DE112009002014B4 - Turbocharger and vane for this - Google Patents

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Abstract

Verstellschaufel zur Turboladeranwendung, bestehend aus einer Eisenbasislegierung mit austenitischer Grundstruktur und dendritischen Carbidausscheidungen wobei die Eisenbasislegierung die folgenden Komponenten enthält:Adjustable blade for turbocharger application, consisting of an iron-based alloy with an austenitic basic structure and dendritic carbide deposits, the iron-based alloy containing the following components:

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellschaufel, für Turboladeranwendungen, insbesondere in einem Dieselmotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie einen Abgasturbolader mit einer Verstellschaufel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5.The invention relates to an adjusting blade for turbocharger applications, in particular in a diesel engine, according to the preamble of claim 1, and to an exhaust gas turbocharger with an adjusting blade according to the preamble of claim 5.

Abgasturbolader sind Systeme zur Leistungssteigerung von Kolbenmotoren. Bei einem Abgasturbolader wird die Energie der Abgase zur Leistungssteigerung verwendet. Die Leistungssteigerung resultiert daraus, dass der Gemischdurchsatz pro Arbeitstakt erhöht wird.Exhaust gas turbochargers are systems for increasing the performance of piston engines. In an exhaust gas turbocharger, the energy of the exhaust gases is used to increase performance. The increase in performance results from the fact that the mixture throughput per work cycle is increased.

Ein Turbolader besteht im Wesentlichen aus einer Abgasturbine mit einer Welle und einem Verdichter, wobei der im Ansaugtrakt des Motors angeordnete Verdichter mit der Welle verbunden ist, und die im Gehäuse der Abgasturbine und dem Verdichter befindlichen Schaufelräder rotieren. Bei einem Turbolader mit variabler Turbinengeometrie sind zusätzlich Verstellschaufeln drehbar in einem Schaufellagerring gelagert und werden mittels eines im Turbinengehäuse des Turboladers angeordneten Verstellrings, bewegt.A turbocharger essentially consists of an exhaust gas turbine with a shaft and a compressor, the compressor arranged in the intake tract of the engine being connected to the shaft and the blade wheels located in the housing of the exhaust gas turbine and the compressor rotating. In the case of a turbocharger with variable turbine geometry, adjusting blades are additionally rotatably mounted in a blade bearing ring and are moved by means of an adjusting ring arranged in the turbine housing of the turbocharger.

An die so genannten Verstellschaufeln werden extrem hohe Materialanforderungen gestellt. Das die Verstellschaufeln bildende Material muss hitzebeständig sein, also auch bei sehr hohen Temperaturen von bis zu etwa 900 °C noch eine ausreichende Festigkeit zeigen. Ferner muss das Material eine hohe Verschleißbeständigkeit sowie eine entsprechende Oxidationsbeständigkeit aufweisen, so dass die Korrosion bzw. der Verschleiß des Materials vermindert ist, und damit die Beständigkeit des Materials unter den extremen Arbeitsbedingungen gewährleistet bleibt. Ferner soll das Material gegenüber Erosionsangriffen resistent sein. Diese physikalischen Eigenschaften des Materials sollen sich auch im Bauteil, also der Verstellschaufel widerspiegeln.Extremely high material requirements are placed on the so-called adjustable blades. The material forming the adjustable blades must be heat-resistant, i.e. it must still show sufficient strength even at very high temperatures of up to about 900 ° C. Furthermore, the material must have a high resistance to wear and a corresponding resistance to oxidation, so that the corrosion or wear of the material is reduced, and thus the resistance of the material remains guaranteed under the extreme working conditions. The material should also be resistant to erosion attacks. These physical properties of the material should also be reflected in the component, i.e. the adjustable blade.

