CN111041386B - 用于涡轮增压器的奥氏体合金 - Google Patents

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Abstract

本披露涉及一种用于涡轮增压器壳体的铁基奥氏体合金以及其制备方法。

Description

用于涡轮增压器的奥氏体合金
技术领域
本发明涉及一种包含铁基奥氏体合金的用于内燃机的涡轮增压器壳体。本发明进一步涉及一种用于制备此类涡轮增压器壳体的方法。
背景技术
排气涡轮增压器是旨在提高活塞式发动机的功率的***。在排气涡轮增压器中，排气的能量被用于提高功率。功率的提高是由于提高每个工作冲程中的混合气通过量的结果。涡轮增压器主要由带有轴的排气涡轮机和压缩机组成，其中安排在发动机的进气道中的压缩机被连接到所述轴上，并且位于所述排气涡轮机的外壳中的这些叶轮和所述压缩机进行旋转。在涡轮增压器具有可变涡轮几何形状的情况下，多个调节叶片被额外地可旋转地安装在叶片支承环中并且借助于安排在所述涡轮增压器的涡轮机外壳中的调节环移动。
用于涡轮增压器部件的材料必须满足极高的要求。此外，这些要求因部件而异，即，对叶轮的要求与对涡轮机壳体的要求相当显著不同。出于这个原因，在现代涡轮增压器中，用于涡轮增压器的不同部分的材料是由各自都针对任务经过优化的不同材料制成的。
例如，涡轮增压器壳体暴露于高排气温度，因此其部件的材料必须是耐热且耐腐蚀的。同时，涡轮增压器壳体在环境温度至高达约1050℃的操作温度下的尺寸稳定性必须是优异的。此外，所述壳体在暴露于机械负荷的同时也暴露于快速温度变化，因此必须足以抵抗热机械疲劳。最后，所述壳体构成涡轮增压器的非常大的质量部分，因此，材料的成本也是重要的考虑。
在现有技术中，用于非常高温涡轮增压器壳体的材料包括具有相对高镍含量的奥氏体铁基合金。在常用于这种类型的应用的奥氏体铁基合金中(例如，根据DIN EN 10295的钢1.4848，可从德国Eisenwerk Hasenclever&Sohn GmbH公司获得)，按重量计大于20％的高镍含量是常见的。镍稳定了奥氏体结构并且使得这样的合金有可能具有高的热稳定性。缺点是，镍的材料成本非常高并且此外受制于高的波动，这使得长期成本规划是困难的。
为了解决这些问题，现有技术提出了具有相对低镍含量的奥氏体涡轮机壳体合金。WO 2012/158332 A2披露了一种铁基涡轮增压器壳体，其包含具有按重量计小于10％、尤其是按重量计小于1％的镍的合金。由于没有镍或有相对低量的镍，由此种材料制成的涡轮机壳体具有相对低的材料成本，并且价格波动小。在其实例中，WO 2012/158332 A2提出了一种涡轮增压器壳体，其由以下元素组成：C：按重量计0.25％至0.35％，Cr：按重量计15％至16.5％，Mn：按重量计15％至17％，Si：按重量计0.5％至1.2％，Nb：按重量计0.5％至1.2％，W：按重量计2％至3％，N：按重量计0.2％至0.4％，其余部分：Fe。WO 2012/158332 A2的合金可代表标准含镍壳体合金的适当替代物，例如钢1.4848(根据DIN EN 10295)。
发明内容
在一个方面，本披露涉及一种用于内燃机的涡轮增压器壳体，其包含由以下组成组成的铁基奥氏体合金：
C：约0.2wt.-％至约0.6wt.-％，
Cr：约17wt.-％至约25wt.-％，
Mn：约8wt.-％至约13wt.-％，
Ni：约2wt.-％至约6wt.-％，
Si：约0.5wt.-％至约3wt.-％，
Nb：约0.2wt.-％至约1wt.-％，
V：约0.2wt.-％至约1wt.-％，
Mo：约0.2wt.-％至约1.5wt.-％
N：约0.01wt.-％至约0.6wt.-％；
任选地，以下量的以下元素中的一种或多种：
W：约0.01wt.-％至约3wt.-％，
B：约0.01wt.-％至约0.1wt.-％，
Cu：约0.01wt.-％至约0.5wt.-％；
Ce：约0.01wt.-％至约0.3wt.-％
任选地，总量小于约3wt.-％的其他元素(杂质)；以及
Fe作为余量
其中，所述涡轮增压器壳体是由铁基奥氏体合金铸造的。
在另一方面，本披露涉及一种用于制备如前述所定义的涡轮增压器壳体的方法，所述方法包括：a)熔融混合具有以下组成的元素：
