汽車增壓器渦輪殼材料研究

謝小虎 徐韜 吉秋菊

摘 要：本文主要就汽車增壓器渦輪殼體材料展開了介紹，而后對其優點以及性能進行了分析，接著指出了奧氏體耐熱球墨鑄鐵增壓器渦輪殼體材料存在的主要問題，最后就汽車行業增壓器渦輪殼體材料未來發展方向進行了詳述，具體如下所示。

關鍵詞：增壓器；殼體材料；球墨鑄鐵；奧氏體耐熱球墨鑄鐵

1.有關增壓器殼體材料

眾所周知，近年來，汽車行業發展愈發迅速，要知道，汽車工業的發展對于國民經濟有著巨大的促進作用，并且它的每一次技術提升，都會給社會帶來巨大收益。不過，不能忽視的是，在整個汽車行業發展中，也面臨很多問題，其中最主要的就是如何降低能量耗費，減少環境污染。學會不斷的對汽車發電機技術進行改進，提高效率，減少廢氣排放，是汽車增壓器渦輪殼材料研究的主要發展方向，而增壓器的使用，恰好是一種很好的手段，且就它自身而言，它還具有很多特點，比如可以降低燃油量，使發動機更好的進行工作，可以對發電機的單位質量進行減少，可以解決發電機相關功率問題等等。

現如今，很多個國家都開始進行了高性能汽車增壓器的研究開發，某種程度上可以說，渦輪增壓器已經得到了廣泛的使用。當然，在這里我們必須強調一下的是，近年來，中國在汽車增壓器中的投入也是逐年提高，可以說目前我國已經出現了大批的增壓器生產廠商，很多汽車廠，比如一汽，二汽等都已經開始了進行渦輪增壓器裝備，這種需求正在逐年增加，不容忽視。渦輪增壓器可主要分為兩部分，分別是渦輪部分，渦殼部分。因為渦輪需要在高溫下工作，需要有良好的高溫性能，所以，一般采用高溫合金進行制造，而渦輪增壓器殼體形狀極其復雜，所以，一般需要非常好的鑄造性能，以及高溫性能的材料。

當然，傳統的增壓器材料也需要有很多的特點，具體如下所示：

（1）比較良好的高溫抗氧化性能：因為增壓器一般在高溫環境下工作，所以，材料自身如若自帶比較良好的高溫抗氧化性能，會直接增加增壓器的壽命使用。一般在材料中，加入一些元素，比如Ni，Mo等，可以提高材料的高溫抗氧化性能。

（2）有較穩定的顯微組織：一定要保證材料從室溫到工作溫度時，盡量不發生特別大的改變，因為，如若一旦發生改變，就會引起產品體積變化，而后產生變形，最終會增壓器影響使用壽命。所以，通常情況下，一般選鐵素體作為最好的基體材料。

（3）比較小的熱膨脹系數：要知道比較小的熱膨脹系數有很多好處，它可以減少熱變形，減少熱應力，相應提高產品的壽命以及整體性能。

（4）很高的高溫強度：一定要滿足相關工藝質量要求，保證產品達到可以使用的必要強度。

（5）比較良好的工藝性能：通常情況下，耐熱耐高溫的材料并不少，不過，由于考慮到增壓器渦輪自身形狀較為復雜，尺寸精度極其高，表面質量要求很嚴，所以，作為增壓器渦輪殼材料也必須要有良好的工藝性能。

近些年，隨著發動機的不斷強化改進，廢氣排放溫度也是愈發增高，所以，對增壓器殼體材料的高溫性能進行更高的要求成了大勢所趨。一般情況下，使用的增壓殼體材料有很多種，具體如下所示：

1.1 常見灰鑄鐵

其實，鑄鐵自身鑄造工藝性能很高，有很多東西都是由鑄鐵材料進行制造的，比如，常見的大多數渦殼，空壓機，水泵等。雖然灰鑄鐵的力學性能很低，但其鑄造成型性能很高，并且加入一些特定元素，比如Ni，si等可相應提高其抗氧化性能，所以，通常鑄鐵一般用于負荷較低的增壓器殼體。

1.2 比如球墨鑄鐵

球墨鑄鐵有很多優良的性能，比如良好的鑄造工藝性能，力學性能，抗氧化性能等等，當然，必須要強調一下的是，其熱疲勞強度要比灰鑄鐵高很多，對于增壓器殼體制造而言，這是一種非常良好的材料，目前廣泛的應用于汽車行業。球墨鑄鐵的基體組織是鐵素體，對珠光體含量要進行嚴格的控制，使其保持≤5%，在材料使用過程中，盡可能的避免產生相變，對增壓器殼體產生的內應力進行降低，可以保證使用壽命延長。雖然，普通的球墨鑄鐵制造成本并不是很高，但是耐熱性能較好，所以一般適應于一些比較簡單的低負荷柴油發電機。

