WO2020100550A1 - ＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法およびＴｉＡｌ合金製翼車 - Google Patents

ＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法およびＴｉＡｌ合金製翼車 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a TiAl alloy impeller and a TiAl alloy impeller.
  • Patent Document 1 discloses manufacturing a turbine wheel of a turbocharger by casting a TiAl alloy.
  • the turbine wheel has a hub rotatable about a rotation axis and a plurality of turbine blades connected to the hub.
  • the outer edge in the radial direction of the turbine is formed to be the thinnest in order to improve efficiency.
  • a TiAl alloy is selected as the material of the impeller and a impeller having a blade corresponding to the required shape is manufactured by casting, defects such as chipping on the outer edge of the blade in the cast product occur, and the yield is increased. Will fall.
  • the impeller made of a TiAl alloy is manufactured by other methods such as forging, metal powder injection molding method (MIM), laser powder build-up method (LMD), etc., the processing accuracy of each manufacturing method, etc. Due to the above restriction, the thickness of the outer edge portion of the blade becomes larger than the required value as in the case of manufacturing by casting.
  • MIM metal powder injection molding method
  • LMD laser powder build-up method
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method of a TiAl alloy impeller and a TiAl alloy impeller capable of forming a blade of a TiAl alloy impeller to a thinness corresponding to a required value while improving productivity. ..
  • the method for manufacturing a TiAl alloy impeller according to the present invention is a method for manufacturing a TiAl alloy impeller used for a vehicle turbocharger.
  • This method for manufacturing a TiAl alloy impeller is a rough material for a TiAl alloy impeller, and has a shaft portion that rotates around a rotation axis and a plurality of blades connected to the shaft portion, Of the blades of the plurality of blades, the thickness of the outer edge portion in the radial direction of the shaft portion is set to be larger than the thickness of the outer edge portion of each blade of the final product, the rough material is prepared A rough material preparing step and an additional processing step of performing additional processing on each of the blades of the rough material. In the additional processing step, on one surface of a portion including at least the outer edge portion of each of the blades, or both of the blades so that the outer edge portion in the radial direction of the shaft portion is thin. Perform additional machining on the surface.
  • additional processing is performed on one surface of a portion including at least the outer edge portion of each blade of the rough material of the TiAl alloy impeller prepared in the rough material preparing step, or on both surfaces.
  • the rough material preparation step prepare one in which the thickness of the portion including the outer edge portion of each blade is larger than the thickness of the required shape, and perform additional machining to change the thickness of the portion including the outer edge portion to the required shape. It is possible to make the thickness. Therefore, it becomes possible to manufacture a TiAl alloy impeller having a blade corresponding to a required shape while improving productivity.
  • the rough material formed by precision casting may be prepared.
  • the blade is additionally processed so that the casting surface remains on at least a part of the surface of each blade.
  • the rough material formed by forging may be prepared.
  • the rough material formed by metal powder injection molding may be prepared.
  • the rough material formed by the laser powder overlay method may be prepared.
  • the surface of one side of each blade of the rough material is a concave surface that is recessed so as to be convex in the circumferential direction of the shaft portion, and the surface of the other side of each blade of the rough material is It is a convex surface that bulges so as to be convex in the circumferential direction of the shaft portion.
  • additional processing may be performed only on the concave surface of the portion including the outer edge portion of each blade.
  • additional processing may be performed only on the convex surface of the portion including the outer edge portion of each blade.
  • additional processing may be performed on both the concave surface and the convex surface of the portion including the outer edge portion of the concave surface of each blade.
  • each blade has one side edge portion located on one side in the axial direction of the shaft portion.
  • the portion including the outer edge portion is a portion of the blade from the outer edge portion to a portion located on the shaft portion side by a length that is 1 ⁇ 3 of the length of the one side edge portion. It may be a part.
  • the portion including the outer edge portion is, of the blade, a straight line parallel to the rotation axis, and the one side edge portion from the outer end portion of the blade in the radial direction of the shaft portion.
  • it may be an outer portion in the radial direction of the shaft portion with respect to a straight line passing through a portion positioned on the shaft portion side by a length that is half the length of the one side edge portion.
  • the additional machining may be cutting.
  • the additional machining may be electrolytic machining.
  • the method for manufacturing the TiAl alloy impeller further includes a surface treatment step of performing a fluorination treatment on the surface of the TiAl alloy impeller after the additional machining step after the additional machining step.
  • the TiAl alloy impeller according to the present invention is made of TiAl alloy and is a TiAl alloy impeller mounted on a vehicle turbocharger.
  • This TiAl alloy impeller rotates around a rotation axis and has a shaft portion having a shape that gradually expands in diameter from one side to the other side in the rotation axis direction, and a plurality of sheets connected to the shaft portion. And a blade.
  • the shaft portion and the plurality of blades are integrally formed castings.
  • Each blade of the plurality of blades includes an outer edge portion that is an outer edge portion in the radial direction of the shaft portion. A portion of each of the blades including the outer edge portion has a processed surface.
  • each of the blades further has a casting surface made of a casting surface.
  • the thickness of the portion of each blade having the processed surface is smaller than the thickness of the portion of the blade having the casting surface.
  • the casting surface and the processed surface are continuously connected.
