KR101231952B1 - Radial compressor wheel and method for producing thereof - Google Patents

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Abstract

적어도 Al 및 Cu를 포함하는 열경화성 합금으로 이루어진 기본 재료로 된 방사상 압축기 휠에 있어서, 상기 휠의 외부 영역이 상기 기본 재료(2)와 경사 재료를 형성하면서 높은 내열성의, Al를 포함하는 합금으로 형성된 추가 재료(3, 17)로 이루어짐으로써, 배출 영역에서의 열 응력이 보다 커진다.A radial compressor wheel made of a base material made of a thermosetting alloy containing at least Al and Cu, wherein the outer region of the wheel is formed of an alloy containing Al, having high heat resistance while forming a warp material with the base material (2). By being made of the additional materials 3, 17, the thermal stress in the discharge zone is greater.

방사상 압축기 휠, 외부 영역, 기본 재료, 추가 재료 Radial compressor wheel, outer zone, base material, additional material

Description

방사상 압축기 휠 및 그 제조 방법{RADIAL COMPRESSOR WHEEL AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}Radial compressor wheel and its manufacturing method {RADIAL COMPRESSOR WHEEL AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}

도 1 내지 도 5는 제 1 실시예의 제조 과정을 나타낸 개략도.1 to 5 are schematic diagrams showing a manufacturing process of the first embodiment.

도 6 및 도 7은 제 2 실시예의 제조 과정을 나타낸 개략도.6 and 7 are schematic diagrams showing a manufacturing process of the second embodiment.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1: 박스 2, 16: 기본 재료1: box 2, 16: base material

3, 17: 추가 재료 5, 18: 블랭크3, 17: additional material 5, 18: blank

7: 회전자 바디 8: 블레이드7: rotor body 8: blade

10, 11: 관 12: 용기10, 11: coffin 12: courage

13: 냉각판 14, 15: 노즐13: cold plate 14, 15: nozzle

본 발명은 적어도 Al 및 Cu를 포함하는 열경화성 합금으로 이루어진 기본 재료로 된 방사상 압축기 휠 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a radial compressor wheel of a base material consisting of a thermosetting alloy comprising at least Al and Cu and a method of manufacturing the same.

배기가스 터보 과급기용 공지된 방사상 압축기 휠은 Al-Cu-Mg 합금으로 제조된다. 상기 합금은 열 경화를 위해 T6 열 처리된다. 상기 처리에서는 합금이 먼 저 약 3 시간 동안 약 500℃의 온도로 가열된 다음, 신속히 실온으로 냉각된다. 그리고 나서, 상기 재료는 8 시간 동안 약 180 내지 200℃의 인공 에이징 온도로 된다. 그 다음에 그것을 실온으로 냉각한다.Known radial compressor wheels for exhaust turbochargers are made of Al—Cu—Mg alloys. The alloy is T6 heat treated for thermal curing. In this treatment, the alloy is first heated to a temperature of about 500 ° C. for about three hours and then quickly cooled to room temperature. The material then comes to an artificial aging temperature of about 180-200 ° C. for 8 hours. Then cool it to room temperature.

이렇게 제조된 방사상 압축기 휠은 제한된 내열성만을 갖는다. 공기의 배출 온도가 수 시간 동안 인공 에이징 온도에 달하거나 또는 인공 에이징 온도를 초과하면, 휠의 외부 에지에서, 즉 압축된 공기의 배출 영역에서, 재료의 오버 에이징이 나타난다. 이러한 오버 에이징은 강도를 떨어뜨리기 때문에, 예컨대 휠의 일부의 파괴에 의해 손상이 야기될 수 있다.The radial compressor wheel thus produced has only limited heat resistance. If the exhaust temperature of the air reaches or exceeds the artificial aging temperature for several hours, overaging of the material appears at the outer edge of the wheel, ie at the discharge zone of the compressed air. Since such overaging degrades strength, damage can be caused, for example, by the destruction of a portion of the wheel.

본 발명의 과제는 압축될 가스의 배출 영역에서 높은 열 응력을 가진 방사상 압축기 휠을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a radial compressor wheel with high thermal stress in the discharge zone of the gas to be compressed.

상기 과제는 본 발명에 따라 휠의 외부 영역이 기본 재료와 경사 재료(gradient material)를 형성하면서 추가 재료로 이루어지고, 상기 추가 재료는 높은 내열성 Al을 포함하는 합금으로 형성됨으로써 해결된다. 이로 인해, 높은 내열성의 외부 영역을 가진 충분한 강도의 방사상 압축기 휠이 제조될 수 있다.The problem is solved according to the invention by the outer region of the wheel being made of an additional material, forming a base material and a gradient material, the further material being formed of an alloy comprising high heat resistant Al. Due to this, a radial compressor wheel of sufficient strength with an outer region of high heat resistance can be produced.