C：约0.2wt.-％至约0.6wt.-％，
Cr：约17wt.-％至约25wt.-％，
Mn：约8wt.-％至约13wt.-％，
Ni：约2wt.-％至约6wt.-％，
Si：约0.5wt.-％至约3wt.-％，
Nb：约0.2wt.-％至约1wt.-％，
V：约0.2wt.-％至约1wt.-％，
Mo：约0.2wt.-％至约1.5wt.-％，
N：约0.01wt.-％至约0.6wt.-％；
任选地，以下量的以下元素中的一种或多种：
W：约0.01wt.-％至约3wt.-％，
B：约0.01wt.-％至约0.1wt.-％，
Cu：约0.01wt.-％至约0.5wt.-％；
Ce：约0.01wt.-％至约0.3wt.-％
任选地，总量小于约3wt.-％的其他元素(杂质)；以及
Fe作为余量；
以及b)将熔体铸造成涡轮增压器壳体。
可赋予由以上指定的合金制备的涡轮增压器壳体异常良好的热机械疲劳(TMF)性能以及异常良好的耐氧化性。
此外，由这些合金制备的涡轮增压器壳体在铸态(as-cast state)下可以具有特别光滑的表面。在涡轮机壳体的内表面提供光滑表面减少了(排气)气体摩擦，并且因此提高了涡轮增压器的效率。它们在铸造之后可能还需较少加工。
附图说明
图1示出了用于内燃机的涡轮增压器。
图2示出了根据实例1的合金的V2a刻蚀的奥氏体形态。
图3A和图3B示出了根据实例1和对比实例1的合金的机械性能。
具体实施方式
在其最广泛的方面，本披露涉及一种用于内燃机的涡轮增压器壳体，其包含铁基奥氏体合金，所述铁基奥氏体合金包含以下量的以下元素：
C：约0.2wt.-％至约0.6wt.-％，尤其是约0.3wt.-％至约0.5wt.-％，
Cr：约17wt.-％至约25wt.-％，尤其是约19wt.-％至约23wt.-％，
Mn：约8wt.-％至约13wt.-％，尤其是约9wt.-％至约12wt.-％，
Ni：约2wt.-％至约6wt.-％，尤其是约3wt.-％至约5wt.-％，
Si：约0.5wt.-％至约3wt.-％，尤其是约1.0wt.-％至约2.2wt.-％，
Nb：约0.2wt.-％至约1wt.-％，尤其是约0.3wt.-％至约0.7wt.-％，
V：约0.2wt.-％至约1wt.-％，尤其是约0.2wt.-％至约0.8wt.-％，
Mo：约0.2wt.-％至约1.5wt.-％，尤其是约0.2wt.-％至约0.8wt.-％；以及
N：约0.01wt.-％至约0.6wt.-％，尤其是约0.1wt.-％至约0.5wt.-％。
任选地，所述铁基奥氏体合金可以包含以下量的以下元素中的一种或多种：
W：约0.01wt.-％至约3wt.-％，尤其是约0.5wt.-％至约2wt.-％，
B：约0.01wt.-％至约0.1wt.-％，尤其是约0.01wt.-％至约0.05wt.-％，
Cu：约0.01wt.-％至约0.5wt.-％，尤其是约0.1wt.-％至约0.3wt.-％；以及
Ce：约0.01wt.-％至约0.3wt.-％，尤其是约0.1wt.-％至约0.2wt.-％。
任选地，所述铁基奥氏体合金可以包含小于约3wt.-％、尤其小于约2wt.-％、更特别地小于约1wt.-％的总量的其他元素(杂质)。当提及小于约3(或更小)wt.-％的总量的其他元素(杂质)时，应理解的是Fe构成了合金的余量。
所述涡轮增压器壳体可以由铁基奥氏体合金铸造。
根据本披露的奥氏体铁基合金的特征在于：除了Fe之外，它还含有元素C、Cr、Mn、Ni、Si、Nb、V、Mo、以及N。添加到所述铁基合金中的这些元素可以在所述奥氏体铁基合金中、或在由所述铁基合金形成的涡轮增压器壳体中以其原始形式(即，以元素形式，例如，以夹杂物或沉淀相的形式)、或者以其衍生物的形式(即，以相应元素的化合物的形式，例如，在生产铁基合金的过程中或者当形成由所述铁基合金生产的涡轮增压器壳体时作为金属碳化物或金属氮化物的形式)存在。通过常规分析方法如原子吸收光谱法(AAO)，可以在所述铁基合金和所述涡轮增压器壳体两者中检测出对应元素的存在。
不受理论束缚，以上元素为本披露的合金提供以下贡献。以下说明不旨在为全面性的和/或以任何方式限制的：
