KR20140075762A

KR20140075762A - 터보차저 및 이의 구성요소

Info

Publication number: KR20140075762A
Application number: KR1020147011010A
Authority: KR
Inventors: 제랄드 샬; 잉고 디트리히; 멜라니 가벨; 무네베라 컬린
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-06-19
Also published as: US9359938B2; DE112012003677T5; WO2013059104A1; CN103827463B; KR101984705B1; US20140255245A1; JP2015502473A; CN103827463A

Abstract

탄화물 구조를 포함하는 오스테나이트 기재 구조를 가지는 철기 합금으로 이루어지는,특히 디젤 엔진에서, 터보차저 적용을 위한 구성요소가 설명된다.

Description

터보차저 및 이의 구성요소{TURBOCHARGER AND A COMPONENT THEREFOR}

본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른, 특히 디젤 엔진에서의터보차저 적용(application)을 위한 구성요소에 관한 것이며, 또한 청구항 7의 전제부에 따른 구성요소를 포함하는 배기가스터보차저에 관한 것이다.

배기가스터보차저는 피스톤 엔진의 힘(power)을 증가시키고자 하는 시스템이다. 배기가스터보차저에서, 배기 가스의 에너지는 힘을 증가시키기 위해 이용된다. 힘의 증가는 작동 행정당 혼합물의 처리량 증가의 결과이다.

터보차저는 샤프트 및 압축기를 구비한 배기가스 터빈을 필수 구성으로 하며, 엔진의 흡기관 내에 배치되는 압축기는 샤프트에 연결되고, 압축기 및 배기가스 터빈의 케이싱 내에 위치되는 블레이드 휠은 회전한다. 가변 터빈 구조(VTG)를 가지는 터보차저의 경우, 조정 블레이드는 부가적으로 블레이드 베어링 링 내에 회전가능하게 장착되고 터보차저의 터빈 케이싱 내에 배치된 조정 링에 의해 운동한다.

터보차저의 구성요소, 특히 터보차저의 운동학적 구성요소 또는 웨이스트게이트(wastegate) 구성요소, 또는 VTG 터보차저의 경우, 또한 VTG 터보차저의 VTG 구성요소의 재료에 대해서는극도로 높은 요구 수준이제기된다. 이러한 구성요소의 재료는 내열성이어야 하는데, 다시 말해 이 재료는 충분한 강도 및 이에 따라 약 1000℃이상까지의 매우 높은 온도에서조차 치수적 안정성이 여전히 제공되어야만 한다. 또한, 수백℃의 높은 작동 온도에서조차 재료에 대한 부식 또는 마모가 감소되고, 이에 따라 재료의 내성은극도의작동 상태 하에서 계속 보장되도록, 상기 재료는 높은 내마모성 및 또한 적절한 내산화성(oxidation resistance)을 가져야 한다.

DE 10 2004 062 564 A1호는 우수한 열적 안정성 및 낮은 미끄럼 마모를 가지는 터보차저를 위한 블레이드 베어링 링을 공개한다. 이러한 유형의 블레이드 베어링 링에서는 오스테나이트 재료, 구성요소의 윤활 작용을 개선하기 위한 높은 황 함량을 가지는 철기 합금(iron-based alloy)이 사용된다. 특정 조성에 의해, 재료의 크리프 저항성(creep resistance)이 증가되고, 이에 따라850℃ 초과 온도에서블레이드 베어링 링의 치수적 안전성이 증가된다.

이러한 견지에서, 본 발명의 목적은 개선된 온도저항성 및 내산화성을 가지고 이에 따라 또한 매우 우수한 치수적 안전성 및 고온 강도, 및 또한 크리프 강도, 파괴 강도 및 내식성을 가지며, 최적 마찰 특성을 특징으로 하고추가적으로 1020℃까지의 온도에서조차 마모에 대한 감소된 민감성을 보여주는, 청구항 1의 전제부에 따른 터보차저 적용을 위한 구성요소 및 또한 청구항 7의 전제부에 따른 터보차저를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1 및 청구항 7의 특징에 의해 달성된다.

