汽车增压器涡轮壳材料研究

谢小虎 徐韬 吉秋菊

摘 要：本文主要就汽车增压器涡轮壳体材料展开了介绍，而后对其优点以及性能进行了分析，接着指出了奥氏体耐热球墨铸铁增压器涡轮壳体材料存在的主要问题，最后就汽车行业增压器涡轮壳体材料未来发展方向进行了详述，具体如下所示。

关键词：增压器；壳体材料；球墨铸铁；奥氏体耐热球墨铸铁

1.有关增压器壳体材料

众所周知，近年来，汽车行业发展愈发迅速，要知道，汽车工业的发展对于国民经济有着巨大的促进作用，并且它的每一次技术提升，都会给社会带来巨大收益。不过，不能忽视的是，在整个汽车行业发展中，也面临很多问题，其中最主要的就是如何降低能量耗费，减少环境污染。学会不断的对汽车发电机技术进行改进，提高效率，减少废气排放，是汽车增压器涡轮壳材料研究的主要发展方向，而增压器的使用，恰好是一种很好的手段，且就它自身而言，它还具有很多特点，比如可以降低燃油量，使发动机更好的进行工作，可以对发电机的单位质量进行减少，可以解决发电机相关功率问题等等。

现如今，很多个国家都开始进行了高性能汽车增压器的研究开发，某种程度上可以说，涡轮增压器已经得到了广泛的使用。当然，在这里我们必须强调一下的是，近年来，中国在汽车增压器中的投入也是逐年提高，可以说目前我国已经出现了大批的增压器生产厂商，很多汽车厂，比如一汽，二汽等都已经开始了进行涡轮增压器装备，这种需求正在逐年增加，不容忽视。涡轮增压器可主要分为两部分，分别是涡轮部分，涡壳部分。因为涡轮需要在高温下工作，需要有良好的高温性能，所以，一般采用高温合金进行制造，而涡轮增压器壳体形状极其复杂，所以，一般需要非常好的铸造性能，以及高温性能的材料。

当然，传统的增压器材料也需要有很多的特点，具体如下所示：

（1）比较良好的高温抗氧化性能：因为增压器一般在高温环境下工作，所以，材料自身如若自带比较良好的高温抗氧化性能，会直接增加增压器的寿命使用。一般在材料中，加入一些元素，比如Ni，Mo等，可以提高材料的高温抗氧化性能。

（2）有较稳定的显微组织：一定要保证材料从室温到工作温度时，尽量不发生特别大的改变，因为，如若一旦发生改变，就会引起产品体积变化，而后产生变形，最终会增压器影响使用寿命。所以，通常情况下，一般选铁素体作为最好的基体材料。

（3）比较小的热膨胀系数：要知道比较小的热膨胀系数有很多好处，它可以减少热变形，减少热应力，相应提高产品的寿命以及整体性能。

（4）很高的高温强度：一定要满足相关工艺质量要求，保证产品达到可以使用的必要强度。

（5）比较良好的工艺性能：通常情况下，耐热耐高温的材料并不少，不过，由于考虑到增压器涡轮自身形状较为复杂，尺寸精度极其高，表面质量要求很严，所以，作为增压器涡轮壳材料也必须要有良好的工艺性能。

近些年，随着发动机的不断强化改进，废气排放温度也是愈发增高，所以，对增压器壳体材料的高温性能进行更高的要求成了大势所趋。一般情况下，使用的增压壳体材料有很多种，具体如下所示：

1.1 常见灰铸铁

其实，铸铁自身铸造工艺性能很高，有很多东西都是由铸铁材料进行制造的，比如，常见的大多数涡壳，空压机，水泵等。虽然灰铸铁的力学性能很低，但其铸造成型性能很高，并且加入一些特定元素，比如Ni，si等可相应提高其抗氧化性能，所以，通常铸铁一般用于负荷较低的增压器壳体。

