[发明专利]不锈钢合金、由所述不锈钢合金制成的涡轮增压器涡轮壳体及其制造方法

说明书

技术领域

本公开总体上涉及不锈钢合金。更具体地，本公开涉及在高温下展现出抗氧化性的、用于铸件应用(例如涡轮和涡轮增压器壳体、排气歧管和燃烧室)的不锈钢合金及其制造方法。

背景技术

在运行过程中，汽车或飞机的涡轮增压器壳体承受着升高的运行温度。这些壳体必须能够容纳具有超高旋转速度的涡轮叶轮。从汽车或飞机发动机排出的废气在高温下最先接触涡轮增压器的金属部分，如涡轮增压器的气体入口区域。由于通过提高废气温度可改善高速性能，因此，已经试图逐渐提高发动机的废气温度。由于这些高温，作用于部件(诸如排气歧管和涡轮壳体)上的热载荷变得非产大。

这些接触涡轮增压器的金属部分的提高的废气温度带来了各种问题。例如，由废气温度升高引起的一个问题是材料的热变形，在涡轮壳体和排气歧管内，材料的热变形在高温区和低温区之间交替，伴随着取决于具体情况的热膨胀和热收缩，其通过这样的热变形会导致表面氧化褶皱，并且可继续发展并形成穿透裂纹。

为了克服与更高运行温度相关的挑战，用于涡轮增压器应用的现有技术合金已包括高镍含量的合金，如可商购的高镍球墨铸铁合金。这些实例为由InternationalNickelCompany开发的NiResist^TM，或者HK30，一种铬-镍-铁不锈钢合金，其包含约25％的铬和20％的镍，余量基本为Fe。HK系列不锈钢合金一般含有大约18-22％的镍，并且是完全奥氏体合金。

在蠕变强度方面，HK不锈钢合金是强大的不锈钢铸造合金。然而，当面对涡轮增压器壳体所要求的高温性能时，此类合金由于它们的高镍含量而特别昂贵。而且，由于最近Ni的价格突然上涨，使得具有高镍含量的材料的成本受到大量关注。

因此，需要可用于涡轮增压器应用的不锈钢合金，其能够承受现代发动机所产生的较高运行温度，但是使昂贵的镍的含量减至最低。此外，从随后的本发明主题的详细描述和所附权利要求书，结合本发明主题的附图和该背景技术，本发明主题的其它所期望的特征和特性将变得显而易见。

发明内容

本发明提供不锈钢合金、涡轮增压器涡轮壳体、以及制造涡轮增压器涡轮壳体的方法。

在一个实施方案中，仅通过示例的方式，奥氏体不锈钢合金按重量计包含，约22％至约28％的铬、约3.5％至约6.5％的镍、约1％至约6％的锰、约0.5％至约2.5％的硅、约0.3％至约0.6％的碳、约0.2％至约0.8％的铌、约0.2％至约0.8％的氮、和余量的铁。不包含钼和钨。

在另一实施方案中，仅通过示例的方式，涡轮增压器涡轮壳体包含奥氏体不锈钢合金，该合金按重量计包含，约22％至约28％的铬、约3.5％至约6.5％的镍、约1％至约6％的锰、约0.5％至约2.5％的硅、约0.3％至约0.6％的碳、约0.2％至约0.8％的铌、约0.2％至约0.8％的氮、和余量的铁。不包含钼和钨。

在又一实施方案中，制造涡轮增压器涡轮壳体的方法包括由奥氏体不锈钢合金制成涡轮增压器涡轮壳体，该合金按重量计包含，约22％至约28％的铬、约3.5％至约6.5％的镍、约1％至约6％的锰、约0.5％至约2.5％的硅、约0.3％至约0.6％的碳、约0.2％至约0.8％的铌、约0.2％至约0.8％的氮、和余量的铁。不包含钼和钨。

提供本发明内容以简化的方式介绍概念的选择，其将在下文的具体实施方式中得到进一步描述。本发明内容并不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于辅助确定所要求保护主题的范围。

附图说明

接下来将结合下面的附图来描述本发明的主题，其中相同的数字表示相同的要素，并且其中：

图1是根据本公开的涡轮增压内燃机的一个实施方案的系统示意图。

图2是示出某些不锈钢合金的热膨胀系数的比较图；

图3是示出某些不锈钢合金的热导率的比较图；

图4是示出某些不锈钢合金的比热的比较图；

图5是示出某些不锈钢合金在室温下的极限强度和屈服强度的比较图；

图6是示出某些不锈钢合金的高温屈服强度的比较图；和

图7是示出某些不锈钢合金的杨氏模量的比较图。

具体实施方式