碳(C)可以是也显著增加机械强度的强奥氏体形成物。它还可以改进合金熔体的流动特性。如果其以按重量计小于约0.2％的量存在，则合金熔体可以具有低可流动性。这可能使得难以生产出根据本披露的铁基合金。如果碳含量高于按重量计约0.6％，则可以形成粗粒的石墨颗粒，这些石墨颗粒可能对伸长特性具有负面影响。
铬(Cr)可以是强碳化物形成物并且可以增加材料的耐温性、尤其是高温强度和高温尺寸稳定性。此外，Cr可以具有形成可以促进合金的耐氧化性的含Cr氧化物表面层的能力。如果使用按重量计约17％，则耐氧化性可以是足够的。以按重量计大于约23％的高浓度，元素铬可以充当铁氧体稳定剂，所述铁氧体稳定剂可能对奥氏体铁基合金的稳定性有不利影响或阻碍奥氏体结构的形成。
锰(Mn)可以增加本披露的合金的淬透性和拉伸强度，但程度小于碳。锰还可以增加渗碳期间碳渗透速率并且可以充当温和的脱氧剂。然而，当使用过高碳和过高锰时，可能开始脆化。因此，将Mn的范围设定在按重量计约8％与按重量计约13％之间可以是有益的。
镍(Ni)可以是强奥氏体稳定剂。此外，Ni可以增加合金的延展性、韧性、以及耐腐蚀性。然而，Ni是昂贵的且受制于不可预测的价格变化。因此，将Ni的范围设定在按重量计约2％与按重量计约6％之间可以是有益的。
硅(Si)可以改进合金熔体的可流动性，并且此外，可以在材料表面上形成钝化氧化层，所述钝化氧化层可以增加其耐氧化性。然而，如果以较大的量使用，则Si可以促进去稳定的σ相的形成。σ相是具有高硬度的脆的金属间相。它们在原子半径相匹配而只具有微小差异的体心立方金属与面心立方金属相互遇到时产生。这种类型的σ相是不希望的，因为它们具有脆化作用并且可能耗尽铁基体中的Cr。因此，将Si的范围设定在按重量计约0.5％与按重量计约3％之间可以是有益的。
铌(Nb)可以是碳化物形成物，所述碳化物形成物可有助于根据本披露的合金的奥氏体结构的稳定化。然而，像硅一样，较高量的Nb可以促进奥氏体铁基合金中σ相的形成。因此，将Nb的范围设定在按重量计约0.2％与按重量计约1％之间可以是有益的。
钒(V)可提供表面光滑度。此外，V可以用于细化粒径。V可以降低热处理工艺期间晶粒生长速率，并且可以提高晶粒粗化的开始温度，因此可以改进合金的强度和韧性。然而，较大量的V由于过量碳化物的形成而可能减少合金的淬透性。因此，将V的范围设定在按重量计约0.2％与按重量计约1％之间可以是有益的。
钼(Mo)可以改进合金材料在高温下的抗蠕变性。然而，较高量的Mo可以促进奥氏体铁基合金中σ相的形成。因此，将Mo的范围设定在按重量计约0.2％与按重量计约1.5％之间可以是有益的。
氮(N)可以促进Mn所具有的对奥氏体铁基合金的稳定作用。因此锰和氮的组合是特别优选的。氮，像镍一样，是强的伽马相形成促进元素(gammagenic element)，所述元素可以对耐温性、尤其是耐高温氧化和腐蚀性具有有利影响。然而，较大量的N可以使合金脆化并且由于脱气可能难以铸造。因此，将N的范围设定在按重量计约0.01％与按重量计约0.6％之间可以是有益的。
有利地，所述铁基奥氏体合金可以含有约0.3wt.-％至约0.5wt.-％的C，约19wt.-％至约23wt.-％的Cr，约9wt.-％至约12wt.-％的Mn，约3wt.-％至约5wt.-％的Ni，约1.0wt.-％至约2.2wt.-％的Si，约0.3wt.-％至约0.7wt.-％的Nb，约0.2wt.-％至约0.8wt.-％的V，约0.2wt.-％至约0.8wt.-％的Mo，以及约0.01wt.-％至约0.6wt.-％的N、尤其是约0.1wt.-％至约0.5wt.-％的N。
如上所述，根据本披露的合金还可以任选地包含其他元素，尤其是W、B、Cu、或Ce中的一种或多种。尤其，在合金中包含以约0.01wt.-％至约0.1wt.-％、更特别地约0.01wt.-％至约0.05wt.-％、并且尤其是约0.01wt.-％至约0.02wt.-％的量的B可以是有利的。这样的量可以有益于降低向涡轮增压器壳体中钻孔所需的扭矩。
尽管可以任选地使用它，但可以有利的是，所述铁基奥氏体合金含有小于0.5wt.-％、更特别地小于0.2wt.-％、并且尤其小于约0.05wt.-％的W。
有利地，所述铁基奥氏体合金可以含有小于约0.1wt.-％的S、更特别地小于约0.06wt.-％的S、并且尤其小于约0.04wt.-％的S。
有利地，所述铁基奥氏体合金可以含有小于约0.1wt.-％的P、更特别地小于约0.07wt.-％的P、并且尤其小于约0.07wt.-％的P。
