JPH0452362B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0452362B2
JPH0452362B2 JP7052983A JP7052983A JPH0452362B2 JP H0452362 B2 JPH0452362 B2 JP H0452362B2 JP 7052983 A JP7052983 A JP 7052983A JP 7052983 A JP7052983 A JP 7052983A JP H0452362 B2 JPH0452362 B2 JP H0452362B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
diffusion layer
thickness
test
test piece
Prior art date
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Expired
Application number
JP7052983A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59194001A (ja
Inventor
Yukio Yamamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP7052983A priority Critical patent/JPS59194001A/ja
Publication of JPS59194001A publication Critical patent/JPS59194001A/ja
Publication of JPH0452362B2 publication Critical patent/JPH0452362B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) この発明は自動車用ターボチヤージヤ等の遠心
圧送機のタービンに関するものである。 (従来技術) 例えば、実開昭57−174799号公報に示されるよ
うに翼表面を薄膜層で覆うことが知られており、
また一方自動車用ターボチヤージヤのタービンは
エンジンの排気ガスにより回転されるため耐熱性
が要求されるとともに、耐酸化性、耐食性も要求
され、従来のものとしては、耐熱性に優れたNi
基合金でタービンを形成し、この表面全体にAl
パツク処理を施して、耐酸化性、耐食性に優れた
Al拡散層を全体に均一な厚さで形成してなるも
のがある。 しかしながら、Al拡散層は耐酸化性、耐食性
に優れる反面、耐熱性に劣るため、このような構
造のタービンでは、高出力エンジンに使用した場
合、次に述べる理由により十分な耐久性が得られ
ないという問題があつた。すなわち、タービンに
要求される耐熱性、耐酸化性および耐食性の程度
は、タービンの各部分によつて異なり、上記のよ
うにAl拡散層がタービンの表面全体に均一の厚
さで形成される場合、Al拡散層の厚さは硫化腐
食などの腐食作用が最も厳しい部分に対応して設
定される必要があるが、このような方法では、逆
に、熱負荷の厳しい部分においては厚いAl拡散
層のために高温強度が不足して耐久性が悪くなる
という問題があり、この問題は特に排気ガス温度
が1000℃以上となる高出力エンジンにおいて顕著
であつた。 (発明の目的) 本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされた
ものであつて、部分的にAl拡散層の厚さを変え
ることにより、高い耐熱性を保持しつつ、耐酸化
性、耐食性を大幅に向上させ、全体として極めて
耐久性に優れる遠心圧送機のタービンを提供する
ものである。 (発明の構成) 本発明のタービンは、ロータに回転中心から略
放射方向に延びる多数のタービンブレードが配設
されてなるNi基合金製のタービンにおいて、該
タービンの表面全体にAl拡散層が形成され、該
Al拡散層の厚さは、タービンの回転中心から離
れたタービンブレードの先端部においては20〜
40μとされ、かつ、その他の部分においては50〜
150μとされたものである。 (実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。 本発明に係るタービンを第1図および第2図に
示し、タービン1は自動車用ターボチヤージヤの
ものであつて、ロータ2に、回転中心Aから略放
射状に延びる多数のタービンブレード3…を配設
して形成され、ロータ2の底面4にはタービンシ
ヤフト(図示省略)が接合される。 タービン1はNi基合金製で、表面全体に粉末
法によるAl拡散処理(Alパツク処理)を施して、
Al拡散層が形成されている。上記Ni基合金の化
学成分は例えば第1表に示すようなものである。
【表】 また、Al拡散層の厚さは、回転中心Aから離
れたタービンブレード3の先端部3a(1点鎖線
円内)において20〜40μとされ、その他の部分に
おいて50〜150μとされている。なお、Al拡散層
の厚さの限定理由は以下に列挙するとおりであ
