JP2019505662A - 新規な合金を含むウエィストゲート部品 - Google Patents

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Abstract

本発明は、約３０〜約４２重量％のＮｉ、約１５〜約２８重量％のＣｒ、約１〜約５重量％のＣｒ、約１〜約４重量％のＴｉ、及び少なくとも約２０重量％のＦｅを含むウエィストゲート部品、及びこれらのウエィストゲート部品の製造方法に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャー、特に内燃機関に使用されるターボチャージャーの分野に関する。
ターボチャージャーは、燃焼空気処理能力及び密度を増加させて内燃機関の動力及び効率を増加させるために使用されている。ターボチャージャーの設計及び機能は、先行技術、例えば、米国特許第４，７０５，４６３号及び第５，３９９，０６４号に詳細に記載されており、これらの開示は本明細書で参考として含まれる。
ターボチャージャーの製造に使用される材料は、厳格な性能要件を満たさなければならない。例えば、最大約１０５０℃の温度で排ガスに曝されると、材料は充分に耐腐食性でなければならない。さらに、材料は、このような高温で強度、靭性及びトライボロジー（ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ）要件のような機械的要件を満たさなければならない。特に、ツインスクロールターボチャージャー設計においては、排ガス圧力変化の頻度は、ウエィストゲート材の引張強度、ＬＣＦ性能及びトライボロジー特性に関する高い要件が生じる。
ニッケル−クロム合金インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）７１３Ｃは、このような高い要件を満たし、ウエィストゲート部品に商業的に使用されている。インコネル７１３Ｃは、次のような代表的な組成を有する：０．２重量％のＣ、１．０重量％以下のＭｎ、０．０１５重量％以下のＳ、１．０重量％以下のＳｉ、１１．０−１４．０重量％のＣｒ、３．５−５．５重量％のＭｏ、０．２５−１．２５重量％のＴｉ、５．５−６．５重量％のＡｌ、５．０重量％以下のＦｅ、１．０−３．０重量％のＮｂ及びＴａ、残量のＮｉを含む。しかし、多量のニッケルを含む合金としてインコネル７１３Ｃは、比較的高価である。
インコネル７１３Ｃは、少なくとも類似の性能を保持しながら、ニッケルの比率が低い合金に置き換えることが望ましいのであろう。特に、ウエィストゲート部品のＬＣＦ及びフレッティング性能は、同様でなければならない。
本発明は、約３０〜４２重量％のＮｉ、約１５〜約２８重量％のＣｒ、約１〜約５重量％のＣｒ、約１〜約４重量％のＴｉ及び少なくとも約２０重量％のＦｅを含む合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品、及びかかるウエィストゲート部品を製造する方法に関する。
第１態様において、本発明は、以下の組成の合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品に関する：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）残量としてのＦｅ、ただし、少なくとも約２０重量％で。
別の態様においては、本発明は、以下の組成の合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品を製造する方法であって：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）残量としてのＦｅ、ただし、少なくとも約２０重量％で；
上記の合金を溶体化処理した後、析出硬化を行い、上記の析出硬化は、以下の段階をその順序で含む方法に関する：
ｉ．上記の合金を約７００〜約７５０℃、特に、約７２０〜約７３０℃でテンパリングする段階
ｉｉ．上記の合金を約６００℃〜約６４０℃、特に、約６１５℃〜約６２５℃でテンパリングする段階。
さらに別の態様においては、本発明は、以下の組成の合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品の表面を改質する方法であって：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）残量としてのＦｅ、ただし、少なくとも約２０重量％で；
上記のウエィストゲート部品の表面は、約１００〜約２０００μｍの平均直径を有する実質的に球状ショット材でショットピーニングされる方法に関する。
