[发明专利]铝合金制涡轮轴用螺母

说明书

本发明的课题在于提供一种通过利用比重小的铝合金，实现轻量化，并且即使在高温化中也能得到必要的机械特性，特别是避免以温度变化为起因而螺母松缓的现象，通过与其他的构件组合而高响应化以及低噪声、低振动的效果高的螺母技术。一种为了在排气涡轮式涡轮增压器的涡轮轴上固定叶轮而使用的铝合金制的螺母，其中，其原料为铝合金制，该铝合金以重量比计由10.0％～11.5％的硅、0.50％以下的铁、2.0％～3.0％的铜、0.10％以下的锰、0.20％～0.50％的镁、0.10％以下的锌、0.10％以下的钛、分别为0.10％以下且合计为0.15％以下的其他各成分、剩余部分的铝组成。

技术领域

本发明涉及螺母的原料技术，详细而言，涉及通过将汽车用的排气涡轮式涡轮增压器中的涡轮轴使用的螺母设为轻量的铝合金原料，实现涡轮延迟的减轻、响应的提高并抑制噪声及振动的螺母的技术。

背景技术

汽车用排气涡轮式涡轮增压器是根据飞机技术而转用作汽车的内燃机中使用的增压装置的技术，其中，飞机技术提高空气的密度而向燃烧室输送更多的氧，从而能够实现氧浓度低的高度飞行。就汽车用排气涡轮式涡轮增压器而言，从开发最初直至现在为止的期间经历很多变迁才达到现在的程度，开发最初的目的为输出的提高，在1973年最初在汽车上搭载了排气涡轮式涡轮增压器的BMW公司的2002涡轮发挥出约30％的输出提高效果而出现，在日本，之后，存在与DOHC(双顶置凸轮轴)的组合、基于中间冷却器的进一步的高输出化、涡轮叶片的陶瓷化、涡轮轴采用滚珠轴承等各汽车制造商展开高输出竞争的时代背景。

涡轮增压器是高输出化不可或缺的手段，而且对于热效率的提高和排放的降低也有效。特别是在乘用车使用中要求高加速性能，因此以高响应化为目标的钛铝合金(Ti-Al系合金)、镁系合金(Mg合金)以及树脂制的叶轮等也出现，提出了轻量且高强度的材料技术。

这样，与排气涡轮式涡轮增压器相关的技术逐渐提高，近年来的需求将目光指向化石燃料枯竭化的避免、废气对环境的影响、环境负荷降低等，适合于以欧洲为中心的小型柴油发动机、在日本推行的小排气量汽油发动机的、能够从低转速区域增压的排气涡轮式涡轮增压器的开发为当务之急。

通常，在排气涡轮式涡轮增压器中，超过800℃的高温的燃烧气体与排气侧叶轮接触，其热量通过涡轮轴加热至设置在与排气侧相反侧的端部的螺母，因此如果螺母松缓而脱落，则也可能会引起叶轮的破损、及涡轮增压器自身废弃的事态。因而，对于上述涡轮轴的端部使用的螺母而言，耐热性优异且即使在被加热成高温的条件下机械特性也难以降低是必要不可或缺的。另外，上述螺母如果在高转速区域失去动态平衡，则也会对性能造成较大影响，因此希望尽可能地实现轻量化。然而，关于螺母，在构成排气涡轮的构件之中可以说开发迟缓。

鉴于这样的问题，可想到如果设为比以往作为螺母的原料而使用于排气涡轮式涡轮增压器的不锈钢合金或铬系钢的比重小的铝合金制，则能够解决上述的轻量化的问题。但是，作为铝的问题点，存在耐热性的问题。铝的熔点为660℃而较低，再结晶温度也为200℃左右，蠕变为180℃左右，需要通过对于热量进行合金化来提高这些在高温度区域的机械性质。基于合金化的铝的技术开发在拉伸强度、硬度等方面已经作出较多的研究，开发出甚至不输给弹簧钢等高碳钢的结构。然而，螺纹通过相互保持阳螺纹与阴螺纹的弹性力而紧固，如果体积膨胀率因温度变化而不同，则无法作为螺纹发挥功能，并不是单单只要提高硬度或强度即可，而是作为螺合构件的螺母的功能在使用的温度范围内不降低且难以松缓的特性的螺母的材料的开发还比较迟缓的现状。

以往，为了解决这样的上述问题而从本发明人以外也提出了各种技术方案。例如，公开了发明名称为“耐烧结性优异的12％铬系钢螺母材料”的技术(参照专利文献1)。具体而言，是“为了实现蠕变及蠕变断裂强度优异且具有优异的耐烧结性的螺母材料，以重量比计来确定各金属元素的比例，具有与以往的12％Cr系钢螺母材同样地蠕变及蠕变破断强度优异且具有与当前使用螺母材的5％Cr系钢同等的优异的耐烧结特性的材料”这样的技术。然而，专利文献1所记载的技术并未解决作为本发明的课题的使用铝合金制的原料所带来的轻量化的课题。