  • FIG. 2 is a side view of a TiAl alloy impeller manufactured by performing an additional process on the rough material shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a blade of the TiAl alloy impeller shown in FIG. 3. It is a figure which shows the modification of the site
  • This manufacturing method of the TiAl alloy impeller includes a rough material preparing step of preparing the rough material 1 of the TiAl alloy impeller, and an additional machining step of subjecting the rough material 1 to additional machining.
  • the TiAl alloy impeller 2 manufactured by the present manufacturing method is used, for example, for a turbocharger impeller (turbine wheel or compressor wheel) mounted on a vehicle.
  • FIG. 1 is a side view of a rough material of a TiAl alloy impeller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the rough material shown in FIG. That is, FIG. 1 and FIG. 2 show the rough material 1 of the TiAl alloy impeller prepared in the rough material preparing step. 1 and 2, a turbine wheel is illustrated as the rough material 1 of the TiAl alloy impeller.
  • the rough material 1 of the TiAl alloy impeller is prepared.
  • This rough material 1 is a TiAl alloy casting, a TiAl alloy precision casting (lost wax precision casting), a TiAl alloy forging, a TiAl alloy metal powder injection molding (MIM), a TiAl alloy laser powder build-up method (LMD). ) And a TiAl alloy are sintered.
  • the rough material 1 formed by precision casting of a TiAl alloy will be described as an example.
  • a material having an Al content of 30 wt% to 48 wt% is used as the TiAl alloy.
  • the rough material (cast product in this embodiment) 1 has a shaft portion 10 and a plurality of blades 20.
  • the shaft portion 10 and the plurality of blades 20 are made of integrally formed casting.
  • the shaft portion 10 is rotatable around the rotation axis A.
  • the shaft portion 10 has a shape in which the diameter gradually increases from one side (upper side in FIG. 1) in the rotation axis direction toward the other side (lower side in FIG. 1).
  • a disc portion 12 formed on the disc is connected to the other end of the shaft portion 10.
  • a connecting portion 14 connected to a rotor shaft (not shown) is connected to the disc portion 12.
  • Each blade 20 is connected to the shaft portion 10.
  • Each blade 20 has a shape that is curved so as to be convex on one side in the circumferential direction of the shaft portion 10.
  • the surface on one side of each blade 20 is a concave surface 24 that is concave so as to be convex in the circumferential direction of the shaft portion 10.
  • the surface on the other side of each blade 20 is a convex surface 26 that bulges to be convex in the circumferential direction of the shaft portion 10.
  • the concave surface 24 of the rough material 1 is formed by a casting surface 24a made of casting surface
  • the convex surface 26 of the rough material 1 is formed by a casting surface 26a made of casting surface.
  • Each blade 20 has an outer edge portion 21 and one side edge portion 22.
  • the outer edge portion 21 is an outer edge portion of each blade 20 in the radial direction of the shaft portion 10.
  • the thickness t1 of the outer edge portion 21 is set to be larger than the thickness t2 of the outer edge portion 21 of each blade 20 of the final product TiAl alloy impeller 2 (see FIG. 3). ..
  • the thickness t1 of the outer edge portion 21 of the rough material 1 is preferably set to 0.8 mm to 2.0 mm. In this embodiment, the thickness t1 of the outer edge portion 21 of the rough material 1 is set to 1.2 mm.
  • the height H of the outer edge portion 21 in the direction parallel to the rotation axis A is set to 18.7 mm.
  • the thickness t1 and the height H of the outer edge portion 21 are not limited to these values.
  • the one side edge portion 22 is an edge portion on one side (upper side in FIG. 1) of each blade 20 in the axial direction of the shaft portion 10.
  • the one side edge portion 22 has a shape extending from the outer peripheral surface of the shaft portion 10 toward the outer edge portion 21.
  • the length L1 of the one side edge portion 22 in the radial direction of the shaft portion 10 is set to 15 mm.
  • the length L1 of the one side edge portion 22 is not limited to this value.
  • FIG. 3 is a side view of a TiAl alloy impeller manufactured by subjecting the rough material shown in FIG. 1 to additional machining.
  • a pattern is attached to a portion to be additionally processed.
  • additional processing is performed on one surface of each blade 20 including at least the outer edge portion 21 or on both surfaces so that the outer edge portion 21 of each blade 20 becomes thin.
  • only the convex surface 26 of a portion of each blade 20 including at least the outer edge portion 21 is additionally processed.
  • only the concave surface 24 of each blade 20 including at least the outer edge portion 21 or both surfaces of each blade 20 including at least the outer edge portion 21 may be additionally processed.
  • the length L2 in the radial direction of the shaft portion 10 of the portion of each blade 20 to be additionally processed is, for example, 1/3 of the length L1 of the one side edge portion 22. Is set.
  • the additional work performed in the additional work process is, for example, cutting work. This cutting process is performed by an end mill or the like.
  • the additional processing may be electrolytic processing. In the electrolytic processing, the rough material 1 is used as a positive pole and the tool is used as a negative pole, and a DC voltage is applied while flowing the electrolytic solution between the blade 20 and the tool facing the part to be additionally processed. It is done by multiplying.