図１は、約４００μｍの直径を有する実質的に球状ショット媒体でスピンドルをショットピーニングすることによって得られるような表面圧痕を有するウエィストゲートスピンドルの拡大図である。倍率は１００倍である。 図２は、図１に示すウエィストゲートスピンドルのさらなる拡大図であり、倍率は２５０倍である。
第１態様において、本発明は、以下の組成を有する合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品に関する。
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）Ｆｅは残量であるが、少なくとも約２０重量％の量。
本発明の第１態様による合金は、約３０〜約４２重量％のＮｉを含む。有利には、合金は、約３２〜約３９の重量％、特に、約３４〜約３８重量％のＮｉを含む。合金は、さらに約１５〜約２８重量％のＣｒを含む。有利には、合金は、約１７〜約２６重量％、特に、約１９〜約２４重量％のＣｒを含む。合金は、さらに約１〜約５重量％のＣｏを含む。有利には、合金は、約１〜約５重量％、特に、約１．５〜約４．５重量％のＣｏを含む。合金は、さらに約１〜約５重量％のＴｉを含む。有利には、合金は、１．５〜３．５重量％、特に、約２．０〜約３．０重量％のＴｉを含む。この類型の合金は、ターボチャージャー用ウエィストゲート部品として使用するために要求される機械的、トライボロジー及び耐腐食性の均衡の取れた混合物を提供することが分かった。さらに、インコネル７１３Ｃと比較して鉄含有率が高く、ニッケル含量が低いため、合金は、比較的安価である。
合金は、その特性を調整するために一つ以上のさらなる元素を任意選択的に含むことができる。特に、合金は、選択的にＭｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素を任意選択的に含むことができる。有利には、上記の元素は、以下の量で使用することができる：
約０．５〜約４重量％、特に、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、
約０．１〜約２重量％、特に、約０．３〜約０．８重量％のＡｌ、
約０．１〜約３重量％、特に、約０．５〜約２．５重量％のＭｎ、
約０．１〜約３重量％、特に、約０．５〜約２．５重量％のＷ、
約０．５〜約４重量％、特に、約０．６〜約２．４重量％のＳｉ、及び
約１〜約４重量％、特に、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ。
Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂの他に、合金は、総量合計約２重量％未満の少量の他の元素を含むこともできる。これら他の元素は、典型的には原料から又は合金の製造中に導入される不純物である。しかしながら、合金特性を微調整するために少量で意図的に添加される他の元素は、これらの総量が不純物の総量と共に約２重量％未満である限り、この定義に含まれることが意図される。合金特性を微調整するために少量で添加される元素の例としては、ランタノイド、ホウ素またはジルコニウムを含む。これらの元素は、不純物と組み合わせて総量合計約１．５重量％未満、より具体的には、約１重量％未満、特に、約０．５重量％未満となることが有利である。
合金は、約１〜約４重量％、特に、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ、及び／又は約０．１〜約３重量％、特に、約０．５〜約２．５重量％のＷ、及び／又は約０．５〜約４重量％、特に、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、及び約０．１重量％未満、特に、約０．０２〜約０．０９の重量％のＣを含むことができる。理論に拘束されることを望まないが、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷは、炭化物形成においてＣｒと競合すると考えられる。従って、合金に強度、耐摩耗性及び熱ガス耐腐食性を改善するなどの潜在的な利点を提供する他に、Ｎｂ、Ｍｏ及び／又はＷの添加は、炭化クロムの形成を減少させると考えられる。合金中の比較的少量の炭素と組み合わせて、Ｎｂ、Ｍｏ及び／又はＷの添加は、合金表面上のＣｒを解放し、高温の排ガスに曝された時に酸化クロムを形成する可能性がある。酸化クロムトップコートは、摺動摩耗を低減し、耐酸化性を改善することができる。