재료의 개선된 온도 저항성 및 특히 개선된 미끄럼 마모 특성 및 재료의 산화 경향의 감소는, 특정 탄화물 구조를 포함하는 오스테나이트 기재 구조를 가지는 철기 합금으로 이루어지는 터보차저 적용을 위한 구성요소의 형태 또는 이 같은 구성요소를 포함하는 배기가스터보차저의 형태로, 본 발명에 따른 구현예에 의해 달성된다. 또한, 재료의 크리프 강도 및 또한 파괴 강도도 증가된다. 본 발명의 맥락에서 볼 때, 탄화물 구조는 이 경우 오스테나이트 철기 합금의 결정(grain) 내에서 그리고 결정 입계(grain boundary)에서 형성되는 미세 구조의 탄화물 석출 상(precipitation phase)을 의미하는 것으로 이해된다. 탄화물 구조는 특히 수지상의 미세 구조이며, 이의 결과로서 변형 및 마모에 대한 재료 및 이에 따른 구성요소의 매우 우수한 내성이 또한 달성된다. 따라서, 1020℃까지의 뛰어난온도 저항성을 가지고 또한 높은 고온 강도를 가지며 높은 내마모성, 내산화성 및 내식성을 가지며 그리고 또한 특히 높은 작동 온도에서 매우 우수한 크리프 강도 및 파괴 강도를 갖춘 매우 우수한 미끄럼 특성을 특징으로 하는 터보차저 적용을 위한 구성요소, 또는 본 발명에 따른 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 배기가스터보차저가 제공된다. 여기서 언급된 터보차저 적용을 위한 구성요소 또는 배기가스터보차저의 특성은 1020℃까지의 온도에서 연속으로작동하는 동안에조차, 구성요소 또는 터보차저의 사용 기간내내 달성된다.

이론에 구속되지 않고, 탄화물 구조, 즉 오스테나이트 철기 합금 내의 탄화물 석출의 존재는 합금 재료의 안정성 및 이에 따른 특히 마찰 마모에 대한 구성요소의 안정성, 및 또한 이러한 독특한 구조 때문에 구성요소의 고온 강도를 상당히 증가시킨다는 것이 추정된다.

예를 들면, 본 발명에 따른 철기 합금, 즉 구성요소를 형성하는 탄화물 구조를 가지는 오스테나이트 철기 재료, 및 이에 따른 본 발명에 따른 구성요소는, 20MPa의 접촉 압력, 0.0025m/s의 미끄럼 속도, 약 1020℃의 구성요소 온도 및 2,000,000사이클을 고려할 때, 직경 0.08mm의 최대 미끄럼 마모율, 즉 마찰 마모에 대한 매우 우수한 내성을 특징으로 한다. 또한, 철기 합금, 및 이에 따라 철기 합금으로 형성된 터보차저 적용을 위한 구성요소의 고온 강도, 치수적 안정성, 크리프 강도 및 파괴 강도 및 또한 내산화성 및 고온 성능이 또한 개선된다.

종속 청구항은 본 발명의 유리한 개선에 관련된다.

이에 따라, 일 구현예에서, 1020℃까지의 높은 작업 온도에서조차 구성요소의 마모 특성, 즉 특히 마찰 마모에 대한 구성요소의 내성, 및 또한 구성요소의 고온 강도 및 내식성은 본 발명에 따라 구성요소를 형성하는 오스테나이트 철기 합금 내의 원소 텅스텐(W), 크롬(Cr) 및 니오븀(Nb) 중 적어도 한 원소의 사용에 의해 상당히 개선될 수 있다. 이러한 경우, 원소 W, Cr 및 Nb는 실질적으로 오스테나이트 철기 합금에서 본 발명에 필수적인 탄화물 구조를 형성하는데, 이 탄화물 구조는 높은 작동 온도에서 매우 우수한 마모 성능에 부가하여, 또한 고온에서의 재료의 내산화성 및 이에 따라 본 발명에 따른 구성요소의 내산화성을 증가시킨다.

추가 구현예에서, 터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 구성요소는, 구성요소를 형성하는 철기 합금이 C, Cr, W, Nb, Mn, V, Ni 및 Si로부터 선택된 원소들 중 적어도 하나의 원소를 포함한다는 사실을 특징으로 한다. 이 원소들 중 적어도 한 원소의 존재는, 이 같은 원소 또는 이 원소들의 조합이 철기 합금을 제조하기 위해 사용되고, 이 철기 합금은 추후에 본 발명에 따른 구성요소를 형성하기 위해 처리된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 철기 합금에 부가된 원소는 여기서 원소의 원래 형태, 즉 원소 형태로, 예를 들면 함유 또는 석출 상의 형태로, 그렇지 않으면 이의 유도체의 형태로, 즉, 대응 원소의 화합물의 형태로, 예를 들면 금속 탄화물 또는 금속 질화물로서 존재할 수 있는데, 이는 철기 합금의 제조 동안에 또는 그렇지 않으면 철기 합금으로부터 제조되는 본 발명에 따른 구성요소를 형성할 때에 형성한다. 원소의 존재는 이 경우 본 발명에 따른 구성요소에서 종래의 분석 방법에 의해 직접 검출될 수 있다.