  • the thickness t2 of the outer edge portion 21 after additional machining is preferably set to 0.4 mm to 0.7 mm, for example. In this embodiment, the thickness t2 is set to 0.6 mm.
  • the part of the convex surface 26 that has been additionally processed constitutes the processed surface 26b.
  • the surface state of the processed surface 26b is different from that of the cast surface 26a.
  • the surface roughness of the processed surface 26b is smaller than the surface roughness of the casting surface 26a.
  • the surface roughness Ra of the processed surface 26b is, for example, about 0.2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the blade of the TiAl alloy impeller shown in FIG. This cross section is a cross section in a plane orthogonal to the rotation axis A. As shown in FIG. 4, the casting surface 26a and the processed surface 26b are continuously connected. In addition, in FIG. 4, the cross-sectional shape of the blade 20 before additional processing is shown by a chain double-dashed line.
  • the outer edge portion 21 of each blade 20 of the rough material 1 of the TiAl alloy impeller prepared in the rough material preparing step is thicker than the required shape, and the additional machining is performed.
  • the thickness of the portion including the outer edge portion 21 can be set to the required shape. Therefore, it becomes possible to manufacture the TiAl alloy impeller 2 having the blade 20 corresponding to the required shape while improving the productivity.
  • the blade 20 is additionally processed so that the casting surface remains on at least a part of the surface of each blade 20. Therefore, the area to be additionally processed is reduced. Therefore, the additional work is simplified.
  • the performance of the TiAl alloy impeller 2 is enhanced by performing additional processing only on the concave surface 24 of the portion including the outer edge portion 21 of each blade 20.
  • the convex surface 26 of each blade 20 is less susceptible to the influence of exhaust gas, in the step of performing the additional processing, by performing the additional processing only on the convex surface 26 of the portion including the outer edge portion 21 of each blade 20, The reliability of the TiAl alloy impeller 2 is increased.
  • additional processing is performed on both the concave surface 24 and the convex surface 26 of the portion including the outer edge portion 21 of each blade 20, so that the interval between the blades 20 can be made more uniform. Become.
  • the length L2 in the radial direction of the shaft portion 10 of the portion of the blade 20 to be additionally processed is 1 of the length L1 of the one side edge portion 22 in the same direction. Since it is set to / 3, both the increase in the yield of the rough material (cast product) 1 and the simplification of the additional machining (improvement of productivity) are achieved.
  • the rough material preparing step of the above-described embodiment when the rough material 1 is formed by forging, first, the cylindrical work is heated, and the heated work is forged, whereby the thickness of the outer edge portion 21 is increased.
  • the rough material 1 having the blades 20 whose thickness t1 is larger than the thickness t2 of the outer edge portion 21 of each blade 20 of the TiAl alloy impeller 2 which is the final product is formed. This suppresses cracking of the blade 20 due to forging.
  • the deformation allowance of the blade 20 at the time of sintering serves as the allowance in the additional machining process, so that the yield is improved.
  • the shaft portion 10 is formed by machining (casting or forging) TiAl alloy, and each blade 20 is formed by the laser powder surfacing method. Is preferably formed. Specifically, the shaft portion 10 is melted by a laser, and a powder made of a TiAl alloy is sprayed and sprayed on the melting portion to form each blade 20.
  • FIG. 5 is a figure which shows the modification of the site
  • the reference straight line B is a straight line parallel to the rotation axis A, and is the central portion of the one side edge portion 22 in the radial direction of the shaft portion 10 (of the one side edge portion 22, the blade 20 in the radial direction of the shaft portion 10). It is a straight line passing from the outer end portion to a portion located on the shaft portion 10 side by a length 1 / 2L which is half the length L1 of the one side edge portion 22 in the radial direction of the shaft portion 10).
  • FIG. 6 is a diagram showing a modified example of a portion to be additionally processed. As shown in FIG. 6, in the additional processing step, additional processing may be performed on the entire area of the convex surface 26 of each blade 20 of the rough material 1. This also applies to the case where the concave surface 24 of each blade 20 of the rough material 1 or both the concave surface 24 and the convex surface 26 is additionally processed.
  • the method for manufacturing the TiAl alloy impeller 2 of the present embodiment may further include a surface treatment step of performing a fluorination treatment on the surface of the TiAl alloy impeller 2 after the additional process after the additional process.
  • the TiAl alloy impeller 2 after the additional processing is used as a fluorine source component consisting of a fluorine-based gas (NF 3 , BF 3 , CF 4 , HF, SF 6 and F 2 alone or in a mixture of N 2 and the like).
  • a fluorine source component consisting of a fluorine-based gas (NF 3 , BF 3 , CF 4 , HF, SF 6 and F 2 alone or in a mixture of N 2 and the like).
  • a fluoride film having a thickness of 10 ⁇ m or less is formed.
  • the maximum concentration of fluorine in the fluorine-based gas atmosphere is set to 2% or more and 35% or less.
  • TiAl alloy impeller 2 manufactured through this surface treatment step When the surface of the TiAl alloy impeller 2 manufactured through this surface treatment step is oxidized, only Ti is removed from the surface layer, and a uniform alumina (Al 2 O 3 ) coating film is formed on the surface layer. Therefore, the oxidation resistance of the TiAl alloy impeller 2 is improved. When the surface of the TiAl alloy impeller 2 on which the fluoride film is not formed is oxidized, titanium oxide (TiO 2 ) appears on the surface layer.