有利地，所述铁基奥氏体合金可以具有小于约4％、更特别地小于约3％、以及尤其小于约2％的σ相。此种σ相可易于被技术人员识别，例如通过形态学分析合金样品。在这种情况下，提及％是指σ相占据形态学样品的给定表面积的面积-％。
有利地，所述铁基奥氏体合金可以具有微结构，所述微结构具有根据ASTM E112-12测量的在约2与约4之间的平均粒径。可替代地，根据ISO 643测量的，平均粒径可以在约2与约4之间。
有利地，所述铁基奥氏体合金可以具有以下机械特性中的一种或多种、尤其是全部：
Rm：>620MPa
Rp0.2：>350MPa
伸长率：>5％
硬度：240HB至300HB
热膨胀系数：16.5-19.5-1/K(20℃-900℃)
在700℃下的耐热性：Rm>385Mpa且Rp0.2>245MPa
在800℃下的耐热性：Rm>240Mpa且Rp0.2>175MPa
在900℃下的耐热性：Rm>150Mpa且Rp0.2>125MPa
在1000℃下的耐热性：Rm>70Mpa且Rp0.2>50MPa
有利地，所述铁基奥氏体合金可以由以下组成组成：
C：约0.3wt.-％至约0.5wt.-％，
Cr：约19wt.-％至约23wt.-％，
Mn：约9wt.-％至约12wt.-％，
Ni：约3wt.-％至约5wt.-％，
Si：约1.0wt.-％至约2.2wt.-％，
Nb：约0.3wt.-％至约0.7wt.-％，
V：约0.2wt.-％至约0.8wt.-％，
Mo：约0.2wt.-％至约0.8wt.-％，
N：约0.1wt.-％至约0.5wt.-％；
任选地，以下量的以下元素中的一种或多种：
W：约0.5wt.-％至约2wt.-％，
B：约0.01wt.-％至约0.05wt.-％，
Cu：约0.1wt.-％至约0.3wt.-％，
Ce：约0.1wt.-％至约0.2wt.-％；
任选地，总量小于约3wt.-％的其他元素(杂质)；以及
Fe作为余量。
有利地，所述铁基奥氏体合金可以具有小于约1550℃、更特别地在约1450℃至约1530℃的范围内、尤其是在约1450℃至约1525℃的范围内的熔融温度。诸位发明人出人意料地发现，与常规含镍奥氏体钢和WO 2012/158332 A2中披露的合金两者的熔融温度相比，本披露的合金的熔融温度可以大幅降低。这些奥氏体钢具有约1600℃至约1650℃的熔融温度。因此，根据本披露的这个实施例的合金可以在较低温度下铸造并且在铸造过程期间经受更少的氧化。当由此种合金铸造壳体时，这可进一步促进获得涡轮增压器壳体的光滑表面。
有利地，所述涡轮增压器壳体可以具有相对光滑的内表面，所述涡轮增压器壳体的内表面尤其可具有小于约100、更特别地小于约80、并且尤其小于约60的表面粗糙度Rz。表面粗糙度Rz可以根据DIN 4768:1990-05测定。
在本披露的另一方面，提供了一种用于使用前述实施例中任一项所定义的合金制备涡轮增压器壳体的方法。关于所述方法，更特别地，提供了一种用于制备涡轮增压器壳体的方法，所述方法包括
a)熔融混合具有以下组成的元素：
C：约0.2wt.-％至约0.6wt.-％，
Cr：约17wt.-％至约25wt.-％，
Mn：约8wt.-％至约13wt.-％，
Ni：约2wt.-％至约6wt.-％，
Si：约0.5wt.-％至约3wt.-％，
Nb：约0.2wt.-％至约1wt.-％，
V：约0.2wt.-％至约1wt.-％，
Mo：约0.2wt.-％至约1.5wt.-％，
N：约0.01wt.-％至约0.6wt.-％，尤其是约0.1wt.-％至约0.5wt.-％；
任选地，以下量的以下元素中的一种或多种：
W：约0.01wt.-％至约3wt.-％，
B：约0.01wt.-％至约0.1wt.-％，
Cu：约0.01wt.-％至约0.5wt.-％，
Ce：约0.01wt.-％至约0.3wt.-％；
任选地，总量小于约3wt.-％的其他元素(杂质)；以及
Fe作为余量；
b)将熔体铸造成涡轮增压器壳体。
有利地，根据本披露的方法可以包括使涡轮增压器壳体经受热处理。此类热处理的合适的实例包括在约1000℃至约1060℃、尤其约1010℃至约1050℃下持续热老化约2小时至约6小时，随后以高达约80℃/h、尤其约60℃/h至约80℃/h的速率冷却。可继续冷却直至达到约500℃至约700℃、尤其约550℃至约650℃的温度。然后可使合金通过例如空气冷却达到环境温度。