본 발명의 제 1 실시예에 따라 외부 영역의 추가 재료는 적어도 Al 및 C를 포함하는 합금으로 이루어진다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 외부 영역의 추가 재료는 적어도 Al 및 Fe를 포함하는 합금으로 이루어진다.According to a first embodiment of the invention the further material of the outer region consists of an alloy comprising at least Al and C. According to another embodiment of the invention the further material of the outer region consists of an alloy comprising at least Al and Fe.

전술한 형식의 방사상 압축기 휠을 제조하기 위해, 분말 야금학적으로 주어진 기본 재료와 추가 재료로 고온 등압 압축법에 의해 경사 재료로 된 블랭크를 제조한다. 대안으로서, 동일한 목적을 위해, 용융된 기본 재료 및 용융된 추가 재료의 분무 성형에 의해 경사 재료로 된 블랭크를 제조한다. In order to produce radial compressor wheels of the type described above, blanks of warp material are produced by hot isostatic compression methods from powder metallurgically given base materials and additional materials. As an alternative, for the same purpose, a blank of warp material is produced by spray molding of the molten base material and the molten further material.

본 발명의 또 다른 특징은 종속 청구항 및 이하의 실시예 설명에 제시된다.Further features of the invention are set forth in the dependent claims and the following description of the embodiments.

제 1 실시예에서, 박스(1)는 얇은 Al 케이싱으로 제조되며, 그 형태는 후속 제조 단계에서의 재료 수축을 고려해서, 제조될 방사상 압축기 휠의 윤곽에 상응한다. 방사상 압축기 휠의 주요 부분을 형성하기 위해 분말형 기본 재료(2)가 상기 박스 내로 채워진다. 상기 기본 재료는 적어도 성분 Al 및 Cu 를 포함하는 합금으로 이루어진다. 다른 합금 성분, 예컨대 Mg도 가능하다. 기본 재료는 박스(1) 내로 채워지기 전에 미세한 분말로 분쇄되거나 입자화되었다.In the first embodiment, the box 1 is made of a thin Al casing, the shape of which corresponds to the contour of the radial compressor wheel to be produced, taking into account the material shrinkage in subsequent manufacturing steps. Powdered base material 2 is filled into the box to form the main part of the radial compressor wheel. The base material consists of an alloy comprising at least the components Al and Cu. Other alloying components, such as Mg, are also possible. The base material was ground or granulated into fine powder before filling into the box 1.

그리고 나서, 도 2에 도시된 바와 같이, 나중에 블레이드 단부를 형성하기 위해 사용되는 박스(1)의 외부 영역 내로, 마찬가지로 분말형의 추가 재료(3)가 채워진다. 추가 재료(3)는 합금 성분 Al 및 C 그리고 경우에 따라 소량의 다른 성분을 포함한다.Then, as shown in FIG. 2, further powder 3 is likewise filled into the outer region of the box 1 which is later used to form the blade end. The further material 3 comprises the alloying components Al and C and optionally small amounts of other components.

추가 재료(3)를 채운 후에, 박스(1)는 커버(4)에 의해 폐쇄된 다음, 진공화된다. 그 다음에, 박스(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 고압 및 고온으로 고온 등압 압축 처리된다.After filling the additional material 3, the box 1 is closed by the cover 4 and then evacuated. The box 1 is then subjected to high temperature isostatic compression at high pressure and high temperature as shown in FIG.

도 4에 도시된 바와 같이, 고온 등압 압축 처리에 의해 균일한 블랭크(5)가 형성되고, 상기 블랭크는 기본 재료(2)와 추가 재료 사이에 전이 영역(6)을 가지며, 상기 전이부에는 2개의 재료 성분이 존재한다.As shown in FIG. 4, a uniform blank 5 is formed by a high temperature isostatic compression process, the blank having a transition region 6 between the base material 2 and the additional material, wherein the blank has 2 Material components are present.

블랭크(5)는 경우에 따라 후속하는 단조 변형 후에 기본 재료(2)에 대한 전술한 T6-열처리 된다.The blank 5 is optionally subjected to the aforementioned T 6 -heat treatment to the base material 2 after subsequent forging deformation.

그 다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 블랭크(5)는 회전자 바디(7) 및 블레이드(8)의 형성을 위해 절삭 가공된다. 나타나는 바와 같이, 블레이드(8)의 외부 영역은 높은 내열성의 추가 재료(3)로 이루어진다. 재료(2) 및 (3)로 이루어진 경사 재료의 형성에 의해, 블레이드(8)의 외부 영역의 높은 내열성에도 불구하고 휠의 기계적 강도가 보장된다.Then, as shown in FIG. 5, the blank 5 is cut to form the rotor body 7 and the blade 8. As can be seen, the outer region of the blade 8 consists of an additional material 3 of high heat resistance. By the formation of the warp material consisting of the materials 2 and 3, the mechanical strength of the wheel is ensured in spite of the high heat resistance of the outer region of the blade 8.