有利には、合金は、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉから選択される一つ以上の元素を約１〜約１０重量％含む。具体的に、合金は、約１〜約４重量％、特に、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ、約０．５〜約４重量％、特に、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、約０．１〜約３重量％、特に、約０．５〜約２．５重量％のＷ、約０．１重量％未満、特に、約０．０２〜約０．０９の重量％の量のＣを含むことができる。特に、合金は、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、約０．５〜約２．５重量％のＷ、及び約０．０２〜約０．０９の重量％のＣを含むことができる。
合金はまた、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉから選択される一つ以上の元素を約０．５〜約１０重量％で含むことができる。有利には、合金は、約０．１〜約３重量％、特に、約０．５〜約２．５重量％のＭｎ、及び／又は約０．１〜約２重量％、特に、約０．３〜約０．８重量％のＡｌ、及び／又は約０．５〜約４重量％、特に、約０．６〜約２．４重量％の量のＳｉを含み、但し、これらの元素の総量は、合計約０．５〜約１０重量％となる。特に、合金は、約０．５〜約２．５重量％のＭｎ、約０．３〜約０．８重量％の量のＡｌ、及び約０．６〜約２．４重量％のＳｉを含むことができる。理論に拘束されることを望まないが、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉは、脱酸素元素として作用すると考えられ、高温強度及び靭性に寄与することができる。さらに、Ａｌ及びＳｉは、スケーリングに対する耐性をさらに増加させ、従って耐高温腐食性及び耐摩耗性を改善することができる。
本発明の合金中の比較的多量のクロムは、既に酸化及び耐腐食性を提供する。Ａｌ及びＳｉの添加は、高温酸化及び耐腐食性をさらに調整するために使用され得る。これに関連して、本発明は、特に、以下の組成を有する合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品であって：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）約０．５〜約１０重量％のＡｌ及び／又はＳｉ、
ｇ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｈ）残量としてのＦｅ、ただし、少なくとも約２０重量％で、
上記の合金は、約４重量％の水を添加したディーゼル排ガスに約９２０℃の温度で約３６０時間曝した後、約５０μｍ未満の表面材料の厚さの損失を有するターボチャージャー用ウエィストゲート部品に関する。
合金は、約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、約１〜約４重量％のＮｂ、及び約０．１重量％未満のＣを含む。合金はまた、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、約０．３〜約０．８重量％のＡｌ、約０．５〜約２．５重量％のＭｎ、約０．５〜約２．５重量％のＷ、約０．６〜約２．４重量％のＳｉ、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ及び約０．０２〜約０．０９の重量％のＣを含む。
有利には、合金は、約３４〜約３８重量％のＮｉ、約１９〜約２４重量％のＣｒ、約１．５〜約４．５重量％のＣｏ、約２．０〜約３．０重量％のＴｉ、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、約０．３〜約０．８重量％のＡｌ、約０．５〜約２．５重量％のＭｎ、約０．５〜約２．５重量％のＷ、約０．６〜約２．４重量％のＳｉ、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ、及び約０．０２〜約０．０９重量％のＣを含む。
純度の観点から、上記の合金の全ては、有利には、約０．１重量％未満のＣ、約０．０５重量％未満のＰ、約０．０５重量％未満のＳ及び／又は約０．０４重量％のＮを含む。
本発明による合金は、特に高温で、良好な機械的、化学的及びトライボロジー特性を有することができる。
合金は、優秀なビッカース硬度、極限引張強度、伸度、極限伸度、降伏強度、クリープ速度、塩水耐腐食性及び酸化安定性を付与することができる。特に、合金から製造されたウエィストゲート部品は、インコネル７１３Ｃから製造された同様の部品として同様の耐疲労性を有することができる。耐疲労性は、例えば、ドイツのダルムシュタットのフラウンホーファー構造耐久性及びシステム信頼性研究所（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｂｅｔｒｉｅｂｓｆｅｓｔｉｇｋｅｉｔ ｕｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｚｕｖｅｒｌａｓｓｉｇｋｅｉｔ ＬＢＦ）のＶＢ１０１及び／又はＶＢ１０２によって約９５０℃の温度で耐疲労性試験によって試験する。