Hitzebeständige Materialien für Abgasturbolader bzw. deren Einzelkomponenten sind aus EP 1 396 620 A1 bekannt. Als geeignet wird hier ein Material angesehen, das eine spezifische Zusammensetzung aufweist, wobei die Oberfläche der Komponenten mit einer Chromcarbidschicht beschichtet sein kann und das Material einen geringen Anteil an kleinen, nichtmetallischen Einschlüssen, aufweist. Hiermit soll eine Hitzebeständigkeit des Turboladers bzw. dessen Einzelkomponenten von bis zu 700 °C oder mehr erzielt werden.Heat-resistant materials for exhaust gas turbochargers or their individual components are made of EP 1 396 620 A1 known. A material is considered to be suitable here which has a specific composition, wherein the surface of the components can be coated with a chromium carbide layer and the material has a small proportion of small, non-metallic inclusions. This is to achieve a heat resistance of the turbocharger or its individual components of up to 700 ° C or more.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstellschaufel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 bereitzustellen, die eine verbesserte Temperatur- und Oxidationsbeständigleit, sowie Erosionsbeständigkeit bei extremen Temperaturen, und auch eine entsprechende Nasskorrosionsbeständigkeit, aufweist, die sich durch optimale tribologische Eigenschaften auszeichnet und zudem eine verringerte Verschleißanfälligkeit zeigt.In contrast, it is an object of the present invention to provide an adjusting blade according to the preamble of claim 1 or a turbocharger according to the preamble of claim 5, which has improved temperature and oxidation resistance, erosion resistance at extreme temperatures, and also has a corresponding wet corrosion resistance, which is characterized by optimal tribological properties and also shows a reduced susceptibility to wear.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 5.The problem is solved by the features of claim 1 and claim 5.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Verstellschaufel bzw. eines Abgasturboladers, umfassend ebensolche Verstellschaufeln, wird eine bessere Temperaturbeständigkeit des Bauteils erzielt. Diese wird durch die in der Eisenbasislegierung enthaltenen dendritischen Carbidausscheidungen, also eine in der Eisenbasislegierung enthaltene Carbidmikrostruktur mit feinen Verästelungen und ferner Einlagerungen von Stickstoff in Form von Nitridstrukturen, noch um ein Vielfaches erhöht. Somit wird eine Verstellschaufel bzw. ein Abgasturbolader bereitgestellt, der die erfindungsgemäßen Verstellschaufeln enthält, die eine optimale Temperaturbeständigkeit im Bereich von bis zu 900 °C aufweist, ferner hoch warmfest ist, eine hohe Verschleiß-, Erosions- und Korrosionsbeständigkeit aufweist und sich darüber hinaus noch durch sehr gute Gleiteigenschaften bei verminderter Oxidierbarkeit auszeichnet.The inventive design of an adjusting blade or an exhaust gas turbocharger, comprising the same adjusting blades, results in better temperature resistance of the component. This is increased many times over by the dendritic carbide precipitates contained in the iron-based alloy, that is to say a carbide microstructure contained in the iron-based alloy with fine branches and further inclusions of nitrogen in the form of nitride structures. Thus, an adjusting blade or an exhaust gas turbocharger is provided, which contains the adjusting blades according to the invention, which has an optimal temperature resistance in the range of up to 900 ° C, is also highly heat-resistant, has a high wear, erosion and corrosion resistance and moreover characterized by very good sliding properties with reduced oxidizability.

Darüber hinaus bleibt die erfindungsgemäße Verstellschaufel formstabil und damit sehr eben, zeichnet sich also durch eine hohe Festigkeit des sie bildenden Materials aus.In addition, the adjusting blade according to the invention remains dimensionally stable and therefore very flat, and is therefore distinguished by the high strength of the material forming it.

Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird vermutet, dass Carbidausscheidungen in Form von Dendriten die Stabilität der Eisenbasislegierung dadurch erhöhen, dass sie feine Verästelungen im Mikrogefüge des Werkstoffes bilden, die eine Stützwirkung ausüben, so dass damit die Festigkeit des Materials und damit die Festigkeit der erfindungsgemäßen Verstellschaufel, aufgrund deren einzigartiger Struktur, deutlich erhöht wird. Die Einlagerungen des Elements Stickstoff in Form von Nitridstrukturen erhöhen dabei zusätzlich die Verschleißperformance und Korrosionsbeständigkeit.Without being bound by theory, it is believed that carbide deposits in the form of dendrites increase the stability of the iron-based alloy by forming fine branches in the microstructure of the material, which have a supporting effect, so that the strength of the material and thus the strength of the adjustable blade according to the invention, due to their unique structure, is significantly increased. The inclusion of the element nitrogen in the form of nitride structures also increases wear performance and corrosion resistance.

Das die erfindungsgemäße Verstellschaufel bildende Material bzw. die Verstellschaufel zeigt zudem eine optimale Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion. The material forming the adjusting blade according to the invention or the adjusting blade also shows optimal resistance to intergranular corrosion.

Die maximale Verschleißrate der erfindungsgemäßen Verstellschaufel beträgt dabei bei einer Lagerlast von 10 bis etwa 18 N/mm2, einer Gleitgeschwindigkeit von 0,0025 m/s, einer Bauteiltemperatur von etwa 500 bis 900 °C, einer Oberflächenrauheit Rz von 6,3, einer Prüfdauer von 500 Stunden, einer Taktfrequenz von 0,2 Hz, einem Verstellwinkel von 45°, einer Reibzahl von 0,28, einem Zapfendurchmesser von 4,7 mm, einer Druckpulsation von mehr als 200 mbar, einem Abgasdruck von mehr als 1,5 bar, bei einem Dieselabgas als Prüfmedium, weniger als 0,08 mm.The maximum wear rate of the adjusting blade according to the invention is at a bearing load of 10 to about 18 N / mm 2 , a sliding speed of 0.0025 m / s, a component temperature of about 500 to 900 ° C, a surface roughness Rz of 6.3, one Test duration of 500 hours, a clock frequency of 0.2 Hz, an adjustment angle of 45 °, a coefficient of friction of 0.28, a pin diameter of 4.7 mm, a pressure pulsation of more than 200 mbar, an exhaust gas pressure of more than 1.5 bar, with a diesel exhaust gas as test medium, less than 0.08 mm.

Die Werkstoffebenheit der erfindungsgemäßen Verstellschaufel beträgt während eines Thermoschock-Zyklustests mit einer Prüfzeit von 300 Stunden weniger als 0,1 mm bei einem Umfang am Durchmesser von 80 mm.The flatness of the material of the adjusting blade according to the invention during a thermal shock cycle test with a test time of 300 hours is less than 0.1 mm with a circumference of 80 mm in diameter.

Das Material der erfindungsgemäßen Verstellschaufel lässt sich mittels herkömmlicher Schweißverfahren, wie WIG, Plasma- und auch EB-Verfahren schweißen.The material of the adjusting blade according to the invention can be welded using conventional welding processes, such as TIG, plasma and EB processes.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims contain advantageous developments of the invention regarding the content.

In einer Ausführungsform zeichnet sich die Verstellschaufel durch eine spezifische Zusammensetzung aus, die die Komponenten C: 0,1 bis 2 Gew.-%, Cr: 18 bis 43 Gew.-%, Ni: 5 bis 15 Gew.-%, Mn: 8 bis 16 Gew.-%, Si: ≤ 1,3 Gew.-%, Nb: 0,5 bis 4 Gew.-%, N: 0,1 bis 3 Gew.-%, V: 0,2 bis 2,0 Gew.-% und Fe enthält.In one embodiment, the adjustable blade is distinguished by a specific composition which comprises the components C: 0.1 to 2% by weight, Cr: 18 to 43% by weight, Ni: 5 to 15% by weight, Mn: 8 to 16% by weight, Si: ≤ 1.3% by weight, Nb: 0.5 to 4% by weight, N: 0.1 to 3% by weight, V: 0.2 to 2 , 0 wt .-% and Fe contains.