在以下文献中指示了用于生产合金材料和由其生产的制品的合适的示例性方法：US 4,608,094 A、US 4,532,974 A和US 4,191,094 A，将所有这些文献通过援引方式以其全部内容并入。
有利地，根据本披露的方法中的铸造可以是熔模铸造或砂模铸造工艺。
有利地，根据本披露的方法可以是如下方法，其中涡轮增压器壳体的与排气或压缩空气接触的内表面不经受用于至少部分去除所述内表面上氧化物层的烧蚀程序。
图1示出了根据本发明的排气涡轮增压器的以截面局部示出的透视图。图1中提及的部件如下：
1 涡轮增压器
2 涡轮机外壳
3 压缩器外壳
4 涡轮机转子
5 调节环
6 叶片支承环
7 调节叶片
8 枢转轴
9 供应管道
10 轴向连接件
11 致动装置
12 控制外壳
13 用于导向叶片7的自由空间
14 挺杆构件
15 涡轮机外壳2的环形部分
16 隔离件/隔离件凸轮
17 压缩机转子
18 引导栅
28 轴承外壳
R 旋转轴线
图1示出了涡轮增压器1，所述涡轮增压器具有涡轮机外壳2和压缩机外壳3，所述压缩机外壳通过轴承外壳28连接到所述涡轮机外壳上。外壳2、3和28沿着旋转轴线R被安排。所述涡轮机外壳以截面被局部地示出，以展示叶片支承环6和径向的外部引导栅18的安排，所述引导栅是由所述环形成的并且具有多个调节叶片7，这些调节叶片分布在圆周上并且具有多个旋转轴8。以此方式，形成了多个喷嘴截面，这些喷嘴截面根据这些调节叶片7的位置而是较大或较小的、并且利用来自发动机的排气在较大或较小的程度上作用于涡轮机转子4(所述涡轮机转子被定位在旋转轴线R的中心)上，所述排气是经由供应管道9供应的并经由中央连接件10而被排出，以便使用涡轮机转子4来驱动位于同一个轴上的压缩机转子17。为了控制这些调节叶片7的移动或位置，提供了致动装置11。这可以按照任何希望的方法来设计，并且一种选项可以具有控制外壳12，所述控制外壳控制被紧固在其上的挺杆构件14的移动，以便将所述挺杆构件在位于叶片支承环6后面的调节环5上的移动转化成所述调节环的轻微旋转移动。在叶片支承环6与涡轮机外壳2的环形零件15之间形成了用于这些调节叶片7的自由空间13。为了能够确保这个自由空间13，叶片支承环6具有多个隔离件16。在图1中，涡轮机外壳2和压缩机外壳3二者可以独立地或联合地代表根据本披露的涡轮机壳体。
考虑到本披露的合金的性能特征，特别是优异的耐氧化性和耐热冲击性以及由合金制成的铸件的光滑度，还设想了，本发明的合金在歧管、尤其是用于内燃机的歧管中的用途。
实例1
通过常规的砂模铸造工艺使用约1498℃的铸造温度制备涡轮增压器壳体。除杂质之外，在铸造工艺中使用的铁基奥氏体合金还含有以下元素：
C：0.3wt.-％至0.45wt.-％，
Cr：20wt.-％至22wt.-％，
Mn：9.5wt.-％至11.5wt.-％，
Ni：3wt.-％至4wt.-％，
Si：1.2wt.-％至2wt.-％，
Nb：0.4wt.-％至0.6wt.-％，
V：0.3wt.-％至0.6wt.-％，
Mo：0.3wt.-％至0.6wt.-％，
N：0.15to 0.35wt.-％；
Fe作为余量。
图2示出了根据实例1的合金的V2a刻蚀的奥氏体形态。
对比实例1
通过常规的砂模铸造工艺使用约1550℃的铸造温度制备涡轮增压器壳体。在铸造工艺中使用的铁基奥氏体合金对应于WO 2012/158332 A2的实例中披露的合金。除杂质之外，它还包含以下元素：
C：按重量计0.25％至0.35％，
Cr：按重量计15％至16.5％，
Mn：按重量计15％至17％，
Si：按重量计0.5％至1.2％，
Nb：按重量计0.5％至1.2％，
W：按重量计2％至3％，
N：按重量计0.2％至0.4％，
Fe作为余量
使根据实例1和对比实例1的合金的壳体和测试样品经受一系列对比测试。
1.机械性能
发现两种合金的机械性能(拉伸强度、屈服强度、和E-模量)是可接受的并且在适用于涡轮增压器壳体的范围内，尤其是在950℃-1000℃的工作温度下。然而，关于工作温度下的伸长率，实例1的合金具有显著改进的性能：与对比实例1的约70％至80％相比，实例1的伸长率仅为约45％。预期优异的工作温度下的伸长率可以积极地有助于TMF性能。
