JP5214848B2 - 半径流圧縮機インペラとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともＡｌとＣｕとを含む熱硬化性合金から成る母材で作った半径流圧縮機インペラとその製造方法に関する。

排気ガス駆動式過給機における公知の半径流圧縮機インペラは、ＡｌＣｕＭｇ合金からなる。この合金を熱硬化すべくＴ６・熱処理を行う。この処理は、合金をまず約３時間にわたり約５００℃の温度に加熱し、それから室温に急冷する。この材料を、続いて８時間にわたり約１８０〜２００℃の熱エージング温度に保ち、その後室温に冷却する。

このように製造した半径流圧縮機インペラは、限られた耐熱性しか示さない。空気の出口温度が数時間にわたり熱エージング温度に達するか超過した際、インペラ外縁、即ち圧縮空気の出口範囲に材料の過剰劣化が生ずる。この過剰劣化は強度を低下させ、このために、例えばインペラ部品が折損して損傷を生ずる。

本発明の課題は、被圧縮気体の出口範囲における熱的強度が増大した、冒頭に述べた形式の半径流圧縮機インペラを提供することにある。

この課題は本発明に基づき、インペラの外側部が、母材との間にグラジエント材料を形成する、Ａｌを含む耐熱合金で形成された付加材料から成ることにより解決できる。これに伴い、耐熱性外側部を備えた十分な強度の半径流圧縮機インペラを製造できる。

本発明の第１実施態様では、外側部の付加材料は少なくともＡｌとＣｕとを含む合金から成る。本発明の他の実施態様では、外側部の付加材料は少なくともＡｌとＦｅとを含む合金から成る。

頭記の形式の半径流圧縮機インペラを製造すべく、粉末冶金用の母材の付加材料から、等温プレス法でグラジエント材料から成る半製品を製造する。或いは同じ目的で、溶融母材と溶融付加材料のスプレイ凝結によりグラジエント材料から成る半製品を製造する。

本発明の他の特徴を、従属請求項と図を参照した本発明の２つの実施例の説明で明らかにする。図１〜５は第１実施例、そして図６と７は第２実施例の製造工程を各々示す。

（実施例１）
第１実施例では、カプセル１を薄いＡｌ外被で製造する。その形状は次の工程での材料収縮を考慮に入れた、製造すべき半径流圧縮機インペラの輪郭に相当する。カプセル１内に、半径流圧縮機インペラの主要部を形成する粉末状母材２を詰め込む。母材は少なくとも成分ＡｌとＣｕとを含む合金から成る。他の合金成分、例えばＭｇも含有できる。母材を、カプセル１への詰め込み前に細かな粉末に粉砕し又はカプセル１内に噴霧する。

続いて図２に示す如く、カプセル１の、後で羽根先端を形成すべく用いる外側領域に、同様に粉末状の付加材料３を詰め込む。この付加材料３は、合金成分ＡｌとＣ並びに場合によっては他の少量の成分を含んでいる。

付加材料３の詰め込み後、カプセル１の蓋４で閉じ、続いて排気する。そしてカプセル１を、図３に示す如く、高温高圧で等温プレス処理する。

図４に示す如く、等温プレス処理により均一な半製品５が生ずる。この半製品５は母材２と付加材料３との間に、両材料の成分が混在する遷移領域６を有している。

必要に応じ、半製品５に、続く鍛造成形後、母材２に対し上述のＴ６・熱処理を施す。

その後半製品を、図５に示す如く、ロータ本体７と羽根８を形成すべく切削加工する。

羽根８の外側部は耐熱性の付加材料３から成る。両材料２、３から成るグラジエント材料により、羽根８の外側部の優れた耐熱性を保証しつつ、インペラの機械的強度を保持できる。

（実施例２）
第２実施例では、母材としてＡｌ・Ｃｕ合金を利用する。この母材は、Ｍｇ等の少量の他成分も含み得る。付加材料として、成分ＡｌとＦｅとを含む耐熱性の急速硬化合金を利用し、この合金に少量の他の付加合金成分を付加できる。

両材料を溶融させ、別個の配管１０、１１を経て保護ガス封入容器１２に供給する。容器１２は、下部に回転冷却円板１２を有している。配管１０、１１の先端に夫々ノズル１４、１５を配置し、該ノズル１４、１５から液状材料を細かな液滴の形で噴霧する。一方のノズル１４は、母材１６を冷却円板１２上に中央芯として吹き付けるべく向いている。これに対し他方のノズル１５は、小液滴状に噴霧した付加材料１７を、冷却円板１２の回転中に一様に外側から母材１６上に吹き付けるべく向いている。容器１２には永続的に保護ガスを封入してある。図６に示す如く、冷却円板１３上へのスプレイ凝結によって、グラジエント材料から成る円筒体が生じ、該円筒体は内側に母材１６を、外側に付加材料１７を有し、その両材料間に遷移領域が存在している。その場合、ノズル１４、１５を円筒体の長手軸線の方向に移動可能に配置するとよい。

図７に示す如く、続いて半製品１８を形成すべく、グラジエント材料から成る円筒体を水平切断によって分割する。

その後半製品１８を、第１実施例と同様に鍛造し、Ｔ６・熱処理し、続いて切削する。

本発明に基づく製造方法の第１実施例における最初の工程の説明図。 図１の次工程の説明図。 図２の次工程の説明図。 図３の次工程の説明図。 図４の次工程の説明図。 本発明に基づく製造方法の第２実施例における工程の説明図。 図６の次の工程の説明図。

符号の説明

１ カプセル、２、１６ 母材、３、１７ 付加材料、５ 半製品、１３ 冷却円板

Claims (6)

1. 少なくともＡｌとＣｕとを含む合金から成る母材で作られた半径流圧縮機インペラにおいて、
   インペラの外側部が、Ａｌを含む耐熱合金で形成された付加材料（３、１７）から成り、
   Ａｌ外被から成りインペラの輪郭に相当するカプセル（１）の中に、中央に粉末状母材（２）、外側領域に粉末状付加材料（３）を夫々詰め込み、カプセル（１）を閉鎖し排気した後、カプセル（１）上に高温・高圧を加えることにより形成された半製品から加工されたことを特徴とする半径流圧縮機インペラ。
2. 外側部の付加材料（３）が少なくともＡｌとＣｕとを含む合金から成ることを特徴とする請求項１記載のインペラ。
3. 外側部の付加材料（１７）が少なくともＡｌとＦｅとを含む合金から成ることを特徴とする請求項１記載のインペラ。
4. 母材（２）と付加材料（３）とから、等温プレス法により半製品（５）を製造する請求項１から３の１つに記載の半径流圧縮機インペラの製造方法であって、
   Ａｌ外被から成りインペラの輪郭に相当するカプセル（１）の中に、中央に粉末状母材（２）、外側領域に粉末状付加材料（３）を夫々詰め込み、カプセル（１）を閉鎖し排気した後、半製品を形成すべく、カプセル（１）上に高温・高圧を加えることを特徴とする方法。
5. 母材（２）および付加材料（３）を、粉砕或いは噴霧することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 半製品（５、１８）を鍛造し、その後、母材（２，１６）を硬化すべく熱処理し、続いて最終形状に切削加工することを特徴とする請求項４又は５記載の方法。
   
   

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