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Abstract

ＴｉＡｌ合金製翼車（２）の製造方法であって、ＴｉＡｌ合金製翼車の粗材（１）であって、軸部（１０）と複数枚のブレード（２０）とを有し、各ブレード（２０）の外側縁部（２１）の厚さがＴｉＡｌ合金製翼車（２）の各ブレードの外側縁部（２１）の厚さ（ｔ２）よりも大きくなるように設定された粗材（１）を準備する粗材準備工程と、粗材（１）の各ブレード（２０）に追加工を施す追加工工程と、を含む。追加工工程では、各ブレード（２０）の外側縁部（２１）が薄くなるように、各ブレード（２０）のうち少なくとも外側縁部（２１）を含む部位の一方の表面に、あるいは、双方の表面に、追加工を施す。

Description

ＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法およびＴｉＡｌ合金製翼車
　この発明は、ＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法およびＴｉＡｌ合金製翼車に関する。
　たとえば、特表２０１６－５１４７９８号公報（以下、「特許文献１」という。）には、ＴｉＡｌ合金を鋳造することによって、ターボチャージャのタービンホイールを製造することが開示されている。タービンホイールは、回転軸周りに回転可能なハブと、ハブに接続された複数枚のタービンブレードと、を有している。
特表２０１６－５１４７９８号公報
　一般に、過給機に用いられるタービンホイールなどの翼車においては、効率を高めるために、翼車の径方向における外側縁部が最も薄くなるように形成される。ところで、翼車の材質としてＴｉＡｌ合金を選択し、鋳造により、要求形状に対応するブレードを有する翼車を製造した場合、鋳造品におけるブレードの外側縁部に欠けなどの不具合が発生し、歩留まりが低下してしまう。このような不具合を抑制するためには、ブレードの外側縁部の厚さを要求値に対して大きくする必要があるが、このようにすると、翼車としての効率が低下してしまう。
　また、鍛造や、金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）や、レーザ粉体肉盛法（ＬＭＤ）などの他の工法でＴｉＡｌ合金からなる翼車を製造した場合においても、各製造方法の加工精度などの制約上、ブレードの外側縁部の厚さは、鋳造で製造した場合と同様に、要求値に対して大きくなってしまう。
　一方、ＴｉＡｌ合金からなる翼車の生産性を高めたいというニーズがある。しかしながら、上記のような工法では、要求形状に対応するブレードを有するＴｉＡｌ合金からなる翼車を製造することと、生産性を高めることと、の両立が困難である。
　本発明の目的は、生産性を高めつつ、ＴｉＡｌ合金製翼車のブレードを要求値に対応する薄さに形成できるＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法およびＴｉＡｌ合金製翼車を提供することである。
　この発明に従ったＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法は、車両用ターボチャージャに用いられるＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法である。このＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法は、ＴｉＡｌ合金製翼車の粗材であって、回転軸周りに回転する軸部と、前記軸部に接続された複数枚のブレードと、を有し、前記複数枚のブレードの各ブレードのうち前記軸部の径方向における外側縁部の厚さが最終製品の各ブレードの外側縁部の厚さよりも大きくなるように設定された、前記粗材を準備する粗材準備工程と、前記粗材の各前記ブレードに追加工を施す追加工工程と、を含む。前記追加工工程では、各前記ブレードのうち前記軸部の径方向における外側縁部が薄くなるように、各前記ブレードのうち少なくとも前記外側縁部を含む部位の一方の表面に、あるいは、双方の表面に、追加工を施す。
　本製造方法では、粗材準備工程で準備されたＴｉＡｌ合金製翼車の粗材の各ブレードのうち少なくとも外側縁部を含む部位の一方の表面に、あるいは、双方の表面に、追加工が施される。このため、粗材準備工程では、各ブレードの外側縁部を含む部位の厚さが要求形状の厚さよりも大きいものを準備し、追加工によって外側縁部を含む部位の厚さを要求形状の厚さにすることが可能となる。よって、生産性を高めつつ、要求形状に対応するブレードを有するＴｉＡｌ合金製翼車を製造することが可能となる。
　前記粗材準備工程では、精密鋳造により形成された前記粗材を準備してもよい。
　また好ましくは、追加工工程では、各ブレードの表面の少なくとも一部に鋳肌が残るように、ブレードに追加工を施す。
　このようにすれば、追加工を施す領域が低減されるため、追加工が簡素化される。
　また、前記粗材準備工程では、鍛造により形成された前記粗材を準備してもよい。また、前記粗材準備工程では、金属粉末射出成形により形成された前記粗材を準備してもよい。また、前記粗材準備工程では、レーザ粉体肉盛法により形成された前記粗材を準備してもよい。
　また好ましくは、前記粗材の各前記ブレードの一方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように窪む凹面であり、前記粗材の各前記ブレードの他方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように膨出する凸面である。