원소 탄소는 여기서 주로 본 발명에 필수적인 탄화물 구조, 즉 탄화물 석출 상을 형성하기 위해서 이용되며, 이에 따라 재료의 강도 및 재료의 고온 강도, 및 이에 따라 터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 구성요소의 강도 및 고온 강도를 상당히 향상시킨다. 크롬의 사용은 재료의 고온 인장 강도 및 스케일링 저항성(scaling resistance)을 증가시킨다. 크롬은 또한 강한 탄화물 형성자이며, 따라서 재료의 마모 특성 및 이에 따라 본 발명에 따른 구성요소의 마모 특성이 또한 이에 의해 최적화된다. 터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 구성요소를 형성하는 오스테나이트 철기 합금에 원소 크롬을 사용하는 것은, 또 다른 장점: 특히 본 발명에 따른 구성요소의 작동 상태 하에서, 즉 특히 1020℃까지의 높은 배기가스 온도의 작용 하에서, 크롬이 또한 구성요소의 표면상에 열적 부하 하에서의 마찰 마모 및 미끄럼 마모에 대한 철기 합금의 내성, 및 이에 따른 본 발명에 따른 구성요소의 내성을 효과적으로 증진하는 Cr₂O₃표면 층, 즉 산화물 표면 층을 형성한다는 장점을 가진다. 원소 텅스텐은 또한 강한 탄화물 형성자이며, 특히 탄화물 구조의 형성의 결과로서 재료의 고온 강도 및 내마모성을 증가시키며 재료의 인성(toughness)을 증가시키는데 기여한다. 크롬과 텅스텐의 조합, 및 적절한 경우몰리브덴(Mo)의 추가 부가는 특히 산성 매체 내의 재료의 내식성 및 또한 고온 부식 성능을 상당히 향상시키는 것을 가능하게 한다. 또한 탄소, 크롬 및 텅스텐, 니오븀도 탄화물 형성자이며 이에 따라 본 발명에 필수적인 결정 내에서 및 결정 입계에서 오스테나이트 철기 합금의 탄화물 구조를 증진한다. 이는 부가로, 철기 합금 및 이에 따라 철기 합금으로부터 형성되는 터보차저 적용을 위한 구성요소의 고온 강도 및 크리프 강도를 증가시키는데 기여한다. 니오븀은 오스테나이트 형성을 더욱증진하고 본 발명에 따른 철기 합금의 감마 구역(gamma region)을 감소시키며, 따라서 조절 방식으로 사용될 수 있다. 망간의 사용은 환원 효과를 가진다. 망간의 이용은 오스테나이트 철기 합금의 감마 구역을 확대하여 재료의 항복 강도 및 인장 강도를 증가시킨다. 또한 망간은 특히 높은 작동 온도에서 구성요소의 내마모성을 증진한다. 바나듐은 주 결정의 제조 동안 본 발명에 따른 철기 합금의 주 결정을 정제하며 이에 따라 주 결정의 주조 구조를 정제한다. 바나듐은 철기 합금의 균질성을 개선하고 재료의 보다 높은 접촉 동압을 가능하게 하는 높은 정도의 결정립미세화(grain refinement)를 달성한다. 니켈은 오스테나이트 구조를 안정화하고 철기 합금의 고온 안정성 및 고온 가스 성능을 달성하는 것을 가능하게 한다. 또한, 니켈은 면심 입방 구조를 안정화하여, 이음매 없는 고용체 형성이 면심 입방 상에서 발생할 수 있다. 추가로, 고온 강도는 또한 니켈의 부가에 의해 600℃ 초과의 온도에서 확실히 개선된다. 동시에, 크롬 및 몰리브텐과 관련하여 원소 니켈은 산성 매체 내에서의 내식성을 개선한다. 규소는 주조 동안 융용물의 점성을 감소시킴으로써 철기 합금의 주조 특성을 증진한다. 또한, 본 발명에 따른 재료 내의 규소는 환원을 증진하고, 이에 따라 합금에이원소를 부가하는 것은 고온에서의 내식성을 확실히 개선한다. 원소를 적절히 선택하여 조합함으로써, 철기 합금의 특성은 이에 따라 선별 방식으로(in a targeted manner) 제어될 수 있어, 터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 구성요소 및 이에 따라 또한 본 발명에 따른 배기가스터보차저는 특히 균형잡힌특성 프로파일을 가진다. 추가 원소 및 화합물이 철기 합금 내로 도입될 수 있다.