Der Einfluss der einzelnen Elemente auf eine Eisenbasislegierung ist bekannt, jedoch wurde nun überraschend gefunden, dass gerade die beschriebene Zusammensetzung einen Werkstoff ergibt, der, wenn er zu einer Verstellschaufel verarbeitet wird, ein besonders ausgewogenes Eigenschaftsprofil aufweist. Durch diese erfindungsgemäße Zusammensetzung wird eine Verstellschaufel mit besonders hoher Warmfestigkeit und Temperaturbeständigkeit, sogar bis 900 °C, erhalten, die sich durch sehr gute Gleiteigenschaften und damit einen geringen Gleitverschleiß bzw. Verschleiß durch Abnutzung, auszeichnet. Zudem ist die Erosionsbeständigkeit gegenüber bekannten Materialien erhöht, dies gilt ferner auch für die Nasskorrosion. Der Werkstoff und damit die erfindungsgemäße Verstellschaufel ist zudem extrem formstabil, das Material weist demnach eine hohe Festigkeit und Formbeständigkeit auf.The influence of the individual elements on an iron-based alloy is known, but it has now surprisingly been found that the composition described results in a material which, when processed into an adjustable blade, has a particularly balanced property profile. By means of this composition according to the invention, an adjusting blade with particularly high heat resistance and temperature resistance, even up to 900 ° C., is obtained, which is characterized by very good sliding properties and thus low sliding wear or wear due to wear. In addition, the erosion resistance compared to known materials is increased, this also applies to wet corrosion. The material and thus the adjusting blade according to the invention is also extremely dimensionally stable, and the material accordingly has high strength and dimensional stability.

Diese Eigenschaften können noch weiter verbessert werden. Hierfür sieht eine Ausführungsform vor, dass die erfindungsgemäße Verstellschaufel aus einem Material besteht, das folgende Elemente enthält: C: 0,2 bis 1,0 Gew.-%, Cr: 20 bis 32 Gew.-%, Ni: 7 bis 14 Gew.-%, Mn: 9 bis 14,5 Gew.-%, Si: ≤ 1 Gew.-%, Nb: 0,75 bis 3,5 Gew.-%, N: 0,1 bis 1,0 Gew.-%, V: 0,3 bis 1,6 Gew.-% und Fe.These properties can be further improved. For this purpose, an embodiment provides that the adjusting blade according to the invention consists of a material which contains the following elements: C: 0.2 to 1.0% by weight, Cr: 20 to 32% by weight, Ni: 7 to 14% by weight .-%, Mn: 9 to 14.5% by weight, Si: ≤ 1% by weight, Nb: 0.75 to 3.5% by weight, N: 0.1 to 1.0% by weight. %, V: 0.3 to 1.6% by weight and Fe.

Eine derart hergestellt Verstellschaufel zeigt neben der hohen Warmfestigkeit von bis zu 900 °C noch einmal deutlich verbesserte Gleiteigenschaften auf. Der Gleitverschleiß ist hier minimiert. Zudem ist die Beständigkeit gegenüber Korrosion und Erosion maximiert. Diese Eigenschaften treten neben die sehr gute Formbeständigkeit und Formstabilität der erfindungsgemäßen Verstellschaufel bei hohen Temperaturen.In addition to the high heat resistance of up to 900 ° C, an adjustable blade manufactured in this way again shows significantly improved sliding properties. Sliding wear is minimized here. Resistance to corrosion and erosion is also maximized. These properties occur in addition to the very good dimensional stability and dimensional stability of the adjusting blade according to the invention at high temperatures.