合金は、第２相粒子、又は上記の第２相粒子の凝集体を含むオーステナイト微細構造をさらに有することができ、該粒子の平均サイズは、約５μｍ未満、特に、約２μｍ未満である。これと関連して、平均サイズは、合金の表面上で測定／決定されるか、又は合金の表面に実質的に平行な切断面で測定／決定される平均サイズを意味する。平均粒径は、例えば、ＡＳＴＭ Ｅ１２４５（２００８）によって例えば自動画像解析を用いて決定することができる。
本発明のウエィストゲート部品のための合金は、溶体化処理、析出硬化、又はその両方を行うこともできる。特に、後述する処理は、本発明のウエィストゲート部品を製造するために有用であることが分かった：
第２態様において、本発明は、以下の組成を有する合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品を製造する方法であって：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）Ｆｅは残量であるが、少なくとも約２０重量％の量；
上記の合金を溶体化処理した後、析出硬化を行い、上記の析出硬化は、以下の段階をその順序で含む方法に関する：
ｉ．上記の合金を約７００〜約７５０℃、特に、約７２０〜約７３０℃でテンパリングする段階
ｉｉ．上記の合金を約６００℃〜約６４０℃、特に、約６１５℃〜約６２５℃でテンパリングする段階。
上記の方法によって処理される合金は、本発明の第１態様で開示されているいずれの合金であり得る。
上記の方法による析出硬化は、有利には、約７００〜約７５０℃、特に、約７２０〜約７３０℃で少なくとも約４時間、特に、約６〜約１２時間、より具体的には、約７〜約９時間行った後に、上記の合金を約６００〜約６４０℃、特に、約６１５℃〜約６２５℃で少なくとも約４時間、特に、約６〜約１２時間、より具体的には、約７〜約９時間テンパリングする。このような温度と時間の表示は、テンパリングされた合金ワークピースの表面温度を意味するか、又は温度調整期間中に表面とコアとの間の温度勾配が存在し得る非常に大きなワークピースの場合には、任意選択的にコア又は温度調節に反応するのに最も長い時間がかかる任意の他の位置の温度を意味する。
上記の方法における溶体化処理は、合金中の合金元素の実質的に均質な分布を保証する温度及び持続時間で行われる。適切な条件は、合金を約９５０℃以上で少なくとも約１時間加熱すること、特に、合金を約９８０〜約１０５０℃で約３時間以上加熱することを含むことができる。
上記の溶体化処理と析出硬化との段階の間に、さらに合金を再結晶焼鈍することができる。再結晶焼鈍は、約８３０〜約８９０℃、特に、約８４０〜約８８０℃の温度で少なくとも約４時間、特に、約６〜約１２時間行うことができる。
本発明の第２態様の上記の方法によって得られる合金は、微細な第２相粒子及び改善された機械的特性、特に、改善された引張強度を含むオーステナイト微細構造を特徴とすることができる。特に、上記の方法は、以下の組成を有する合金を含むウエィストゲート部品を提供する：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）残量としてのＦｅ、ただし、少なくとも約２０重量％で；
上記の合金は、例えば、ＩＳＯ ６８９２−１及び／又はＩＳＯ ６８９２−２による引張強度が約２５℃で少なくとも約９５０ＭＰａ、特に、約１０００〜約１２００ＭＰａ、及び約９００℃で少なくとも約４５０ＭＰａ、特に、約４６０ＭＰａ〜約６２０ＭＰａである。
第３態様においては、本発明は、以下の組成を有する合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品の表面を改質する方法であって：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）残量であるが、、少なくとも約２０重量％のＦｅ；
上記のウエィストゲート部品の表面の少なくとも一部は、約１００〜約２０００μｍの平均直径を有する実質的に球状ショット材でショットピーニングされる方法に関する。
上記の方法によって処理される合金は、本発明の第１態様に開示されているいずれの合金であり得る。