추가 구현예에 따라, 터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 구성요소는 실질적으로0.1 내지 0.5중량%, 특히 0.25 내지 0.4중량%의 탄소(C), 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%의 크롬(Cr), 최대 1.3중량%, 특히 최대 1중량%의 망간(Mn), 0.5 내지 1.8중량%, 특히 0.7 내지 1.5중량%의규소(Si), 0.5 내지 2.0중량%, 특히 0.8 내지 1.5중량%의 니오븀(Nb), 0.8 내지 4.0중량%, 특히 1.0 내지 3.5중량%의 텅스텐(W), 0 내지 1.8중량%, 특히 0 내지 1.5중량%의 바나듐(V), 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%의 니켈(Ni), 및 잔부(remainder)로서의 철(Fe)과 같은 원소를 포함한다는 사실을 특징으로 한다. 각각의 경우 양의 표시는 여기서 본 발명에 따른 구성요소를 형성하는 철기 합금의 전체 중량에 관련된다. 이미 설명한 바와 같이, 상기 원소의 존재는 이 원소가 철기 합금 내에서 및 이에 따라 터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 구성요소 내에서 원소 형태로 및 또한 원소 화합물 중 하나의 형태로도 존재할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본구현예에서, 실질적으로 상술된 원소들은 표시된 양으로 본 발명에 따른 구성요소 내에 존재한다. 이는 비록 불가피한 불순물이 바람직하게는 철기 합금의 전체 중량을 기초로 하여 2중량% 미만 및 특히 1중량% 미만을 구성하더라도, 이와 같은 불가피한 불순물이 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우 불가피한 잔여물 또는 불순물은 예를 들면 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 세륨(Ce), 붕소(B), 인(P) 및 황(S)을 포함한다. 개별 원소들의 양은 이 경우 본 발명에 따른 구성요소에서 종래의 원소 분석 방법에 의해 직접 검출될 수 있다.

놀랍게도, 정확하게 설명된 조합은 터보차저 적용을 위한 구성요소를 형성하도록 처리될 때에, 특히 균형잡힌특성 프로파일을 상기 구성요소에 제공하는 재료, 즉 철기 합금을 제공한다. 본 발명에 따른 이러한 조성은 특히 높은 고온 강도, 1020℃까지의 온도 저항성, 및 이에 따라 고온에서의 치수적 안정성을 가지며 뛰어난 미끄럼 특성 및 이에 따른 특히 낮은 미끄럼 마모를 특징으로 하는 구성요소를 제공한다. 또한, 대응하는 구성요소 상에서터보차저의 작동 동안의 작용으로서, 특히 높은 작동 온도에서 크리프 강도 및 파괴 강도, 내식성 및 내산화성이 최대화된다.

따라서, 이러한 방식으로 제조되고 본 발명에 따른 구성요소를 형성하는 재료는 아래의 특성을 가진다:

본 발명의 추가 구현예에 따라, 터보차저 적용을 위한 구성요소는 실질적으로 시그마 상(sigma phase)이 없다. 이는 특히 1000℃까지 그리고 심지어 1020℃까지 본 발명에 따른 구성요소의 작동에 적용된다. 이는 재료의 취성에 효과적으로 대응하며, 그 결과 구성요소의 내구성이 증가한다. 시그마 상은 높은 경도의 취약한 금속간 상(intermetallic phase)이다. 시그마 상은 원자 반경이 단지 약간의 차이만을 가지고 일치하는 체심 입방 금속과 면심 입방 금속이 서로 충돌할 때에 발생한다. 이러한 유형의 시그마 상이 취성 작용을 하기 때문에 그리고 또한 크롬을 빼내는 철 매트릭스(iron matrix)의 특성 때문에 이러한 유형의 시그마 상은 바람직하지 않다. 본 발명에 따른 철기 합금 및 이에 따라 또한 본 발명에 따른 구성요소는 실질적으로 시그마 상이 없어서, 여기서 설명된 바람직하지 않은 효과들이 나타나지 않는다. 시그마 상형성의 감소 또는 방지는, 특히 본 발명에 따른 철기 합금의 원소들의 선별된 선택에 의해서 제어되고, 특히 합금 재료 내의 규소 함량이 각각의 경우 철기 합금의 전체 중량을 기초로 하여 최대 1.8중량% 및 바람직하게는 최대 1.5중량%라는 점에서 달성된다.