图3A和图3B示出了机械性能的结果。
2.耐氧化性
通过将合金的样品暴露于在1000℃(约16h)和1020℃(约8h)的24h温度循环下的模拟排气(85％N2和15％CO2)来测试合金的耐氧化性。总暴露时间是15天/循环(360h)。将样品冷却至环境温度，同时用氩气冲洗样品。通过测量样品的重量变化来确定氧化的程度。
发现实例1的氧化重量损失比对比实例1的重量损失小约60％。
测试样品的截面切割的进一步研究揭示，实例1的氧化深度仅约159μm并且表面看起来相对光滑。对比实例1示出了约341μm的氧化深度并且表面看起来相对粗糙。
3.热冲击测试
使由根据实例1的合金制备的涡轮增压器壳体经受热冲击测试。测试条件如下：温度980℃(970℃–995℃)和持续时间300h/1800循环(循环时间300秒)。然后，检查壳体的氧化、结垢和微裂纹。壳体通过了测试，并且表现出与经批准的商业涡轮增压器壳体相当的水平。
4.表面光滑度
将根据实例1和2的涡轮增压器壳体关于它们在铸态下的表面光滑度进行比较。对于涡轮增压器壳体的表面光滑度，与根据对比实例1的壳体相比，根据实例1的壳体得到了显著改进。
已经以展示性的方式描述了本发明，并且应理解的是，已经使用的术语旨在本质上是描述词语而非限制词语。目前对于本领域的技术人员应该清楚地是，鉴于以上的传授内容，主题发明的许多修改和变化都是可能的。因此应理解的是，在所附权利要求的范围内，可以与所具体描述的不同的方式来实践本发明。

Claims (25)

1.一种用于内燃机的涡轮增压器壳体，从由以下成分构成的铁基奥氏体合金铸造：
C：0.2wt.-％至0.6wt.-％，
Cr：17wt.-％至25wt.-％，
Mn：8wt.-％至13wt.-％，
Ni：2wt.-％至6wt.-％，
Si：0.5wt.-％至3wt.-％，
Nb：0.2wt.-％至1wt.-％，
V：0.2wt.-％至1wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至1.5wt.-％；
N：0.01wt.-％至0.6wt.-％；
Cu：0.01wt.-％至0.5wt.-％；
任选地包含W：0.01wt.-％至3wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量
其中，所述涡轮增压器壳体是由铁基奥氏体合金铸造的。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金包含：
N：0.1wt.-％至0.5wt.-％。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金含有：
C：0.3wt.-％至0.5wt.-％，
Cr：19wt.-％至23wt.-％，
Mn：9wt.-％至12wt.-％，
Ni：3wt.-％至5wt.-％，
Si：1.0wt.-％至2.2wt.-％，
Nb：0.3wt.-％至0.7wt.-％，
V：0.2wt.-％至0.8wt.-％，以及
Mo：0.2wt.-％至0.8wt.-％。
4.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金由以下成分构成：
C：0.2wt.-％至0.6wt.-％，
Cr：17wt.-％至25wt.-％，
Mn：8wt.-％至13wt.-％，
Ni：2wt.-％至6wt.-％，
Si：0.5wt.-％至3wt.-％，
Nb：0.2wt.-％至1wt.-％，
V：0.2wt.-％至1wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至1.5wt.-％；
N：0.01wt.-％至0.6wt.-％；
Cu：0.01wt.-％至0.5wt.-％；
B：0.01wt.-％至0.1wt.-％和Ce：0.01wt.-％至0.3wt.-％中的一种或多种；
任选地包含W：0.01wt.-％至3wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量。
5.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金由以下成分构成：
