[发明专利]包括镍基合金的涡轮机叶轮

说明书

本文公开了包括镍基合金的涡轮增压器涡轮机叶轮。在一个示例性实施例中，涡轮增压器涡轮机叶轮包括作为其组成的至少一部分的镍基合金，基于全部合金的重量，该镍基合金包括：约10.5%到约11.5%的钴、约9.0%到约10.0%的铬、约5.75%到约6.25%的铝、约2.8%到约3.3%的钽、约4.0%到约4.5%的钼、约2.2%到约2.4%的钛、约0.13%到约0.15%的碳、约0.03%到约0.09%的锆以及大多数镍。镍基合金不包含除了不可避免的痕量之外的钨。涡轮增压器涡轮机叶轮可以被构造用于在约980℃到约1020℃下操作。

技术领域

本公开大体涉及用于涡轮增压器应用的具有改善的抗高温氧化性和抗疲劳性的金属合金。更具体地，本公开涉及镍基合金以及包括镍基合金的涡轮机叶轮。

背景技术

用于涡轮增压器中的通常为铸造镍基合金的涡轮机叶轮是高速旋转的部件，其暴露于在约980℃到约1020℃的温度之间（取决于应用）的高温燃烧气体。为了经受这种高温，镍基合金材料在约200000-300000RPM范围内旋转时应当是抗氧化的以及抗保载疲劳的。用于这种应用的现有合金均具有各种缺陷：例如，Mar-M-246镍基合金相对昂贵，而IN-713C镍基合金表现出差的高温性能。

因此，对于本领域技术人员将变得显而易见的是依然存在提供改善的镍基合金以及包括这种镍基合金的涡轮机叶轮的当前和持续的需求。具体地，将期望提供基于Mar-M-246但是具有改善的化学性的合金，其显著地降低了成本，同时仍然保持Mar-M-246的期望的抗高温氧化性和抗保载疲劳性。此外，结合本公开的所附附图以及该背景技术，从创造性主题以及所附权利要求的随后详细描述，创造性主题的其它期望特征和特性将变得显而易见。

发明内容

本文公开了镍基合金以及包括镍基合金的涡轮增压器涡轮机叶轮。在一个示例性实施例中，基于全部合金的重量，镍基合金包括或由以下成分组成：约10.5%到约11.5%的钴，约9.0%到约10.0%的铬，约5.75%到约6.25%的铝，约2.8%到约3.3%的钽，约4.0%到约4.5%的钼，约2.2%到约2.4%的钛，约0.13%到约0.15%的碳，约0.03%到约0.09%的锆，以及大部分镍，应理解可能存在必然的/不可避免的杂质。镍基合金不包含除了不可避免的痕量之外的钨。附加地，在一些示例中，镍基合金可以包括或进一步由以下成分组成：小于约0.2%的量的硅，小于约0.02%的量的硼，小于约0.2%的量的锰，以及小于约0.015%的量的硫。

关于前述合金实施例：钴的量可以限制在约10.7%到约11.3%；替代性地或附加地，铬的量可以限制在约9.2%到约9.8%；替代性地或附加地，铝的量可以限制在约5.9%到约6.1%；替代性地或附加地，钽的量可以限制在约2.9%到约3.2%；替代性地或附加地，钼的量可以限制在约4.1%到约4.4%；替代性地或附加地，钛的量可以限制在约2.25%到约2.35%。

在另一示例性实施例中，涡轮增压器涡轮机叶轮包括或由至少作为其全部成分的一部分的镍基合金组成，其中，基于全部合金的重量，镍基合金包括或由以下成分组成：约10.5%到约11.5%的钴，约9.0%到约10.0%的铬，约5.75%到约6.25%的铝，约2.8%到约3.3%的钽，约4.0%到约4.5%的钼，约2.2%到约2.4%的钛，约0.13%到约0.15%的碳，约0.03 %到约0.09 %的锆，以及大部分镍，应理解可能存在必然的/不可避免的痕量杂质，如现有技术中大体理解的。镍基合金不包含除了不可避免的痕量之外的钨。附加地，在一些示例中，镍基合金可以包括或者进一步由以下成分组成：小于约0.2%的量的硅，小于约0.02%的量的硼，小于约0.2%的量的锰，以及小于约0.015%的量的硫。这种涡轮机叶轮可以找到用于在980℃（恒定的）和1020℃（峰值）的温度下操作的应用。