　この場合において、追加工工程では、各ブレードの外側縁部を含む部位の凹面にのみ追加工を施してもよい。
　このようにすれば、ＴｉＡｌ合金製翼車の性能が高まる。
　あるいは、追加工工程では、各ブレードの外側縁部を含む部位の凸面にのみ追加工を施してもよい。
　この態様では、ガスの影響を受けにくい凸面の一部に追加工が施されるため、ＴｉＡｌ合金製翼車の信頼性が高まる。
　あるいは、追加工工程では、各ブレードの凹面における外側縁部を含む部位の凹面および凸面の双方に、追加工を施してもよい。
　この態様では、ブレード間の間隔をより均一にすることが可能となる。
　また好ましくは、各ブレードは、軸部の軸方向における一方側に位置する一方側縁部を有する。
　この場合において、前記外側縁部を含む部位は、前記ブレードのうち、前記外側縁部から、前記一方側縁部の長さの１／３の長さだけ前記軸部側に位置する部位までの部位であってもよい。
　このようにすれば、粗材の歩留まりを高めることと、追加工の簡素化と、の双方が達成される。
　あるいは、前記外側縁部を含む部位は、前記ブレードのうち、前記回転軸と平行な直線であって、前記一方側縁部のうち、前記軸部の径方向における前記ブレードの外側の端部から、前記一方側縁部の長さの半分の長さだけ前記軸部側に位置する部位を通る直線よりも、前記軸部の径方向における外側の部位であってもよい。
　このようにしても、粗材の歩留まりを高めることと、追加工の簡素化と、の双方が達成される。
　また、追加工は、切削加工であってもよい。あるいは、追加工は、電解加工であってもよい。
　また好ましくは、前記ＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法において、前記追加工工程後、前記追加工後の前記ＴｉＡｌ合金製翼車の表面にフッ化処理を行う表面処理工程をさらに備える。
　このようにすれば、ＴｉＡｌ合金製翼車の表面の耐酸化性が高まる。
　この発明に従ったＴｉＡｌ合金製翼車は、ＴｉＡｌ合金からなり、車両用ターボチャージャに搭載されるＴｉＡｌ合金製翼車である。このＴｉＡｌ合金製翼車は、回転軸周りに回転し、前記回転軸方向の一方側から他方側に向かうにしたがって次第に拡径する形状を有する軸部と、前記軸部に接続された複数枚のブレードと、を備える。前記軸部および前記複数枚のブレードは、一体的に形成された鋳物からなる。前記複数枚のブレードの各ブレードは、前記軸部の径方向における外側の縁部である外側縁部を含む。各前記ブレードのうち前記外側縁部を含む部位は、加工面を有する。
　また好ましくは、各前記ブレードは、鋳肌からなる鋳肌面をさらに有する。各前記ブレードのうち前記加工面を有する部位の厚さは、各前記ブレードのうち前記鋳肌面を有する部位の厚さよりも小さい。
　また好ましくは、鋳肌面と加工面とは、連続的につながっている。
　このようにすれば、鋳肌面と加工面との境界部への応力集中の発生が抑制される。
　以上に説明したように、この発明によれば、製造品の歩留まりを高めることが可能なタービンホイールの製造方法およびタービンホイールを提供することができる。
本発明の一実施形態のＴｉＡｌ合金製翼車の粗材の側面図である。 図１に示される粗材の平面図である。 図１に示される粗材に追加工を施すことにより製造されたＴｉＡｌ合金製翼車の側面図である。 図３に示されるＴｉＡｌ合金製翼車のブレードの断面図である。 追加工が施される部位の変形例を示す図である。 追加工が施される部位の変形例を示す図である。
　この発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
　以下、本発明の一実施形態のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法について、図面を参照しながら説明する。このＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法は、ＴｉＡｌ合金製翼車の粗材１を準備する粗材準備工程と、粗材１に追加工を施す追加工工程と、を含んでいる。本製造方法で製造されるＴｉＡｌ合金製翼車２は、たとえば、車両に搭載されるターボチャージャの翼車（タービンホイールやコンプレッサホイール）に用いられる。
　図１は、本発明の一実施形態のＴｉＡｌ合金製翼車の粗材の側面図である。図２は、図１に示される粗材の平面図である。すなわち、図１および図２は、粗材準備工程で準備されるＴｉＡｌ合金製翼車の粗材１を示している。なお、図１および図２には、ＴｉＡｌ合金製翼車の粗材１として、タービンホイールが例示されている。
　粗材準備工程では、ＴｉＡｌ合金製翼車の粗材１が準備される。この粗材１は、ＴｉＡｌ合金の鋳造、ＴｉＡｌ合金の精密鋳造（ロストワックス精密鋳造）、ＴｉＡｌ合金の鍛造、ＴｉＡｌ合金の金属粉末射出成形（ＭＩＭ）、ＴｉＡｌ合金のレーザ粉体肉盛法（ＬＭＤ）、ＴｉＡｌ合金の焼結などにより形成される。以下、ＴｉＡｌ合金の精密鋳造により形成された粗材１を例に説明する。本実施形態では、ＴｉＡｌ合金として、Ａｌの含有量が３０ｗｔ％～４８ｗｔ％の材料が用いられる。
　図１および図２に示されるように、粗材（本実施形態では鋳造品）１は、軸部１０と、複数枚のブレード２０と、を有している。軸部１０および複数枚のブレード２０は一体的に形成された鋳物からなる。
　軸部１０は、回転軸Ａ周りに回転可能である。軸部１０は、回転軸方向の一方側（図１の上側）から他方側（図１の下側）に向かうにしたがって次第に拡径する形状を有している。軸部１０の他方側の端部には、円板上に形成された円板部１２が接続されている。なお、円板部１２には、図示略のロータ軸に連結される連結部１４が接続されている。