1.2 比如球墨铸铁

球墨铸铁有很多优良的性能，比如良好的铸造工艺性能，力学性能，抗氧化性能等等，当然，必须要强调一下的是，其热疲劳强度要比灰铸铁高很多，对于增压器壳体制造而言，这是一种非常良好的材料，目前广泛的应用于汽车行业。球墨铸铁的基体组织是铁素体，对珠光体含量要进行严格的控制，使其保持≤5%，在材料使用过程中，尽可能的避免产生相变，对增压器壳体产生的内应力进行降低，可以保证使用寿命延长。虽然，普通的球墨铸铁制造成本并不是很高，但是耐热性能较好，所以一般适应于一些比较简单的低负荷柴油发电机。

1.3 中硅钼球墨铸铁

在球墨铸铁中加入一些合金元素，比如Si，Mo等，可相应的对环球铸铁的高温力学性能以及抗氧化性能进行提高。要知道，虽然Si可以对相变温度进行提高，对铁素体强度进行加强，但如若过量，仍旧会带来很多不良影响，比如使材料变脆，所以一般要对其含量进行控制，通常保持在3.5%-4.5%左右最好。Mo也有很多优良特性，比如对晶粒进行细化，对材料强度进行提高，对材料高温抗氧化性能进行加强等等，不过如若加入过多，同样会使得材料变脆，所以将其含量控制在0.3%-0.7%很有必要。

1.4 奥氏体耐热球墨铸铁

通常，汽油发电机的废气温度一般为800-900℃，普通的中硅钼球墨铸铁已经很难适应这个温度，所以，研究新的耐高温材料很有必要。随着汽油发电机功率越来越大，环保部门对废气排放要求越来越严，汽车发电机增压器数量不断增大，开发新材料显得愈发刻不容缓。奥氏体耐热球墨铸铁是一种很稳定的奥氏体基体，主要通过合金化方式获得，加入适量的Cr，可将材料的抗氧化性能进行提高。

经过查证，我们可以得知，就拿奥氏体耐热球墨铸铁与中硅钼球墨铸铁进行对比，可以发现奥氏体耐热球墨铸铁高温拉伸性能比中硅钼球墨铸铁的高。必须要承认的是，奥氏体耐热球墨铸铁自身具有很多优良的性能，比如良好的高温组织稳定性，铸造成型性能，抗氧化性能等，这是一种非常良好的材料，可用来制造汽油发电机，特种车辆增压器壳体。

2.有关增压器材料存在的问题以及相应发展方向

对中硅钼球墨铸铁而言，在柴油机发动机增压器中可以得到使用，而奥氏体耐热球墨铸铁可以在汽油机发电机增压器中得到使用，不过，奥氏体耐热球墨铸铁在进行增压器壳体制作时，还存在一部分问题，具体如下所示：

（1）极其容易产生气孔。在奥氏体耐热球墨铸铁中有很多的Ni，通常经由电解产生，电解的整个过程会使得Ni中含有很多的氢，一般高温熔化过程中，常处于液态金属中，而后在凝固的过程中才会析出，这会造成铸铁缺陷，影响较为严重。

（2）成本特别的高。在奥氏体耐热球墨铸铁汽车增压器涡轮壳体中有很高成分的Ni，所以使得原材料成本很高。

通过对汽车增压器涡轮壳材料的相关分析，我们可以发现，现如今，研究开发新的高温抗氧化性能壳体材料很有必要，因为普通的壳体材料自身仍存在很多弊端，并且不能满足现当前汽车行业的整体发展需求。汽车行业的发展，能很大程度上促进GDP提升，我们不能因为一些外在的困难就去逃避问题，必须正面应对，找到更好更合适的涡轮增压器壳體材料，促进企业不断进步，加快相应发展。

3.结语

综上所述，我们可以得知，对发电机功率进行提高，对废气中的CO，HC不断进行降低，这是当前整个发电机发展的明确方向，所以，研发更加良好的增压器壳体材料非常重要。本文通过对奥氏体耐热球墨铸铁增压器壳体材料的相关问题介绍，仅希望得到业内关注，并使得铸造技术问题得到解决，为汽车工业技术的进步尽一份微薄之力。

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