) In einigen Ausführungsformen kann in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (3) der Kohlenstoffgehalt in der Düsenkomponente P 0,0 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger betragen.
Mit der obigen Konfiguration (4) kann zusätzlich zu der Zusammensetzung einer Legierung auf Eisenbasis, die den oben beschriebenen Verhältnisausdruck erfüllt, wobei der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt, da der Kohlenstoffgehalt 0,0 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger beträgt, die Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P in Hochtemperaturumgebungen verbessert werden, während eine Abnahme der Korrosionsbeständigkeit wie oben beschrieben unterdrückt wird.
(5) In einigen Ausführungsformen kann in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (4) die Düsenkomponente P einen ersten Bereich R1 und einen zweiten Bereich R2 enthalten. Hier ist der erste Bereich R1 ein Bereich, der mindestens einen Teil einer Oberfläche S der Düsenkomponente P zwischen der Oberfläche S und einer Position bedeckt, an der die Tiefe von der Oberfläche S20 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt. Der erste Bereich R1 erfüllt den oben beschriebenen Verhältnisausdruck und der Gesamtwert B beträgt 1,5 Massen-% oder mehr. Der zweite Bereich R2 ist ein Bereich, dessen Position in der Düsenkomponente P und Zusammensetzung sich von denen des ersten Bereichs R1 unterscheidet.
Mit der obigen Konfiguration (5) ist es in ähnlicher Weise möglich, die Verschleißbeständigkeit der Düsenkomponente P in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
(6) In einigen Ausführungsformen kann in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (5) die Düsenkomponente P eine Düsenhalterung 2 sein.
Mit der obigen Konfiguration (6) kann die Verschleißbeständigkeit des Durchgangslochs 2c der Düsenhalterung 2 in Hochtemperaturumgebungen verbessert werden, so dass die Abnahme der Steuergenauigkeit des Schaufelwinkels der Düsenschaufel 8a unterdrückt werden kann.
(7) Ein variabler Düsenmechanismus 10 eines Turboladers mit variabler Geometrie 1 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist mit einer ersten Komponente P1 und einer zweiten Komponente P2 versehen, die gegen die erste Komponente P1 gleiten kann. Die erste Komponente P1 ist die Düsenkomponente P mit einer der obigen Konfigurationen (1) bis (6).
Mit der obigen Konfiguration (7) ist es möglich, die Verschleißbeständigkeit der ersten Komponente P1 in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
(8) In einigen Ausführungsformen kann in der obigen Konfiguration (7) die zweite Komponente P2 aus einer Legierung auf Eisenbasis bestehen. Zusätzlich kann die Zusammensetzung der zweiten Komponente P2 den oben beschriebenen Verhältnisausdruck erfüllen und der Gesamtwert B kann 1,5 Massen-% oder mehr betragen.
Mit der obigen Konfiguration (8) ist es auch möglich, die Verschleißbeständigkeit der zweiten Komponente P2 in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
(9) In einigen Ausführungsformen kann in der obigen Konfiguration (7) die zweite Komponente P2 aus einer Legierung auf Nickelbasis bestehen.
Mit der obigen Konfiguration (9) ist es möglich, die Verschleißbeständigkeit der zweiten Komponente P2 in Hochtemperaturumgebungen zu verbessern.
(10) Ein Turbolader 1 mit variabler Geometrie gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist mit dem variablen Düsenmechanismus 10 mit einer der obigen Konfigurationen (7) bis (9) versehen.
Mit der obigen Konfiguration (10) ist es möglich, die Haltbarkeit des Turboladers 1 mit variabler Geometrie zu verbessern.
(11) Ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung der Düsenkomponente P, die in dem variablen Düsenmechanismus 10 des Turboladers mit variabler Geometrie 1 enthalten ist und umfasst einen Schritt des Bildens der Düsenkomponente P, die in Anspruch 1 beschrieben ist, durch Gießen oder maschinelles Bearbeiten eines Plattenmaterials (Gießschritt S10A oder Plattenmaterialbearbeitungsschritt S10B).
Mit dem obigen Verfahren (11) können die Herstellungskosten der Düsenkomponente P im Vergleich zu dem Fall unterdrückt werden, in dem die Düsenkomponente P zum Beispiel aus einer gesinterten Legierung gebildet wird, die durch Formen und Sintern von Metallpulver erhalten wird. Ferner erleichtert das Bilden der Düsenkomponente P durch Gießen oder maschinelles Bearbeiten eines Plattenmaterials (gewalztes Material) mit dem obigen Verfahren (11) im Vergleich zum Bilden der Düsenkomponente P zum Beispiel aus einer gesinterten Legierung das Verdichten der Mikrostruktur der Düsenkomponente P. Daher kann die Festigkeit der Düsenkomponente P leicht sichergestellt werden und die Haltbarkeit der Düsenkomponente P kann leicht sichergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader mit variabler Geometrie
2: Düsenhalterung
3: Hebelplatte
5: Antriebsring
8: Düsenschaufelelement
10: Variabler Düsenmechanismus
P: Düsenkomponente
P1: erste Komponente
P2: zweite Komponente
R1: erster Bereich
R2: zweiter Bereich

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 4875602 B [0006]

Claims

Düsenkomponente, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten ist, wobei die Düsenkomponente aus einer Legierung auf Eisenbasis besteht und den folgenden Verhältnisausdruck erfüllt: $6,6 \times A + B \geq 8,0,$
wobei A ein Gesamtwert (Massen-%) des Kohlenstoffgehalts und des Stickstoffgehalts ist, und B ein Gesamtwert (Massen-%) des 0,5-fachen Wolframgehalts und Molybdängehalts ist, wobei der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt.
Düsenkomponente nach Anspruch 1, wobei der Molybdängehalt 5,0 Massen-% oder weniger beträgt.
Düsenkomponente nach Anspruch 1, wobei der Kupfergehalt in der Düsenkomponente 0,0 Massen-% oder mehr und weniger als 3,0 Massen-% beträgt.
Düsenkomponente nach Anspruch 1, wobei der Kohlenstoffgehalt in der Düsenkomponente 0,0 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger beträgt.
Düsenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Düsenkomponente enthält: einen ersten Bereich, der mindestens einen Teil einer Oberfläche der Düsenkomponente zwischen der Oberfläche und einer Position bedeckt, an der die Tiefe von der Oberfläche 20 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt, wobei der erste Bereich den Verhältnisausdruck erfüllt und der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt; und einen zweiten Bereich, dessen Position in der Düsenkomponente und Zusammensetzung sich von denen des ersten Bereichs unterscheidet.
Düsenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Düsenkomponente eine Düsenhalterung ist.
Variabler Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie, umfassend: eine erste Komponente; und eine zweite Komponente, die gegen die erste Komponente gleiten kann, wobei die erste Komponente die Düsenkomponente nach Anspruch 1 ist.
Variabler Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie nach Anspruch 7, wobei die zweite Komponente aus einer Legierung auf Eisenbasis besteht, und die zweite Komponente den Verhältnisausdruck erfüllt und der Gesamtwert B 1,5 Massen-% oder mehr beträgt.
Variabler Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie nach Anspruch 7, wobei die zweite Komponente aus einer Legierung auf Nickelbasis besteht.
Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend den variablen Düsenmechanismus nach Anspruch 7.
Verfahren zur Herstellung einer Düsenkomponente, die in einem variablen Düsenmechanismus eines Turboladers mit variabler Geometrie enthalten ist, wobei das Verfahren einen Schritt des Bildens der Düsenkomponente nach Anspruch 1 durch Gießen oder maschinelles Bearbeiten eines Plattenmaterials umfasst.