Somit weist ein derart hergestellter Werkstoff, und damit die erfindungsgemäße Verstellschaufel, folgende Eigenschaften auf: Mechanische Eigenschaften Wert Messverfahren Zugfestigkeit Rm > 685 MPa ASTM E 8M / EN 10002-1; bei erhöhter Temp.: EN 10002-5 Streckgrenze Rp0,2 > 330 MPa Standardverfahren Bruchdehnung > 14 % Standardverfahren Härte 205 bis 265 HB ASTM E 92 / ISO 6507-1 Längenausdehnungsko effizient 16 bis 19 K-1 (20 bis 900 °C) Standardverfahren Thus, a material produced in this way, and thus the adjusting blade according to the invention, has the following properties: Mechanical properties value measurement methods Tensile strength R m > 685 MPa ASTM E 8M / EN 10002-1; at increased temp .: EN 10002-5 Yield strength R p0.2 > 330 MPa standard procedures elongation > 14% standard procedures hardness 205 to 265 HB ASTM E 92 / ISO 6507-1 Coefficient of linear expansion 16 to 19 K -1 (20 to 900 ° C) standard procedures

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Verstellschaufel, bzw. das sie bildende Material, die Eisenbasislegierung, frei von Sigmaphasen. Sigmaphasen sind spröde, intermetallische Phasen hoher Härte. Sie entstehen, wenn ein kubischraumzentriertes und ein kubischflächenzentriertes Metall aufeinandertreffen, deren Atomradien mit nur geringer Abweichung übereinstimmen. Derartige Sigmaphasen sind aufgrund ihrer versprödenden Wirkung und auch wegen der Eigenschaft der Matrix Chrom zu entziehen, nicht erwünscht. Das erfindungsgemäße Material zeichnet sich demnach gemäß dieser weiteren vorteilhaften Ausführungsform dadurch aus, dass es frei ist von Sigmaphasen. Dies wirkt der Versprödung des Materials entgegen und erhöht deren Haltbarkeit. Die Reduzierung bzw. die Vermeidung von Sigmaphasen wird dadurch erreicht, dass der Siliziumgehalt in dem Legierungsmaterial auf weniger als 1,3 Gew.-% und bevorzugt weniger als 1 Gew.-% abgesenkt wird. Ferner ist es hier vorteilhaft, Austenitbildner wie z.B. Mangan, Stickstoff und Nickel, gegebenenfalls in Kombination, einzusetzen.According to a further embodiment of the invention, the adjusting blade according to the invention, or the material forming it, the iron-based alloy, is free of sigma phases. Sigma phases are brittle, intermetallic phases of high hardness. They arise when a cubic space-centered and a cubic surface-centered metal meet, the atomic radii of which match with only a slight deviation. such Sigma phases are undesirable because of their embrittling effect and also because of the property of the matrix to remove chromium. According to this further advantageous embodiment, the material according to the invention is therefore characterized in that it is free of sigma phases. This counteracts the embrittlement of the material and increases its durability. The reduction or avoidance of sigma phases is achieved in that the silicon content in the alloy material is reduced to less than 1.3% by weight and preferably less than 1% by weight. It is also advantageous here to use austenite formers such as manganese, nitrogen and nickel, optionally in combination.

Als selbständig handelbares Objekt definiert Anspruch 5 einen Abgasturbolader, der eine Verstellschaufel, wie bereits beschrieben, umfasst, die aus einer austenitischen Grundstruktur besteht und dendritische Carbidausscheidungen aufweist bzw. enthält.Claim 5 defines an exhaust gas turbocharger as an independently tradable object, which comprises an adjustment blade, as already described, which consists of an austenitic basic structure and has or contains dendritic carbide precipitates.