제 2 실시예에서는, 기본 재료로서 재차 Al-Cu 합금이 사용되며, Mg와 같은 다른 성분이 소량으로 첨가될 수 있다. 추가 재료로서 내열성의, 신속히 응고하는(rapid solidification), 성분 Al 및 Fe를 포함하는 합금이 사용되며, 상기 추가 재료에는 다른 추가 합금 성분이 소량으로 첨가될 수 있다.In the second embodiment, Al-Cu alloy is used again as the base material, and other components such as Mg may be added in small amounts. As an additional material, a heat resistant, rapid solidification, alloy comprising the components Al and Fe is used, in which further additional alloying components can be added in small amounts.

2가지 재료는 각각 용융되고, 분리된 관(10, 11)을 통해 보호 가스로 세척된 용기(12) 내로 유입된다. 상기 용기(12)는 그 하부에 회전 냉각판(13)을 갖는다. 관(10, 11)의 단부에는 각각 노즐(14, 15)이 배치되고, 상기 노즐들은 액체 재료를 미세한 방울로 분무한다. 노즐(14)은 기본 재료(16)를 냉각판(13)의 중심부에 분무하도록 배치된다. 이에 반해, 노즐(15)은 냉각판(13)의 회전 동안 방울 형태로 분무되는 추가 재료(17)를 외부로부터 기본 재료(16) 상으로 균일하게 분무하도록 배치된다. 용기(12)는 지속적으로 보호 가스로 채워진다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 냉각판(13)상에서 분무 성형법에 의하여 경사 재료로 이루어진 실린더가 형성된다. 상기 실린더는 내부에 기본 재료(16), 외부에 추가 재료(17) 및 그 사이에 전이 영역을 갖는다. 바람직하게는 노즐(4, 5)은 실린더의 종축 방향으로 이동 가능하게 배치된다.The two materials are each melted and introduced into the vessel 12 washed with the protective gas through the separate tubes 10 and 11. The vessel 12 has a rotary cooling plate 13 at the bottom thereof. At the ends of the tubes 10, 11 nozzles 14, 15 are arranged, respectively, which nozzles spray liquid material into fine droplets. The nozzle 14 is arranged to spray the base material 16 to the center of the cold plate 13. In contrast, the nozzle 15 is arranged to evenly spray the additional material 17 sprayed in the form of drops during the rotation of the cold plate 13 onto the base material 16 from the outside. The container 12 is constantly filled with protective gas. As shown in Fig. 6, a cylinder made of inclined material is formed on the cooling plate 13 by the spray molding method. The cylinder has a base material 16 inside, an additional material 17 outside, and a transition region therebetween. Preferably, the nozzles 4 and 5 are arranged to be movable in the longitudinal axis direction of the cylinder.

그 다음에, 도 7에 나타나는 바와 같이 경사 재료로 이루어진 실린더가 블랭크(18)의 형성을 위해 수평 절삭에 의해 세분된다.Then, as shown in FIG. 7, the cylinder made of the warp material is subdivided by horizontal cutting to form the blank 18.

블랭크(18)는 제 1 실시예에서와 같이 형 단조되고, T6 열처리된 다음, 절삭 가공된다.The blank 18 is forged as in the first embodiment, T6 heat treated and then cut.

본 발명에 따라, 휠의 외부 영역이 기본 재료와 경사 재료를 형성하면서 추가 재료로 이루어지고, 상기 추가 재료는 높은 내열성 Al을 포함하는 합금으로 형성됨으로써, 높은 내열성의 외부 영역을 가진 충분한 강도의 방사상 압축기 휠이 제조될 수 있다.According to the invention, the outer region of the wheel is made of an additional material, forming a base material and an inclined material, which further material is formed of an alloy comprising high heat resistant Al, thereby providing a sufficient strength radially having an outer region of high heat resistance. Compressor wheels can be manufactured.