本発明の第３態様による方法は、ウエィストゲート部品の表面上に複数の表面圧痕を形成することにより、ウエィストゲート部品の表面を改質する。かかる表面圧痕の例は、図１及び図２に示す。これらの表面圧痕は、約２０〜約７０μｍ、特に、約２５〜約５５μｍの平均深さを有し得る。表面圧痕の平均深さは、例えば、約１００の隣接圧痕に基づき、平均深さを計算することによって決定される。個々の圧痕の深さは、光学的、分光学的又は他の手段によって決定することができる。表面圧痕は、Ｒｚ値と定義されるように、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７及び／又は４２８８によって測定される表面粗度が、約２５μｍ未満、特に、約１５μｍ未満、より具体的には、約１０μｍ未満、又は約２〜約２５μｍ、より具体的には、約５〜約１５μｍである。Ｒａ値は、約１〜約５μｍ、特に、約２〜約４μｍであり得る。
複数の表面圧痕は、ウエィストゲート部品の摩擦特性を改善し得ることが分かった。ターボチャージャーのウエィストゲート部品は、制御入力に応答して移動又は回転するため、その部品の摩擦特性の改善はまた、ウエィストゲートを制御するヒステリシスを低減させる。従って、ウエィストゲート部品の表面の少なくとも一部が上述のようにショットピーニングされたウエィストゲート部品は、制御品質を改善することができる。有利には、上記のショットピーニングされたウエィストゲート部品は、特に、スピンドルを含む。
ショットピーニングによる摩擦特性の向上を改善する文脈において、約１〜約４重量％、特に、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ、及び／又は約０．１〜約３重量％、特に、約０．５〜約２．５重量％のＷ、及び／又は約０．５〜４重量％、特に、約１．０〜３．０重量％のＭｏ、及び約０．１重量％未満、特に、約０．０２〜約０．０９の重量％のＣ含む本発明の第１態様の合金を使用することが特に有利であり得る。上述したように、Ｎｂ、Ｍｏ及び／又はＷの添加は、合金表面上のＣｒを解放し、次に酸化クロムを形成して摺動摩耗を減少させ、耐酸化性を改善すると考えられる。摺動摩耗を低減すると、制御品質をさらに改善することができる。耐酸化性を改善することは、ウエィストゲート部品の表面品質をより長期間保持するのに役立ち、従って、長期制御品質をさらに改善することができる。
ショットピーニングによる摩擦特性を改善する文脈において、Ａｌ及びＳｉから選択される一つ以上の元素を約０．６〜約６重量％で含む本発明の第１態様の合金を使用することが有利であり得る。有利には、合金は、約０．１〜約２重量％、特に、約０．３〜約０．８重量％のＡｌ、及び／又は約０．５〜約４重量％、特に、約０．６〜約２．４重量％のＳｉを含む。上述したように、Ｓｉ及び／又はＡｌの添加は、耐高温腐食性及び耐摩耗性を改善し、従って、短期及び長期制御品質をさらに改善することができると考えられる。
上記の方法によるショートピーニング段階は、実質的に球状ショット材を用いて有利に行われる。このような実質的に球状ショット媒体は、例えば、コンディショニングされたスチールカットワイヤショットとして市販されている。スチールカットワイヤショットは、スチールワイヤを円筒状の粒子に切断し、粒子のそれぞれの長さがワイヤの直径と実質的に同じになるように製造される。円筒状エッジを丸めることによって、コンディショニングされた粒子が生成され、粒状Ｇ１（丸いエッジ）、Ｇ２−（ほぼ球状の粒状）及びＧ３（球状の粒）に分類される。実質的に球状のショット材は、Ｇ２及びＧ３タイプ材である。有利には、実質的に球状ショット材は、Ｇ３コンディショニングされたスチールカットワイヤショット材である。しかし、他のショット材、例えば、ガラス又はセラミックパール媒体のような実質的に球状の鉱物性ショット媒体も適合している。有利には、実質的に球状ショット材は、コンディショニングされたスチールカットワイヤショット、ガラスパール、セラミックパール、銅ショット、黄銅ショットからなる群より選択される。実質的に球状ショット材は、特に、コンディショニングされたスチールカットワイヤショット、ファインショート、ガラスパール及びセラミックパールから選択される。
実質的に球状ショット材は、ウエィストゲート部品の表面を変形させるのに適しており、上記の表面よりも硬い可能性がある。ショットピーニング材のビッカース硬度は、約４５０〜約８５０ＨＶ、特に、約６７０〜約７３０ＨＶであり得る。実質的に球状ショット材の平均直径は、約１００μｍ〜約２０００μｍ、より具体的には、約２００〜約８００μｍ、特に、約３００〜約６００μｍであり得る。
有利には、実質的に球状ショット材は、約６７０〜約７３０ＨＶのビッカース硬度及び約２００〜約８００μｍ、特に、約３００〜約６００μｍの平均直径を有するコンディショニングされたスチールカットワイヤショット媒体である。