따라서, 본 발명에 따르면,뛰어난 마모 성능, 즉 1020℃까지의 고온에서조차나타나는 높은 미끄럼 내마모성, 높은 고온 강도 및 치수적 안정성에 의해 그리고 또한 우수한 내산화성, 크리프 강도 및 파괴 강도 및 내식성에 의해 구별되는 터보차저 적용을 위한 구성요소가 설명된다. 이러한 뛰어난 특성들에 의해, 본 발명에 따른 구성요소는 1020℃까지의 고온 및/또는 높은 수준의 마찰에 노출되는 터보차저 적용을 위한 구성요소에 특히 적합하다. 예시적인 구성요소는 운동학적 구성요소, 웨이스트게이트 구성요소 및 VTG 구성요소, 및 특히 VTG 구성요소 및 플랩 장착 부품을 포함한다.

오스테나이트 철기 합금은 종래의 공정에 의해 터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 구성요소를 형성하도록 생산 및 처리될 수 있다. 치수적 안정성을 보장하도록, 에이지-어닐링(age-annealing)이 약 2시간 동안 900℃에서 수행될 수 있으며 후속적으로 공기 냉각되어, 2차 석출물을 생성한다. 상기 재료는 TIG, 플라즈마 및 EB 용접 공정에 의해 용접될 수 있다.

독립적으로 다루어질 수 있는 대상으로서, 청구항 7은 이미 설명된 바와 같이 오스테나이트 기재 구조를 가지는 철기 합금으로 이루어지고 탄화물 구조를 포함하는 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 배기가스터보차저를 규정한다.

본 발명에 따른 구성요소의 유리한 구현예들은 또한 본 발명에 따른 배기가스터보차저의 구현예들에서도 적용 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스터보차저의 사시도로서, 부분적으로 단면으로 도시된 도면이다.

도 1은 터빈 케이싱(2) 및 베어링 케이싱(28)을 경유하여 터빈 케이싱에 연결되는 압축기 케이싱(3)을 가지는 본 발명에 따른 터보차저(1)를 보여준다. 케이싱(2, 3 및 28)은 회전 축선(R)을 따라 배치된다. 블레이드 베어링 링(6) 및 상기 링에 의해 형성되고 원주에 걸쳐 분포되었으며 로터리 액슬(8)을 갖는 복수의 조정 블레이드(7)를 가지는 반지름방향 외측 안내 격자(18)(guide grate)의 배치를 예시하기 위하여,터빈 케이싱은 부분적으로 단면으로 도시된다. 이러한 방식으로, 조정 블레이드(7)의 위치에 따라 더 크거나 더 작은 그리고 회전 축선(R) 상의 중앙에 위치된 터빈 회전자(4)에 엔진으로부터의 배기 가스로 더 많거나 더 적은 정도까지 작용하는 노즐 횡단면이 형성되며, 상기 배기 가스는터빈 회전자(4)를 이용하여 동일한 샤프트 상에 안착된 압축기 회전자(17)를 구동시키기 위하여 공급 덕트(9)를 경유하여 공급되고 중앙 연결 피스(10)를 경유하여 방출된다.

조정 블레이드(7)의 운동 또는 위치를 제어하기 위하여, 작동 장치(11)가 제공된다. 이는 임의의 원하는 방식으로 설계될 수 있지만, 바람직한 구현예는블레이드 베어링 링(6) 뒤에 위치된 조정 링(5) 상에서 태핏 부재(14)의 운동을 상기 블레이드 베어링 링의 경미한 회전 운동으로 변환시키기 위하여, 제어 케이싱(12)에 체결되는 상기 태핏 부재의 제어 운동을 제어하는 제어 케이싱을 구비한다. 조정 블레이드(7)를 위한 자유 공간(13)은 터빈 케이싱(2)의 고리형 부품(15)과 블레이드 베어링 링(6) 사이에 형성된다. 이러한 자유 공간(13)이 보장될 수 있도록, 블레이드 베어링 링(6)은 스페이서(16)를 가진다.