る。 (1) タービン1の母材であるNi基合金は排気ガ
ス温度が700℃以上になると高温強度が低下す
る。 (2) タービン1の腐食は、排気ガス中に含まれる
Na2SO4、NaClなどがタービン1の表面に付
着して起こるが、Na2SO4は排気ガス温度が
700℃以上で多量に生成される。 (3) Na2SO4による硫化腐食は800〜900℃が最も
進行し、1000℃以上ではあまり進行しない。 (4) Na2SO4、NaClは1000℃位では蒸気化して
いるが、1000℃よりも低いと液化する。 (5) 排気ガスの流れは、第2図において矢符Bで
示すように、タービン1の円周方向から各々タ
ービンブレード3,3間を通つて方向を変え、
タービン1の軸心方向へ流れ、流速はタービン
ブレード3の先端部3aにおいて最も速い。 (6) 排気ガスの温度はタービンブレード3の先端
部3aにおいて最も高く、以後排気ガスの熱仕
事により、流れるにしたがつて順次低下する。
例えば、排気ガスにより上記先端部3aが1000
℃位になると、排気ガスの流れ方向が変わるタ
ービンブレード3の基部3b(1点鎖線円内)
においては800〜900℃になる。 (7) Al拡散層は耐酸化性、耐食性に優れる反面、
耐熱性に劣る。 したがつて、タービンブレード3の先端部3a
は排気ガス流速が速く温度が高いために
Na2SO4、NaClが付着しにくいが、最も熱負荷
が厳しく、タービン1の高速回転時には強い遠心
力が作用するので高温引張強度が要求される部分
であり、一方、タービンブレード3の基部3bは
排気ガス流が変向して流速が遅く、温度が低いた
めにNa2SO4、NaClが付着しやすく、しかも排
気ガス温度が1000℃以上になる高出力エンジンに
おいては最も硫化腐食作用が厳しい部分である。
しかして、タービンブレード3の先端部3aの
Al拡散層の厚さは、高温強度の低下をできるだ
け抑えるため、耐酸化性に効果のある範囲内で薄
くする必要があり、20〜40μとする。すなわち、
20μ以下では、長時間十分な耐酸化性を得ること
ができず、また、Al拡散処理を施す上でAl拡散
層を均一に表面に形成することが困難である。一
方、40μ以上では、タービンブレード先端部3a
の高温強度を良好に保つことができないからであ
る。また、タービン1の上記先端部3a以外の他
の部分は、該先端部3aに比較して厚さが厚くて
高温強度が十分であるため、この部分のAl拡散
層の厚さはタービンブレード3の基部3bに要求
される厚さに対応して、50〜150μとする。すな
わち、50μ以下では、硫化腐食作用に対する耐食
性を良好に保つことができない。一方、150μ以
上では、耐食性および耐酸化性に対する効果がほ
ぼ飽和してしまいこれ以上のAl拡散層を形成す
ることは経済的にも不利である。 続いて、上記タービン1の耐熱性、耐酸化性お
よび耐食性についての特性を調べるため、以下の
試験を行なつた。 高温引張強さ試験 この試験は最も熱負荷が厳しいタービンブレー
ド3の先端部3aにおける高温引張強さを調べる
ためのもので、以下のような試験片1〜3を作製
し、Ar雰囲気中において、これらの試験片に雰
囲気温度を変化させながら引張力を加えたときの
試験片の引張強さを測定した。 試験片1…第1表と同じ化学成分のNi基合金か
らなる幅10mm、長さ40mm、厚さ1.0mmの板 試験片2…試験片1の表面全体に厚さ20〜40μの
Al拡散層が形成されたもの 試験片3…試験片1の表面全体に厚さ100〜120μ
のAl拡散層が形成されたもの 試験結果を第3図に示し、この試験結果より、
Al拡散層が形成されない場合(試験片1)が最
も耐熱性に優れ、Al拡散層が20〜40μの厚さで形
成された場合(試験片2)はこれより若干劣るも
ののほぼ同様の耐熱性が得られ、また、Al拡散
層が100〜120μの厚さになると(試験片3)、耐
熱性が低下し過ぎて好ましくないことが判明し
た。 耐酸化性試験 以下のような試験片4〜9を作製し、大気中に
おいて、これらの試験片を第4図に示すように、
1050℃に加熱して、20℃の空冷する熱サイクル
(16時間で1サイクル)を繰返し、このときの試
験片の重量変化を測定した。 試験片4…第1表と同じ化学成分のNi基合金か
らなる幅20mm、長さ20mm、厚さ5mmの板 試験片5…試験片4の表面全体に厚さ20μのAl拡
散層が形成されたもの 試験片6…試験片4の表面全体に厚さ30μのAl拡
散層が形成されたもの 試験片7…試験片4の表面全体に厚さ40μのAl拡
散層が形成されたもの 試験片8…試験片4の表面全体に厚さ100μのAl
拡散層が形成されたもの 試験片9…試験片4の表面全体に厚さ150μのAl
拡散層が形成されたもの 試験結果を第5図に示し、この試験結果より、
Al拡散層を形成しない場合(試験片4)は、酸
化による重量増加が大きくて耐酸化性が悪く、
Al拡散層が20μ以上の厚さで形成すれば(試験片
5〜9)、十分な耐酸化性が得られることが判明
した。また、Al拡散層が150μの場合には、安定
した十分な耐酸化性を有する。なお、第5図にお
いて試験片4の重量が途中から減少しているの