本発明によるウエィストゲート部品は、次のようにショットピーニングできる：ウエィストゲートスピンドルのようなウエィストゲート部品は、直径約１０ｍｍと圧力約２バールの一つの空気ノズルを有するブラストガンを用いて、約６７０〜約７３０ＨＶのビッカース硬度及び約４００μｍの間のコンディショニングされたスチールカットワイヤショット媒体を用いてエアブラストシステム（例えば、ドイツのＲｏｓｌｅｒ Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ製のブラストキャビネットＳＴＤ １４００ ＰＳ）でショットピーニングする。ワークピースとノズルとの間の距離は、約８０ｍｍであり、ノズルは、約４５°の角度をなしている。ワークピースは、約４８ｒｐｍで回転させ、ノズルは、約１０ｍｍ／秒の速度でワークピースの上を４回移動させる。
ウエィストゲート部品のショットピーニングされた表面は、任意に、一つ以上のさらなるショットピーニングを行うことができる。さらなるショットピーニングは、最初のショットピーニングによって得られた圧痕のエッジを滑らかにすることができる。一つ以上のさらなるショットピーニングは、同じ、又はより硬い、又はより柔らかいピーニング材、同じ、又はより小さい、又はより大きなサイズの材料、又はそれらの組み合わせを使用して行うことができる。有利には、ウエィストゲート部品は、第１ピーニンググ材より柔らかい及び／又は小さいピーニング材を使用し、少なくとも一つのさらなるピーニングを行う。例えば、第１ショットピーニング材が、約６７０〜約７３０ＨＶのビッカース硬度及び約３００〜約８００μｍの平均直径を有するコンディショニングされたスチールカットワイヤショット媒体である場合、第２ショットピーニング材は、約５又は約６、特に、約６のモース硬度及び約２０〜約２００μｍの平均直径を有するガラスパール、又は約２０〜２００μｍ、特に、約５０〜約１５０μｍの粒子サイズを有するファインショット媒体であり得る。
例えば、第２ショットピーニングは、次のように行うことができる：上記のようにショットピーニングされたウエィストゲート部品は、直径約１０ｍｍと圧力約２バールの一つの空気ノズルを有するブラストガンを用いて、約５または約６のＢｏｈ硬度及び約１５０μｍ〜約２５０μｍの平均直径を有するガラスパールを用いてもしくは約５０μｍ〜約１５０μｍの平均直径を有するファインショットを用いてエアブラストシステム（例えば、ドイツのＲｏｓｌｅｒ Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ製のブラストキャビネットＳＴＤ １４００ ＰＳ）でショットピーニングする。ワークピースとノズルとの間の距離は、約８０ｍｍであり、ノズルは、約４５°の角度をなしている。ワークピースは、約４８ｒｐｍで回転させ、ノズルは、約１０ｍｍ／秒の速度でワークピースの上を４回移動させる。
本発明は、以下の組成を有する合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品であって：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）Ｆｅは残量であるが、少なくとも約２０重量％の量、
上記のウエィストゲート部品の表面の少なくとも一部は、複数の圧痕を有する。特に、これらの表面圧痕は、約２０〜約７０μｍ、特に、約２５〜約５５μｍの平均深さを有し得る。表面圧痕は、Ｒｚ値と定義されるように、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７及び／又は４２８８によって測定した表面粗度が、約２５μｍ未満、特に、約１５μｍ未満、より具体的には、約１０μｍ未満、又は約２〜約２５μｍ、より具体的には、約５〜約１５μｍであることを特徴とすることができる。Ｒａ値は、約１〜約５μｍ、特に、約２〜約４μｍであり得る。
上記のウエィストゲート部品は、本発明の第１態様によるウエィストゲート部品について示したように、さらに特徴とすることができる。より具体的には、本発明の第１、第２及び第３態様を組み合わせて、ウエィストゲート部品の性能を共同で改善することが有利であり得る。特に、本発明は、以下の組成を有する合金を含むウエィストゲート部品に関する：
ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
ｇ）残量としてのＦｅ、ただし、少なくとも約２０重量％で、