또한, 본 발명에 따르면, 탄화물 구조를 포함하며 특히 실질적으로 아래의원소들을 포함하는 오스테나이트 기재 구조를 가지는 철기 합금이 설명된다:

C: 0.1 내지 0.5중량%, 특히 0.25 내지 0.4중량%,

Cr: 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%,

Mn: ≤1.3중량%, 특히 ≤1중량%,

Si: 0.5 내지 1.8중량%, 특히 0.7 내지 1.5중량%,

Nb: 0.5 내지 2.0중량%, 특히 0.8 내지 1.5중량%,

Ni: 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%,

W: 0.8 내지 4.0중량%, 특히 1.0 내지 3.5중량%,

V: 0 내지 1.8중량%, 특히 0 내지 1.5중량%, 및

Fe: 100중량%까지.

이 같은 철기 합금은 연속 작동 동안 약 1000℃의 고온에서조차 높은 고온 강도, 우수한 내식성, 크리프 강도 및 파괴 강도, 및 또한 내산화성 및 저 마모율을 특징으로 한다. 이 같은 오스테나이트 재료는 예를 들면 터보차저적용을 위한 구성요소와 같은, 고온 및 높은 수준의 마찰에 영구적으로 노출되는 구성요소에 대해 특히 적합하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

- 실시예 -

달리 특정되지 않는 한, 개별 원소의 양의 표시는 각각의 경우 철기 합금의 전체 중량에 관련된다.

터보차저 적용을 위한 본 발명에 따른 복수의 구성요소, 특히 플랩 샤프트, 플랩 판 및 부시를 형성하는 철기 합금은 통상적인 공정에 의해 아래 원소들로부터 제조되었다. 화학적 분석은 각각의 원소에 대하여 아래의 값을 산출했다: C: 0.25 내지 0.4중량%, Cr: 24 내지 26중량%, Mn: 1중량% 미만, Si: 0.7 내지 1.5중량%, Nb: 0.8 내지 1.5중량%, W: 1.0 내지 3.5중량%, V: 0 내지 1.5중량%, Ni: 24 내지 26중량%, 및 잔부로서의철. 추가로, Al, Zr, Ce, B, P 및 S의 불가피한 잔여물은 1중량% 미만의 비율로 미량으로 발견되었다.

본실시예에 따라 제조된 구성요소는 아래 특성들을 특징으로 하였다:

상기 재료는 아래 시험을 포함하는 일련의 확인 시험을 받았다:

-야외 풍화 시험

-기후 변화 시험

-열 충격 시험/사이클 시험 - 300h

-분해 노(cracking furnace)에서 고온-가스 부식 시험

-DIN EN ISO 3651-2에 따른 슈트라우스 시험(Strauss test)

-작동 온도(1020℃)에서 마찰계:부시/샤프트에 대한 진동 마찰 마모 시험

각각의 구성요소는모든 시험에서 작용하는 힘에 대한 뛰어난 내성을 특징으로 하였다. 따라서, 상기 재료가극도로 높은 내마모성 및 뛰어난내산화성(최대 산화율:30㎛)을 가짐으로써, 재료에 대한 부식 및 마모/마찰 마모는 표시된 상태 하에서 상당히 감소되었으며, 따라서 재료 및 이에 따라 또한 이 재료로부터 형성된 구성요소의 내성 및 또한 크리프 강도 및 파괴 강도가 장시간에 걸쳐 계속 보장되었다.

열 사이클 시험:

본 발명에 따른 구성요소(샤프트/부시)는 열 충격이 아래와 같이 수행되는 열 사이클 시험을 받았다:

1. 정지된 회전자의 사용;

2. 2-EGT 작동;

3. 시험 지속 시간: 350h(대략 2000 사이클);

4. 시험 내내, EGT의 배기 가스 플랩은 15°만큼 개방 유지;

5. 고온: 정격 출력 지점 T3 = 750℃, 터빈 측의 질량 유동 EGT: 0.5kg/s;

6. 저온: T3 = 100℃, 터빈 측의 질량 유동 EGT: 0.5kg/s;

7. 사이클 지속 시간: 2 x 5분(10분);

8. 3개의 중간 균열 시험이 수행된다.