C：0.2wt.-％至0.6wt.-％，
Cr：17wt.-％至25wt.-％，
Mn：8wt.-％至13wt.-％，
Ni：2wt.-％至6wt.-％，
Si：0.5wt.-％至3wt.-％，
Nb：0.2wt.-％至1wt.-％，
V：0.2wt.-％至1wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至1.5wt.-％；
N：0.01wt.-％至0.6wt.-％；
Cu：0.1wt.-％至0.3wt.-％；
任选地包含W：0.5wt.-％至2wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量。
6.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金由以下成分构成：
C：0.2wt.-％至0.6wt.-％，
Cr：17wt.-％至25wt.-％，
Mn：8wt.-％至13wt.-％，
Ni：2wt.-％至6wt.-％，
Si：0.5wt.-％至3wt.-％，
Nb：0.2wt.-％至1wt.-％，
V：0.2wt.-％至1wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至1.5wt.-％；
N：0.01wt.-％至0.6wt.-％；
Cu：0.1wt.-％至0.3wt.-％；
B：0.01wt.-％至0.05wt.-％和Ce：0.1wt.-％至0.2wt.-％中的一种或多种；
任选地包含W：0.5wt.-％至2wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量。
7.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金具有小于1550℃的熔融温度。
8.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金具有在1450℃至1530℃范围内的熔融温度。
9.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金包含0.01wt.-％至0.05wt.-％的B。
10.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金含有小于0.5wt.-％的W。
11.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述涡轮增压器壳体的与排气或压缩空气接触的内表面具有小于100μm的表面粗糙度Rz。
12.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金包含树枝状碳化物析出物。
13.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金具有小于4％的σ相。
14.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金具有小于2％的σ相。
15.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金的微结构具有根据ASTM E112-12测量的在2与4之间的平均粒径。
16.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金由以下成分构成：
C：0.3wt.-％至0.5wt.-％，
Cr：19wt.-％至23wt.-％，
Mn：9wt.-％至12wt.-％，
Ni：3wt.-％至5wt.-％，
Si：1.0wt.-％至2.2wt.-％，
Nb：0.3wt.-％至0.7wt.-％，
V：0.2wt.-％至0.8wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至0.8wt.-％，
N：0.1wt.-％至0.5wt.-％；
Cu：0.1wt.-％至0.3wt.-％；
任选地包含W：0.5wt.-％至2wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量；