1.3 中硅鉬球墨鑄鐵

在球墨鑄鐵中加入一些合金元素，比如Si，Mo等，可相應的對環球鑄鐵的高溫力學性能以及抗氧化性能進行提高。要知道，雖然Si可以對相變溫度進行提高，對鐵素體強度進行加強，但如若過量，仍舊會帶來很多不良影響，比如使材料變脆，所以一般要對其含量進行控制，通常保持在3.5%-4.5%左右最好。Mo也有很多優良特性，比如對晶粒進行細化，對材料強度進行提高，對材料高溫抗氧化性能進行加強等等，不過如若加入過多，同樣會使得材料變脆，所以將其含量控制在0.3%-0.7%很有必要。

1.4 奧氏體耐熱球墨鑄鐵

通常，汽油發電機的廢氣溫度一般為800-900℃，普通的中硅鉬球墨鑄鐵已經很難適應這個溫度，所以，研究新的耐高溫材料很有必要。隨著汽油發電機功率越來越大，環保部門對廢氣排放要求越來越嚴，汽車發電機增壓器數量不斷增大，開發新材料顯得愈發刻不容緩。奧氏體耐熱球墨鑄鐵是一種很穩定的奧氏體基體，主要通過合金化方式獲得，加入適量的Cr，可將材料的抗氧化性能進行提高。

經過查證，我們可以得知，就拿奧氏體耐熱球墨鑄鐵與中硅鉬球墨鑄鐵進行對比，可以發現奧氏體耐熱球墨鑄鐵高溫拉伸性能比中硅鉬球墨鑄鐵的高。必須要承認的是，奧氏體耐熱球墨鑄鐵自身具有很多優良的性能，比如良好的高溫組織穩定性，鑄造成型性能，抗氧化性能等，這是一種非常良好的材料，可用來制造汽油發電機，特種車輛增壓器殼體。

2.有關增壓器材料存在的問題以及相應發展方向

對中硅鉬球墨鑄鐵而言，在柴油機發動機增壓器中可以得到使用，而奧氏體耐熱球墨鑄鐵可以在汽油機發電機增壓器中得到使用，不過，奧氏體耐熱球墨鑄鐵在進行增壓器殼體制作時，還存在一部分問題，具體如下所示：

（1）極其容易產生氣孔。在奧氏體耐熱球墨鑄鐵中有很多的Ni，通常經由電解產生，電解的整個過程會使得Ni中含有很多的氫，一般高溫熔化過程中，常處于液態金屬中，而后在凝固的過程中才會析出，這會造成鑄鐵缺陷，影響較為嚴重。

（2）成本特別的高。在奧氏體耐熱球墨鑄鐵汽車增壓器渦輪殼體中有很高成分的Ni，所以使得原材料成本很高。

通過對汽車增壓器渦輪殼材料的相關分析，我們可以發現，現如今，研究開發新的高溫抗氧化性能殼體材料很有必要，因為普通的殼體材料自身仍存在很多弊端，并且不能滿足現當前汽車行業的整體發展需求。汽車行業的發展，能很大程度上促進GDP提升，我們不能因為一些外在的困難就去逃避問題，必須正面應對，找到更好更合適的渦輪增壓器殼體材料，促進企業不斷進步，加快相應發展。

3.結語

綜上所述，我們可以得知，對發電機功率進行提高，對廢氣中的CO，HC不斷進行降低，這是當前整個發電機發展的明確方向，所以，研發更加良好的增壓器殼體材料非常重要。本文通過對奧氏體耐熱球墨鑄鐵增壓器殼體材料的相關問題介紹，僅希望得到業內關注，并使得鑄造技術問題得到解決，為汽車工業技術的進步盡一份微薄之力。

參考文獻：

[1]某發動機增壓器噪音控制及應用[J]. 雷淋森，陸榮榮，周濤，李凱. 汽車實用技術. 2018（24）.

[2]渦輪增壓器專利技術分析[J]. 趙敏，宋浩鵬，劉曉彬.科技經濟導刊. 2019（02）.

[3]淺析汽車發動機渦輪增壓器原理及故障[J]. 趙俊鑫，葛偉廷，齊洪波，汪記偉，楊萬里，王瑞平. 汽車實用技術. 2018（10）.