아래의 부하 집단을 고려할 때, 본 발명에 따른 각각의 구성요소(샤프트/부시)는 1020℃의 구성요소 온도에서 낮은 고온 산화, 즉 최대 40㎛, 특히 최대 30㎛의 산화율을 특징으로 하였다;

상기 표에 표시된 결과는 본 발명에 따른 구성요소가 이상적으로 1020℃까지의 온도 범위에서 터보차저 적용에 적합하다는 사실을 확인시켜준다.

1: 터보차저
2: 터빈 케이싱
3: 압축기 케이싱
4: 터빈 회전자
5: 조정 링
6: 블레이드 베어링 링
7: 조정 블레이드
8: 피봇 액슬
9: 공급 덕트
10: 축방향 연결 피스
11: 작동 장치
12: 제어 케이싱
13: 안내 블레이드(7)용 자유 공간
14: 태핏 부재
15: 터빈 케이싱(2)의 고리형 부품
16: 스페이서/스페이서 캠
17: 압축기 회전자
18: 안내 격자
28: 베어링 케이싱
R: 회전 축선

Claims

탄화물 구조를 포함하는 오스테나이트 기재 구조를 가지는 철기 합금으로 이루어지는, 특히 디젤 엔진에서, 터빈 과급기 적용을 위한 구성요소.
제1항에 있어서,
W, Cr 및 Nb로부터 선택된 원소들 중 적어도 하나의 원소를 포함하는, 터빈 과급기 적용을 위한 구성요소.
제1항 또는 제2항에 있어서,
C, W, Cr, Mn, Ni, V, Nb 및 Si로부터 선택된 원소들 중 적어도 하나의 원소를 포함하는, 터빈 과급기 적용을 위한 구성요소.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
실질적으로 아래 원소들:
C: 0.1 내지 0.5중량%, 특히 0.25 내지 0.4중량%,
Cr: 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%,
Mn: ≤n.3중량%, 특히 ≤3중량%,
Si: 0.5 내지 1.8중량%, 특히 0.7 내지 1.5중량%,
Nb: 0.5 내지 2.0중량%, 특히 0.8 내지 1.5중량%,
Ni: 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%,
W: 0.8 내지 4.0중량%, 특히 1.0 내지 3.5중량%,
V: 0 내지 1.8중량%, 특히 0 내지 1.5중량%, 및
Fe: 100중량%까지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터빈 과급기 적용을 위한 구성요소.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
실질적으로 시그마 상(sigma phase)이 없는 것을 특징으로 하는, 터빈 과급기 적용을 위한 구성요소.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구성요소는 운동학적 구성요소 및/또는 웨이스트게이트(wastegate) 구성요소 및/또는 VTG 구성요소, 특히 VTG 구성요소 및/또는 플랩 장착 부품인 것을 특징으로 하는, 터빈 과급기 적용을 위한 구성요소.
탄화물 구조를 포함하는 오스테나이트 기재 구조를 가지는 철기 합금으로 이루어지는 적어도 하나의 구성요소를 포함하는, 특히 디젤 엔진을 위한 배기가스터보차저.
제7항에 있어서,
상기 구성요소는 W, Cr 및 Nb로부터 선택된 원소들 중 적어도 하나의 원소, 특히 C, W, Cr, Mn, Ni, V, Nb 및 Si로부터 선택된 원소들 중 적어도 하나의 원소를 포함하는, 배기가스터보차저.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 구성요소는 실질적으로 아래 원소들:
C: 0.1 내지 0.5중량%, 특히 0.25 내지 0.4중량%,
Cr: 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%,
Mn: 20중량%, 특히 ≤ 1중량%,
Si: 0.5 내지 1.8중량%, 특히 0.7 내지 1.5중량%,
Nb: 0.5 내지 2.0중량%, 특히 0.8 내지 1.5중량%,
Ni: 20 내지 28중량%, 특히 24 내지 26중량%,
W: 0.8 내지 4.0중량%, 특히 1.0 내지 3.5중량%,
V: 0 내지 1.8중량%, 특히 0 내지 1.5중량%, 및
Fe: 100중량%까지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기가스터보차저.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구성요소는 실질적으로 시그마 상이 없는 것을 특징으로 하는, 배기가스터보차저.