并且其中，所述铁基奥氏体合金具有小于1550℃的熔融温度。
17.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金由以下成分构成：
C：0.3wt.-％至0.5wt.-％，
Cr：19wt.-％至23wt.-％，
Mn：9wt.-％至12wt.-％，
Ni：3wt.-％至5wt.-％，
Si：1.0wt.-％至2.2wt.-％，
Nb：0.3wt.-％至0.7wt.-％，
V：0.2wt.-％至0.8wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至0.8wt.-％，
N：0.1wt.-％至0.5wt.-％；
Cu：0.1wt.-％至0.3wt.-％；
B：0.01wt.-％至0.05wt.-％和Ce：0.1wt.-％至0.2wt.-％中的一种或多种；
任选地包含W：0.5wt.-％至2wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量；
并且其中，所述铁基奥氏体合金具有小于1550℃的熔融温度。
18.根据权利要求16所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金具有在1450℃至1530℃范围内的熔融温度。
19.根据权利要求17所述的涡轮增压器壳体，其中，所述铁基奥氏体合金具有在1450℃至1530℃范围内的熔融温度。
20.一种用于制备如权利要求1限定的涡轮增压器壳体的方法，所述方法包括：
a)熔融混合具有以下成分的元素：
C：0.2wt.-％至0.6wt.-％，
Cr：17wt.-％至25wt.-％，
Mn：8wt.-％至13wt.-％，
Ni：2wt.-％至6wt.-％，
Si：0.5wt.-％至3wt.-％，
Nb：0.2wt.-％至1wt.-％，
V：0.2wt.-％至1wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至1.5wt.-％，
N：0.01wt.-％至0.6wt.-％；
Cu：0.01wt.-％至0.5wt.-％；
任选地包含W：0.01wt.-％至3wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量；
b)将熔体铸造成涡轮增压器壳体。
21.根据权利要求20所述的方法，包括：熔融混合具有以下成分的元素：
C：0.2wt.-％至0.6wt.-％，
Cr：17wt.-％至25wt.-％，
Mn：8wt.-％至13wt.-％，
Ni：2wt.-％至6wt.-％，
Si：0.5wt.-％至3wt.-％，
Nb：0.2wt.-％至1wt.-％，
V：0.2wt.-％至1wt.-％，
Mo：0.2wt.-％至1.5wt.-％；
N：0.01wt.-％至0.6wt.-％；
Cu：0.01wt.-％至0.5wt.-％；
B：0.01wt.-％至0.1wt.-％和Ce：0.01wt.-％至0.3wt.-％中的一种或多种；
任选地包含W：0.01wt.-％至3wt.-％；和
任选地包含总量小于3wt.-％的其他元素；以及
Fe作为余量。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述铁基奥氏体合金包含：
N：0.1wt.-％至0.5wt.-％。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，使所述涡轮增压器壳体经受热处理，在1000℃至1060℃下的热老化至少1小时，随后以至多80℃/h的速率冷却。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中，铸造是熔模铸造或砂模铸造工艺。
25.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中，所述涡轮增压器壳体的与排气或压缩空气接触的内表面不经受用于至少部分去除所述内表面上的氧化物层的烧蚀程序。
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