　各ブレード２０は、軸部１０に接続されている。各ブレード２０は、軸部１０の周方向の一方側に凸となるように湾曲する形状を有している。各ブレード２０の一方側の表面は、軸部１０の周方向に凸となるように窪む凹面２４である。各ブレード２０の他方側の表面は、軸部１０の周方向に凸となるように膨出する凸面２６である。粗材１の凹面２４は、鋳肌からなる鋳肌面２４ａで構成されており、粗材１の凸面２６は、鋳肌からなる鋳肌面２６ａで構成されている。各ブレード２０は、外側縁部２１と、一方側縁部２２と、を有している。
　外側縁部２１は、軸部１０の径方向における各ブレード２０の外側の縁部である。この外側縁部２１の厚さｔ１は、最終製品であるＴｉＡｌ合金製翼車２（図３を参照）の各ブレード２０の外側縁部２１の厚さｔ２よりも大きくなるように設定されている。粗材１の外側縁部２１の厚さｔ１は、０．８ｍｍ～２．０ｍｍに設定されることが好ましい。本実施形態では、粗材１の外側縁部２１の厚さｔ１は、１．２ｍｍに設定されている。回転軸Ａと平行な方向における外側縁部２１の高さＨは、１８．７ｍｍに設定されている。ただし、外側縁部２１の厚さｔ１および高さＨは、これらの値に限られない。
　一方側縁部２２は、軸部１０の軸方向における各ブレード２０の一方側（図１の上側）の縁部である。一方側縁部２２は、軸部１０の外周面から外側縁部２１に向かって延びる形状を有している。本実施形態では、軸部１０の径方向における一方側縁部２２の長さＬ１は、１５ｍｍに設定されている。ただし、一方側縁部２２の長さＬ１は、この値に限られない。
　次に、追加工工程について説明する。追加工工程では、各ブレード２０の少なくとも一部に追加工が施される。図３は、図１に示される粗材に追加工を施すことにより製造されたＴｉＡｌ合金製翼車の側面図である。なお、図３では、追加工が施される部位に模様が付されている。追加工工程では、各ブレード２０の外側縁部２１が薄くなるように、各ブレード２０のうち少なくとも外側縁部２１を含む部位の一方の表面に、あるいは、双方の表面に、追加工が施される。本実施形態では、各ブレード２０のうち少なくとも外側縁部２１を含む部位の凸面２６にのみ追加工が施されている。ただし、追加工工程では、各ブレード２０のうち少なくとも外側縁部２１を含む部位の凹面２４にのみ、あるいは、各ブレード２０のうち少なくとも外側縁部２１を含む部位の双方の表面（凹面２４および凸面２６）に、追加工が施されてもよい。
　各ブレード２０のうち追加工が施される部位（外側縁部２１を含む部位）の軸部１０の径方向における長さＬ２は、たとえば、一方側縁部２２の長さＬ１の１／３に設定される。
　追加工工程で施される追加工は、たとえば切削加工である。この切削加工は、エンドミルなどによって行われる。ただし、追加工は、電解加工であってもよい。電解加工は、粗材１をプラス極とするとともに工具をマイナス極とし、各ブレード２０のうち追加工が施される部位に工具を対向させた状態で両者の間に電解液を流しながら直流電圧をかけることにより行われる。
　追加工後の外側縁部２１の厚さｔ２は、たとえば、０．４ｍｍ～０．７ｍｍに設定されることが好ましい。この実施形態では、厚さｔ２は、０．６ｍｍに設定されている。
　凸面２６のうち追加工が施された部位（図３において模様が付された部位）は、加工面２６ｂを構成する。加工面２６ｂの表面状態は、鋳肌面２６ａのそれとは異なっている。加工面２６ｂの表面粗さは、鋳肌面２６ａの表面粗さよりも小さい。加工面２６ｂの表面粗さＲａは、たとえば０．２程度である。
　図４は、図３に示されるＴｉＡｌ合金製翼車のブレードの断面図である。この断面は、回転軸Ａと直交する平面での断面である。図４に示されるように、鋳肌面２６ａと加工面２６ｂとは、連続的につながっている。なお、図４では、追加工が施される前のブレード２０の断面形状が、二点鎖線で示されている。
　以上に説明したように、本実施形態のＴｉＡｌ合金製翼車２の製造方法では、粗材準備工程で準備されたＴｉＡｌ合金製翼車の粗材１の各ブレード２０のうち少なくとも外側縁部２１を含む部位の一方の表面に、あるいは、双方の表面に、追加工が施される。このため、粗材準備工程（たとえば、粗材１を鋳造により形成する工程）では、ブレード２０の外側縁部２１を含む部位の厚さが要求形状の厚さよりも大きいものを準備し、追加工によって外側縁部２１を含む部位の厚さを要求形状の厚さにすることが可能となる。よって、生産性を高めつつ、要求形状に対応するブレード２０を有するＴｉＡｌ合金製翼車２を製造することが可能となる。
　また、追加工工程では、各ブレード２０の表面の少なくとも一部に鋳肌が残るように、ブレード２０に追加工が施される。このため、追加工を施す領域が低減される。よって、追加工が簡素化される。
　また、追加工工程において、各ブレード２０の外側縁部２１を含む部位の凹面２４にのみ追加工が施されることにより、ＴｉＡｌ合金製翼車２の性能が高まる。
　また、各ブレード２０の凸面２６は、排ガスの影響を受けにくいため、追加工を施す工程において、各ブレード２０の外側縁部２１を含む部位の凸面２６にのみ追加工が施されることにより、ＴｉＡｌ合金製翼車２の信頼性が高まる。
　また、追加工工程において、各ブレード２０の外側縁部２１を含む部位の凹面２４および凸面２６の双方に追加工が施されることにより、ブレード２０間の間隔をより均一にすることが可能となる。