上記の合金は、例えば、ＩＳＯ ６８９２−１及び／又はＩＳＯ ６８９２−２による引張強度が、約２５℃で少なくとも約９５０ＭＰａ、特に、約１０００〜約１２００ＭＰａ；及び約９００℃で少なくとも約４５０ＭＰａ、特に、約４６０ＭＰａ〜約６２０ＭＰａであり、さらに、上記のウエィストゲート部品の表面の少なくとも一部は、複数の圧痕を有する。特に、これらの表面圧痕は、約２０〜約７０μｍ、特に、約２５〜約５５μｍの平均深さを有し得る。表面圧痕は、Ｒｚ値と定義されるように、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７及び／又は４２８８によって測定した表面粗度が、約２５μｍ未満、特に、約１５μｍ未満、より具体的には、約１０μｍ未満、又は約２〜約２５μｍ、より具体的には、約５〜約１５μｍである。Ｒａ値は、約１〜約５μｍ、特に、約２〜約４μｍであり得る。
上記のウエィストゲート部品の合金は、約１〜約４重量％、特に、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ、及び／又は約０．１〜約３重量％、特に、約０．５〜約２．５重量％のＷ、及び／又は約０．５〜約４重量％、特に、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、及び約０．１重量％未満、特に、約０．０２〜約０．０９の重量％のＣを含むことがさらに有利であり得る。
上記のウエィストゲート部品の合金は、Ａｌ及びＳｉから選択される一つ以上の元素を約０．６〜約６重量％で含むことがさらに有利であり得る。有利には、上記の合金は、約０．１〜約２重量％、特に、約０．３〜約０．８重量％のＡｌ、及び／又は約０．５〜約４重量％、特に、約０．６〜約２．４重量％のＳｉを含む。
最後に、上記のウエィストゲート部品の合金は、約１〜４重量％、特に１．７〜２．５重量％のＮｂ、約０．５〜約４重量％、特に１．０〜約３．０重量％のＭｏ、約０．１〜約３重量％、特に０．５〜約２．５重量％のＷ、及び約０．１重量％未満、特に、約０．０２〜約０．０９の重量％のＣを含むことがさらに有利であり得る。特に、合金は、約１．７〜約２．５重量％のＮｂ、約１．０〜約３．０重量％のＭｏ、約０．５〜約２．５重量％のＷ、及び約０．０２〜約０．０９の重量％のＣを含む。
上述の第３態様のショットピーニング方法は、他の合金にも適用可能である。従って、一般的に、ウエィストゲート部品の表面の少なくとも一部が、約１００及び約２０００μｍの平均直径を有する実質的に球状ショット材でショットピーニングされたターボチャージャー用ウエィストゲート部品の表面を改質する方法が提供される。ショットピーニング工程は、本発明の第３態様について記載されているように、さらに特徴とすることができる。本特許出願に記載されている合金は、冶金学でよく知られている常的により製造することができる。
さらなる実施形態は、以下の請求の範囲内にある。

Claims (15)

  1. 以下の組成の合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品：
    ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
    ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
    ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
    ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
    ｅ）任意選択的に、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｗ、Ｓｉ及びＮｂからなる群より選択される一つ以上の元素、特に次のような量の１種以上の元素：約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％Ａｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％Ｎｂ、
    ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
    ｇ）残量としてのＦｅ、ただし、少なくとも約２０重量％で。
  2. 前記合金は、約１〜約４重量％のＮｂ、及び／又は約０．１〜約３重量％のＷ、及び／又は約０．５〜約４重量％のＭｏ、及び約０．１重量％未満のＣを含む、請求項１に記載のウエィストゲート部品。
  3. 前記合金は、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉから選択される一つ以上の元素を１〜１０重量％含む、請求項１又は２に記載のウエィストゲート部品。
  4. 前記合金は、０．５〜４重量％のＭｏ、０．１〜２重量％のＡｌ及び０．１〜３重量％のＷを含む、請求項３に記載のウエィストゲート部品。