1 zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellte Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers. In 1 ist der erfindungsgemäße Turbolader 1 dargestellt, der ein Turbinengehäuse 2 und ein damit über ein Lagergehäuse 28 verbundenes Kompressorgehäuse 3 aufweist. Die Gehäuse 2, 3 und 28 sind entlang einer Rotationsachse R angeordnet. Das Turbinengehäuse ist teilweise im Schnitt gezeigt, um die Anordnung eines Schaufellagerrings 6 und ein von diesem gebildetes radial äußeres Leitgitter 18 zu verdeutlichen, das eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Verstellschaufeln 7 mit Drehachsen 8 aufweist. Hierdurch werden Düsenquerschnitte gebildet, die je nach der Lage der Verstellschaufeln 7 größer oder kleiner sind und den in der Mitte an der Rotationsachse R gelegenen Turbinenrotor 4 mehr oder weniger mit dem über einen Zuführkanal 9 zugeführten und über einen Zentralstutzen 10 abgeführten Abgas eines Motors beaufschlagen, um über den Turbinenrotor 4 einen auf derselben Welle sitzenden Kompressorrotor 17 anzutreiben. 1 shows a perspective view, partially in section, of an exhaust gas turbocharger according to the invention. In 1 is the turbocharger according to the invention 1 shown of a turbine housing 2 and one with a bearing housing 28 connected compressor housing 3 having. The housing 2 . 3 and 28 are along an axis of rotation R arranged. The turbine housing is shown partially in section around the arrangement of a vane bearing ring 6 and a radially outer baffle formed therefrom 18 to clarify that a plurality of adjustment blades distributed over the circumference 7 with axes of rotation 8th having. As a result, nozzle cross sections are formed which, depending on the position of the adjusting blades 7 are larger or smaller and that in the middle on the axis of rotation R located turbine rotor 4 more or less with that via a feed channel 9 fed and via a central connector 10 exhausted exhaust gas from an engine is applied to through the turbine rotor 4 a compressor rotor sitting on the same shaft 17 drive.

Um die Bewegungen bzw. die Lage der Verstellschaufeln 7 zu steuern, ist eine Betätigungseinrichtung 11 vorgesehen. Diese kann an sich beliebig ausgebildet sein, jedoch weist eine bevorzugte Ausführungsform ein Steuergehäuse 12 auf, das die Steuerbewegung eines an ihr befestigten Stößelgliedes 14 steuert, um dessen Bewegung auf einen hinter dem Schaufellagerring 6 gelegenen Verstellring 5 in eine leichte Drehbewegung desselben umzusetzen. Zwischen dem Schaufellagerring 6 und einem ringförmigen Teil 15 des Turbinengehäuses 2 wird ein Freiraum 13 für die Verstellschaufeln 7 gebildet. Um diesen Freiraum 13 sichern zu können, weist der Schaufellagerring 6 Abstandshalter 16 auf.About the movements or the position of the adjustment blades 7 to control is an actuator 11 intended. This can be of any design, but a preferred embodiment has a control housing 12 on the control movement of a pusher member attached to it 14 controls its movement to one behind the blade ring 6 located adjustment ring 5 to convert it into a slight rotary movement. Between the blade bearing ring 6 and an annular part 15 of the turbine housing 2 becomes a space 13 for the adjustable blades 7 educated. To this freedom 13 To be able to secure, the blade bearing ring 6 spacer 16 on.

- Beispiel -- example -

Aus den nachfolgenden Elementen wurde nach einem gängigen Verfahren eine Legierung hergestellt, aus der erfindungsgemäße Verstellschaufeln gebildet wurden. Die chemische Analyse ergab die nachfolgenden Werte für die Elemente: C: 0,2 bis 0,5 Gew.-%; Cr: 23 bis 26,5 Gew.-%; Ni: 9 bis 13,5 Gew.-%; Mn: 9 bis 12,5 Gew.-%; Si: max. 1,3 Gew.-%; Nb: 0,75 bis 1,75 Gew.-%; V: 0,7 bis 1,6 Gew.-%; N: 0,1 bis 0,4 Gew.-%, Rest: Eisen.An alloy was produced from the following elements using a common method, from which adjusting blades according to the invention were formed. Chemical analysis gave the following values for the elements: C: 0.2 to 0.5% by weight; Cr: 23 to 26.5 wt%; Ni: 9 to 13.5% by weight; Mn: 9 to 12.5% by weight; Si: max. 1.3% by weight; Nb: 0.75 to 1.75% by weight; V: 0.7 to 1.6% by weight; N: 0.1 to 0.4% by weight, balance: iron.