　また、各ブレード２０のうち追加工が施される部位（外側縁部２１を含む部位）の軸部１０の径方向における長さＬ２は、同方向における一方側縁部２２の長さＬ１の１／３に設定されているため、粗材（鋳造品）１の歩留まりを高めることと、追加工の簡素化（生産性の向上）と、の双方が達成される。
　また、鋳肌面２６ａと加工面２６ｂとが連続的につながっているため、鋳肌面２６ａと加工面２６ｂとの境界部への応力集中の発生が抑制される。
　なお、上記実施形態の粗材準備工程において、粗材１が鍛造により形成される場合、まず、円柱状のワークが加熱され、その加熱されたワークを鍛造することにより、外側縁部２１の厚さｔ１が最終製品であるＴｉＡｌ合金製翼車２の各ブレード２０の外側縁部２１の厚さｔ２よりも大きなブレード２０を有する粗材１が形成される。これにより、鍛造によるブレード２０の割れ等が抑制される。
　また、粗材１が金属粉末射出成形により形成される場合においては、焼結時におけるブレード２０の変形代が追加工工程における取り代となるため、歩留まりが向上する。
　また、粗材１がレーザ粉体肉盛法（ＬＭＤ）で形成される場合、軸部１０がＴｉＡｌ合金の機械加工（鋳造や鍛造等）で形成され、各ブレード２０がレーザ粉体肉盛法で形成されることが好ましい。具体的には、レーザによって軸部１０が溶融され、その溶融箇所にＴｉＡｌ合金からなる粉末を吹き付け溶射することにより、各ブレード２０が形成される。
　（第１変形例）
　図５は、追加工が施される部位の変形例を示す図である。図５に示されるように、追加工工程では、粗材１の各ブレード２０のうち、基準直線Ｂよりも、軸部１０の径方向における外側の部位の表面に追加工が施されてもよい。
　基準直線Ｂは、回転軸Ａと平行な直線であって、軸部１０の径方向における一方側縁部２２の中央部（一方側縁部２２のうち、軸部１０の径方向におけるブレード２０の外側の端部から、軸部１０の径方向における一方側縁部２２の長さＬ１の半分の長さ１／２Ｌだけ軸部１０側に位置する部位）を通る直線である。
　この態様においても、粗材（鋳造品）１の歩留まりを高めることと、追加工の簡素化（生産性の向上）と、の双方が達成される。
　（第２変形例）
　図６は、追加工が施される部位の変形例を示す図である。図６に示されるように、追加工工程では、粗材１の各ブレード２０の凸面２６の全域に追加工が施されてもよい。このことは、粗材１の各ブレード２０の凹面２４、あるいは、凹面２４および凸面２６の双方に追加工が施される場合についても同様である。
　（第３変形例）
　粗材準備工程で準備された粗材１のブレード２０の外側縁部などに欠けが生じていた場合、追加工工程の前に、その欠けている部分に肉盛りする肉盛り工程が設けられてもよい。
　（第４変形例）
　本実施形態のＴｉＡｌ合金製翼車２の製造方法は、追加工工程後、追加工後のＴｉＡｌ合金製翼車２の表面にフッ化処理を行う表面処理工程をさらに備えていてもよい。この工程では、追加工後のＴｉＡｌ合金製翼車２をフッ素系ガス（ＮＦ３、ＢＦ３、ＣＦ４、ＨＦ、ＳＦ６、Ｆ２の単独もしくは混合物からなるフッ素源成分をＮ２等の不活性ガス中に含有させたもの）雰囲気中で所定時間所定温度（１００℃～５００℃程度）で加熱することにより、ＴｉＡｌ合金製翼車２の表面（少なくとも各ブレード２０の表面）に０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有するフッ化膜を形成する。なお、フッ素系ガス雰囲気におけるフッ素の最高濃度は、２％以上３５％以下に設定される。
　この表面処理工程を経ることにより製造されたＴｉＡｌ合金製翼車２の表面が酸化すると、Ｔｉのみが表層から除去され、当該表層に均一なアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の被膜が形成される。このため、ＴｉＡｌ合金製翼車２の耐酸化性が向上する。なお、フッ化膜が形成されていないＴｉＡｌ合金製翼車２の表面が酸化すると、表層に酸化チタン（ＴｉＯ２）が出現する。
　なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　１　　粗材
　２　　ＴｉＡｌ合金製翼車
　１０　　軸部
　１２　　円板部
　２０　　ブレード
　２１　　外側縁部
　２２　　一方側縁部
　２４　　凹面
　２４ａ　　鋳肌面
　２６　　凸面
　２６ａ　　鋳肌面
　２６ｂ　　加工面
　Ａ　　回転軸
　Ｂ　　基準直線

 

Claims (17)

  1. 　車両用ターボチャージャに用いられるＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法であって、
    　前記ＴｉＡｌ合金製翼車の粗材であって、回転軸周りに回転する軸部と、前記軸部に接続された複数枚のブレードと、を有し、前記複数枚のブレードの各ブレードのうち前記軸部の径方向における外側縁部の厚さが前記ＴｉＡｌ合金製翼車の各ブレードの外側縁部の厚さよりも大きくなるように設定された、前記粗材を準備する粗材準備工程と、
    　前記粗材の各前記ブレードに追加工を施す追加工工程と、を含み、