  5. 前記合金は、０．５〜４重量％のＭｏ、０．１〜２重量％のＡｌ、０．１〜３重量％のＭｎ、０．１〜３重量％のＷ、０．５〜４重量％のＳｉ及び１〜４重量％のＮｂを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  6. 前記合金は、以下を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
    ａ）３２〜３９の重量％、特に３４〜３８重量％のＮｉ、
    ｂ）１７〜２６重量％、特に１９〜２４重量％のＣｒ、
    ｃ）１〜５重量％、特に１．５〜４．５重量％のＣｏ、
    ｄ）１．５〜３．５重量％、特に２．０〜３．０重量％のＴｉ。
  7. 前記合金は、１．０〜３．０重量％のＭｏ、０．３〜０．８重量％のＡｌ、０．５〜２．５重量％のＭｎ、０．５〜２．５重量％のＷ、０．６〜２．４重量％のＳｉ及び１．７〜２．５重量％のＮｂを含む、請求項１〜６のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  8. 前記合金は、０．１重量％未満、０．０５重量％未満のＰ、０．０５重量％未満のＳ、及び重量当たり３００ｐｐｍ未満のＮを含む、請求項１〜７のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  9. 前記合金は、溶剤化熱処理、析出硬化、又はその両方を行っている、請求項１〜８のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  10. 前記合金は、オーステナイト微細構造を有し、前記第２相粒子又は第２相粒子の凝集体を含み、前記粒子は、５μｍ未満の平均粒子サイズを有する、請求項１〜９のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  11. 前記部品の表面の少なくとも一部は、１００〜２０００μｍの直径を有する実質的に球状ショット材で前記表面をショットピーニングすることによって製造可能である、請求項１〜１０のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  12. 前記部品の表面の少なくとも一部は、複数の圧痕を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  13. 前記部品が、フラッププレート又はスピンドルである、請求項１〜１２のいずれかに記載のウエィストゲート部品。
  14. 以下の組成の合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品を製造する方法であって：
    ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
    ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
    ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
    ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
    ｅ）任意選択的に、約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
    ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
    ｇ）Ｆｅは残量であるが、少なくとも約２０重量％の量；
    前記合金を溶体化熱処理した後、析出硬化を行い、前記析出硬化は、以下の段階をその順序で含む方法：
    ｉ．前記合金を約７００〜約７５０℃、特に、約７２０〜約７３０℃でテンパリングする段階
    ｉｉ．前記合金を約６００℃〜約６４０℃、特に、約６１５℃〜約６２５℃でテンパリングする段階。
  15. 以下の組成の合金を含むターボチャージャー用ウエィストゲート部品の表面を改質する方法であって：
    ａ）約３０〜約４２重量％のＮｉ、
    ｂ）約１５〜約２８重量％のＣｒ、
    ｃ）約１〜約５重量％のＣｏ、
    ｄ）約１〜約４重量％のＴｉ、
    ｅ）任意選択的に、約０．５〜約４重量％のＭｏ、約０．１〜約２重量％のＡｌ、約０．１〜約３重量％のＭｎ、約０．１〜約３重量％のＷ、約０．５〜約４重量％のＳｉ、及び約１〜約４重量％のＮｂ、
    ｆ）任意選択的に、約２重量％未満の総量の他の元素（不純物）、
    ｇ）Ｆｅは残量であるが、少なくとも約２０重量％の量；
    前記ウエィストゲート部品の表面は、約１００〜約２０００μｍの平均直径を有する実質的に球状ショット材でショットピーニングされる方法。
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