Claims (11)

방사상 압축기 휠의 제조 방법으로서,As a method of manufacturing a radial compressor wheel, 상기 방사상 압축기 휠은 적어도 Al 및 Cu를 포함하는 열경화성 합금으로 이루어진 기본 재료로 되어 있고, 상기 휠의 외부 영역이 상기 기본 재료(2)와 경사 재료(gradient material)를 형성하면서 고내열성의, Al를 포함하는 합금으로 형성된 추가 재료(3, 17)로 이루어지며,The radial compressor wheel is made of a base material made of a thermosetting alloy containing at least Al and Cu, and the outer region of the wheel forms high heat resistance while forming a gradient material with the base material (2). Consisting of additional materials (3, 17) formed of an alloy comprising: 상기 외부 영역의 추가 재료(3)는 적어도 Al 및 C를 포함하는 합금으로 이루어지고, The additional material 3 in the outer region consists of an alloy comprising at least Al and C, 기본 재료(2)와 추가 재료(3)로 고온 등압 압축법에 의해 경사 재료로 된 블랭크(5)를 제조하며,From the base material (2) and the additional material (3) a blank 5 of warp material is produced by high temperature isostatic compression, Al-케이싱으로 이루어진, 상기 휠의 윤곽에 상응하는 박스(1) 내로 중심에 분쇄 또는 입자화된 분말형 기본 재료(2)를, 그리고 외부 영역에 분쇄 또는 입자화된 분말형 추가 재료(3)를 채우고, 박스의 폐쇄 및 진공화 후에, 경사 재료로 이루어진 블랭크를 형성하기 위해 고온에서 고압을 상기 박스로 가하는 것을 특징으로 하는 방사상 압축기 휠의 제조 방법.A powdered base material 2 pulverized or granulated in the center into a box 1 corresponding to the contour of the wheel, consisting of Al-casing, and a powdered additional material 3 pulverized or granulated in the outer region And after closing and evacuating the box, high pressure is applied to the box at a high temperature to form a blank made of warp material. 방사상 압축기 휠의 제조 방법으로서,As a method of manufacturing a radial compressor wheel, 상기 방사상 압축기 휠은 적어도 Al 및 Cu를 포함하는 열경화성 합금으로 이루어진 기본 재료로 되어 있고, 상기 휠의 외부 영역이 상기 기본 재료(2)와 경사 재료를 형성하면서 고내열성의, Al를 포함하는 합금으로 형성된 추가 재료(3, 17)로 이루어지며,The radial compressor wheel is made of a base material made of a thermosetting alloy containing at least Al and Cu, and the outer region of the wheel is made of an alloy containing Al, which has high heat resistance while forming a warp material with the base material (2). Consisting of additional materials (3, 17) formed, 상기 외부 영역의 추가 재료(3)는 적어도 Al 및 C를 포함하는 합금으로 이루어지고, The additional material 3 in the outer region consists of an alloy comprising at least Al and C, 용융된 기본 재료 및 용융된 추가 재료(17)의 분무 성형에 의해 경사 재료로 된 블랭크(18)를 제조하며,A blank 18 of warp material is produced by spray molding of the molten base material and the molten further material 17, 상기 기본 재료(16) 및 상기 추가 재료(17)를 각각 용융시키고 분무 성형에 의해 경사 재료로 이루어진 실린더로 응고시킴으로써, 상기 실린더가 상기 기본 재료(16)로 이루어진 중심부와 상기 추가 재료(17)로 이루어진 외부 영역을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 방사상 압축기 휠의 제조 방법.By melting the base material 16 and the additional material 17, respectively, and solidifying them into a cylinder made of a warp material by spray molding, the cylinder is formed into a central portion of the base material 16 and the additional material 17. Method for producing a radial compressor wheel characterized in that it has an outer region made up. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 영역의 추가 재료(17)는 적어도 Al 및 Fe를 포함하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사상 압축기 휠의 제조 방법.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the additional material (17) in the outer region is made of an alloy comprising at least Al and Fe. 제2항에 있어서, 상기 분무 성형을 위해 상기 기본 재료(16)를 중심에 그리고 상기 추가 재료(17)를 상기 기본 재료의 측면에 회전 냉각판(13) 상으로 분무하는 것을 특징으로 하는 방사상 압축기 휠의 제조 방법.3. A radial compressor according to claim 2, characterized in that it is sprayed onto the rotary cooling plate (13) about the base material (16) and the additional material (17) on the side of the base material for the spray molding. Method of manufacturing the wheel. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 분무 성형을 용기(12) 내에서 보호 가스로 수행하는 것을 특징으로 하는 방사상 압축기 휠의 제조 방법.5. Method according to claim 2 or 4, characterized in that the spray molding is carried out with a protective gas in the container (12). 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 블랭크(5, 18)를 형 단조한 다음, 기본 재료(2, 16)의 경화를 위해 열 처리하고, 그 다음에 최종 형태로 절삭 가공하는 것을 특징으로 하는 방사상 압축기 휠의 제조 방법.3. The blanks according to claim 1 or 2, characterized in that the blanks 5, 18 are forged, then heat treated for the hardening of the base materials 2, 16 and then cut into final form. Method of manufacturing a radial compressor wheel. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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