Die gemäß diesem Beispiel hergestellten Verstellschaufeln zeichneten sich durch eine Zugfestigkeit Rm von 687 MPa aus (ASTM E 8M / EN 10002-1; bei erhöhter Temperatur: EN 10002-5). Die Streckgrenze Rp 0,2 (gemessen nach Standardverfahren) betrug 337 MPa. Die Bruchdehnung des Materials (gemessen nach Standardverfahren) betrug 14,2 %. Die Härte des Materials (gemessen nach ASTM E 92 / ISO 6507-1) betrug 258 HB. Der Längenausdehnungskoeffizient (gemessen nach Standardverfahren) betrug 17,8 K-1 (20 bis 900°C). Das Material wurde einer Validierungstestreihe unterworfen, die folgende Tests umfasste:

  • - Freibewitterungstest
  • - Klimawechseltest
  • - Thermoschocktest/Zyklustest-300h
  • - Heißgaskorrosionstest im Spaltofen
The adjustable blades manufactured according to this example were characterized by a tensile strength R m of 687 MPa (ASTM E 8M / EN 10002-1; at elevated temperatures: EN 10002-5). The yield strength R p 0.2 (measured according to standard methods) was 337 MPa. The elongation at break of the material (measured according to standard methods) was 14.2%. The hardness of the material (measured according to ASTM E 92 / ISO 6507-1) was 258 HB. The coefficient of linear expansion (measured according to standard methods) was 17.8 K -1 (20 to 900 ° C). The material was subjected to a series of validation tests that included the following tests:
  • - outdoor weathering test
  • - Climate change test
  • - Thermal shock test / cycle test-300h
  • - Hot gas corrosion test in the cracking furnace

Das Bauteil zeichnete sich bei allen Tests durch eine ausgezeichnete Resistenz gegenüber den einwirkenden Kräften aus. Das Material wies somit eine extrem hohe Verschleißbeständigkeit und hervorragende Oxidationsbeständigkeit auf, so dass Korrosion bzw. Verschleiß des Materials unter den angegebenen Bedingungen deutlich vermindert waren, und damit die Beständigkeit des Materials auch über eine lange Zeit gewährleistet blieb.The component was characterized in all tests by excellent resistance to the acting forces. The material thus had an extremely high wear resistance and excellent oxidation resistance, so that corrosion or wear of the material was significantly reduced under the specified conditions, and thus the durability of the material was guaranteed even over a long period.

Thermozyklustest:Thermal cycle test:

Das erfindungsgemäße Bauteil wurde einem Thermozyklustest unterzogen, wobei die Thermoschocks folgendermaßen gefahren wurden:

  1. 1. Verwendung feststehender Läufer;
  2. 2. 2-ATL-Betrieb;
  3. 3. Versuchsdauer: 350 h (ca. 2000 Zyklen);
  4. 4. Während des gesamten Versuchs bleibt die Abgasklappe bei den ATL's um 15° geöffnet;
  5. 5. Hohe Temperatur: Nennleistungspunkt T3 = 750°C, Massenstrom ATL turbinenseitig: 0,5 kg/s;
  6. 6. Niedrige Temperatur: T3 = 100°C, Massenstrom ATL turbinenseitig: 0,5 kg/s;
  7. 7. Zyklusdauer: 2 x 5 min. (10 min.);
  8. 8. Durchführung von drei Zwischenrissprüfungen.
The component according to the invention was subjected to a thermal cycle test, the thermal shocks being carried out as follows:
  1. 1. Use of fixed runners;
  2. 2. 2-ATL operation;
  3. 3. Test duration: 350 h (approx. 2000 cycles);
  4. 4. During the entire experiment, the exhaust flap on the ATLs remains open by 15 °;
  5. 5. High temperature: nominal power point T3 = 750 ° C, mass flow ATL turbine side: 0.5 kg / s;
  6. 6. Low temperature: T3 = 100 ° C, mass flow ATL turbine side: 0.5 kg / s;
  7. 7. Cycle time: 2 x 5 min. (10 min.);
  8. 8. Carrying out three intermediate crack tests.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Turboladerturbocharger
22
Turbinengehäuseturbine housing
33
Kompressorgehäusecompressor housing
44
Turbinenrotorturbine rotor
55
Verstellringadjusting
66
SchaufellagerringNozzle ring
77
Verstellschaufelnadjusting blades
88th
Drehachsenrotational axes
99
Zuführkanalfeed
1010
AxialstutzenAxialstutzen
1111
Betätigungseinrichtungactuator
1212
Steuergehäusecontrol housing
1313
Freiraum für Verstellschaufeln 7 Free space for adjustable blades 7
1414
Stößelgliedplunger member
1515
ringförmiger Teil des Turbinengehäuses 2 annular part of the turbine housing 2
1616
Abstandshalter/DistanznockenSpacer / spacer cams
1717
Kompressorrotorcompressor rotor
1818
Leitgitterguide grid
2828
Lagergehäusebearing housing
RR
Rotationsachseaxis of rotation