    　前記追加工工程では、各前記ブレードのうち前記軸部の径方向における外側縁部が薄くなるように、各前記ブレードのうち少なくとも前記外側縁部を含む部位の一方の表面に、あるいは、双方の表面に、追加工を施す、ＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  2. 　前記粗材準備工程では、精密鋳造により形成された前記粗材を準備する、請求項１に記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  3. 　前記追加工工程では、各前記ブレードの表面の少なくとも一部に鋳肌が残るように、前記ブレードに追加工を施す、請求項２に記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  4. 　前記粗材準備工程では、鍛造により形成された前記粗材を準備する、請求項１に記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  5. 　前記粗材準備工程では、金属粉末射出成形により形成された前記粗材を準備する、請求項１に記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  6. 　前記粗材準備工程では、レーザ粉体肉盛法により形成された前記粗材を準備する、請求項１に記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  7. 　前記粗材の各前記ブレードの一方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように窪む凹面であり、前記粗材の各前記ブレードの他方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように膨出する凸面であり、
    　前記追加工工程では、各前記ブレードの前記外側縁部を含む部位の前記凹面にのみ追加工を施す、請求項１から６のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  8. 　前記粗材の各前記ブレードの一方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように窪む凹面であり、前記粗材の各前記ブレードの他方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように膨出する凸面であり、
    　前記追加工工程では、各前記ブレードの前記外側縁部を含む部位の前記凸面にのみ追加工を施す、請求項１から６のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  9. 　前記粗材の各前記ブレードの一方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように窪む凹面であり、前記粗材の各前記ブレードの他方側の表面は、前記軸部の周方向に凸となるように膨出する凸面であり、
    　前記追加工工程では、各前記ブレードの前記外側縁部を含む部位の前記凹面および前記凸面の双方に、追加工を施す、請求項１から６のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  10. 　各前記ブレードは、前記軸部の軸方向における一方側に位置する一方側縁部を有し、
    　前記外側縁部を含む部位は、前記ブレードのうち、前記外側縁部から、前記一方側縁部の長さの１／３の長さだけ前記軸部側に位置する部位までの部位である、請求項１から９のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  11. 　各前記ブレードは、前記軸部の軸方向における一方側に位置する一方側縁部を有し、
    　前記外側縁部を含む部位は、前記ブレードのうち、前記回転軸と平行な直線であって、前記一方側縁部のうち、前記軸部の径方向における前記ブレードの外側の端部から、前記一方側縁部の長さの半分の長さだけ前記軸部側に位置する部位を通る直線よりも、前記軸部の径方向における外側の部位である、請求項１から９のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  12. 　前記追加工は、切削加工である、請求項１から１１のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  13. 　前記追加工は、電解加工である、請求項１から１１のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  14. 　前記追加工工程後、前記追加工後の前記ＴｉＡｌ合金製翼車の表面にフッ化処理を行う表面処理工程をさらに備える、請求項１から１３のいずれかに記載のＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法。
  15. 　ＴｉＡｌ合金からなり、車両用ターボチャージャに搭載されるＴｉＡｌ合金製翼車であって、
    　回転軸周りに回転し、前記回転軸方向の一方側から他方側に向かうにしたがって次第に拡径する形状を有する軸部と、
    　前記軸部に接続された複数枚のブレードと、を備え、
    　前記軸部および前記複数枚のブレードは、一体的に形成された鋳物からなり、
    　前記複数枚のブレードの各ブレードは、前記軸部の径方向における外側の縁部である外側縁部を含み、
    　各前記ブレードのうち前記外側縁部を含む部位は、加工面を有する、ＴｉＡｌ合金製翼車。
  16. 　各前記ブレードは、鋳肌からなる鋳肌面をさらに有し、
    　各前記ブレードのうち前記加工面を有する部位の厚さは、各前記ブレードのうち前記鋳肌面を有する部位の厚さよりも小さい、請求項１５に記載のＴｉＡｌ合金製翼車。
  17. 　前記鋳肌面と前記加工面とは、連続的につながっている、請求項１６に記載のＴｉＡｌ合金製翼車。

     
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