は、酸化されたものが剥離したためである。 耐硫化腐食性試験 この試験は最も腐食作用が厳しいタービンブレ
ード3の基部3bにおける耐硫化腐食性を調べる
ためのもので、重量比でNa2SO480%とNaCl20
%を混合して溶融塩を作り、これを以下のような
試験片の表面全体に塗付し(10mg/cm2)、この試
験片を大気中において800℃、900℃、1000℃の各
温度で加熱して、そのときAl拡散層が浸食(硫
化腐食)して、該浸食が母材であるNi基合金に
まで達するまでの時間(腐食時間)を、Al拡散
層の厚さを変化させて測定した。なお、この測定
方法は、腐食作用を起こすS成分が母材まで達し
た時間を測定する。 試験片…第1表と同じ化学成分のNi基合金から
なる幅20mm、長さ20mm、厚さ5mmの板 試験結果を第6図に示し、この試験結果より、
腐食時間の許容範囲はほぼ900時間以上であるが、
800〜900℃においては最低50μ位の厚さでAl拡散
層を形成する必要があり、一方、1000℃位になる
とAl拡散層が薄くても効果があることが判明し
た。 以上の結果から、タービン1の表面に形成する
Al拡散層の厚さは、上述した限定範囲で設定す
れば、耐熱性を保持しつつ、十分な耐酸化性、耐
食性を確保することができる。 なお、本発明に係るタービンは、上述の自動車
用ターボチヤージヤ用のほか、ガスタービン用お
よび蒸気タービン用など、他の遠心圧送機用にも
適用することができる。 (発明の効果) 以上詳述したように、本発明は熱負荷の厳しい
タービンブレードの先端部にAl拡散層が20〜40μ
の厚さで形成され、その他の部分にAl拡散層が
50〜150μの厚さで形成されているので、耐熱性、
耐酸化性および耐食性に極めて優れ、全体として
耐久性に極めて優れたタービンを提供することが
できる。特に、自動車用ターボチヤージヤのター
ビンとして適用すれば、高排気ガス温度(1000℃
以上)および高速回転での使用に耐え得るため、
自動車のエンジンを高出力とすることができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施態様を例示し、第1図は自
動車用ターボチヤージヤのタービンの平面図、第
2図は第1図における−線に沿つた同断面
図、第3図は同高温引張強さ試験の結果を示す線
図、第4図は同耐酸化性試験の熱サイクルを示す
線図、第5図は同試験結果を示す線図、第6図は
同耐硫化腐食性試験の結果を示す線図である。 1……タービン、2……ロータ、3……タービ
ンブレード、3a……先端部、A……回転中心。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ロータに回転中心から略放射方向に延びる多
    数のタービンブレードが配設されてなるNi基合
    金製の遠心形のタービンにおいて、表面全体に
    Al拡散層が形成され、該Al拡散層の厚さが、回
    転中心から離れたタービンブレードの先端部にお
    いて20〜40μとされ、かつその他の部分において
    50〜150μとされていることを特徴とする遠心圧
    送機のタービン。
JP7052983A 1983-04-20 1983-04-20 遠心圧送機のタ−ビン Granted JPS59194001A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7052983A JPS59194001A (ja) 1983-04-20 1983-04-20 遠心圧送機のタ−ビン

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JP7052983A JPS59194001A (ja) 1983-04-20 1983-04-20 遠心圧送機のタ−ビン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59194001A JPS59194001A (ja) 1984-11-02
JPH0452362B2 true JPH0452362B2 (ja) 1992-08-21

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ID=13434146

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JP7052983A Granted JPS59194001A (ja) 1983-04-20 1983-04-20 遠心圧送機のタ−ビン

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JP5863475B2 (ja) 2012-01-20 2016-02-16 三菱重工業株式会社 穴形状測定装置及び穴形状測定方法

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JPS59194001A (ja) 1984-11-02

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