Claims (6)

Verstellschaufel zur Turboladeranwendung, bestehend aus einer Eisenbasislegierung mit austenitischer Grundstruktur und dendritischen Carbidausscheidungen wobei die Eisenbasislegierung die folgenden Komponenten enthält: C: 0,1 bis 2 Gew.-%, Cr: 18 bis 43 Gew.-%, Ni: 5 bis 15 Gew.-%, Mn: 8 bis 16 Gew.-%, Si: ≤ 1,3 Gew.-%, Nb: 0,5 bis 4 Gew.-%, N: 0,1 bis 3 Gew.-%, V: 0,2 bis 2,0 Gew.-% und Fe.
Adjustable blade for turbocharger application, consisting of an iron-based alloy with an austenitic basic structure and dendritic carbide deposits, the iron-based alloy containing the following components: C: 0.1 to 2% by weight, Cr: 18 to 43% by weight, Ni: 5 to 15% by weight, Mn: 8 to 16% by weight, Si: ≤ 1.3% by weight, Nb: 0.5 to 4% by weight, N: 0.1 to 3% by weight, V: 0.2 to 2.0% by weight and Fe.
Verstellschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Verwendung in Dieselmotoren geeignet ist.Adjustable bucket after Claim 1 , characterized in that it is suitable for use in diesel engines. Verstellschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Komponenten enthält: C: 0,2 bis 1,0 Gew.-%, Cr: 20 bis 32 Gew.-%, Ni: 7 bis 14 Gew.-%, Mn: 9 bis 14,5Gew.-%, Si: ≤ 1 Gew.-%, Nb: 0,75 bis 3,5 Gew.-%, N: 0,1 bis 1,0 Gew.-%, V: 0,3 bis1,6 Gew.-%, und Fe.Adjustable bucket after Claim 1 , characterized in that it contains the following components: C: 0.2 to 1.0% by weight, Cr: 20 to 32% by weight, Ni: 7 to 14% by weight, Mn: 9 to 14, 5% by weight, Si: ≤ 1% by weight, Nb: 0.75 to 3.5% by weight, N: 0.1 to 1.0% by weight, V: 0.3 to 1.6 % By weight, and Fe. Verstellschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenbasislegierung frei ist von Sigmaphasen.Adjustable bucket after Claim 1 , characterized in that the iron-based alloy is free of sigma phases. Abgasturbolader, umfassend eine Verstellschaufel bestehend aus einer Eisenbasislegierung mit austenitischer Grundstruktur und dendritischen Carbidausscheidungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Exhaust gas turbocharger, comprising an adjustable blade consisting of an iron-based alloy with an austenitic basic structure and dendritic carbide precipitates according to one of the Claims 1 to 4 , Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader zur Verwendung in Dieselmotoren geeignet ist.Exhaust gas turbocharger after Claim 5 , characterized in that the exhaust gas turbocharger is suitable for use in diesel engines.
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