Estructura de unión de eje de cerámica y eje de metal
Descripción general
 Se proporciona una estructura de unión capaz de obtener resistencia suficiente en un caso en el que las partes unidas de un eje metálico (4) y un eje de cerámica (1) se unen a la cara extrema. ] En primer lugar, la porción de tope entre el árbol cerámico 1 y el árbol metálico 4 se broncea a través de la placa amortiguadora 3 en la estructura de unión del árbol cerámico 1 y el árbol metálico 4. El manguito metálico 5 y el eje metálico 4 son soldadas entre sí y la holgura (D d) entre el manguito metálico 5 y el eje cerámico 1 se establece para ser Ajústelo para que sea de 110 μ o más y llene el material de soldadura fuerte 6.
Campo técnico
Campo técnico La presente invención se refiere a una estructura de unión para integrar un árbol cerámico tal como un rotor de turbocompresor y una turbina de gas formada de cerámica con un árbol de metal.
Antecedentes de la técnica
estructura Junction de un eje de cerámica convencional y el eje de metal se monta un manguito metálico parte de tope periferia exterior del eje de cerámica y el eje de metal, la brecha de la cera de la funda de metal y el eje de cerámica y el eje de metal Y la manga de metal y el eje de cerámica y el eje de metal se unieron entre sí.
Tarea de solución
Como es bien sabido, los rotores de turbocompresores, las turbinas de gas y similares son componentes que giran a alta velocidad. Por lo tanto, como se muestra en la Figura 1, la diferencia entre el diámetro interior D del manguito de metal y el diámetro del eje d del eje de cerámica (en lo sucesivo, espacio libre) (D d ) Era lo más pequeño posible, era la manera dominante de pensar entre los expertos en la materia. Por lo tanto, en la estructura de la junta del eje metálico y el eje cerámico, hay un caso en el que la parte unida está unida a la cara frontal directamente o mediante la placa amortiguadora y el caso en el que no se realiza la unión de la cara extrema. En el caso en el que la parte achaflanada no esté unida a la cara extrema, dado que el grado de libertad en la dirección axial es relativamente alto, es posible obtener la fuerza de unión necesaria incluso si se reduce la holgura. Sin embargo, también reducir el aclaramiento mediante la aplicación del concepto anterior cuando el extremo químicamente cara de unión de la porción de tope del eje de metal y el eje de cerámica, el proceso de enfriamiento después de la soldadura debido a la diferencia en los coeficientes de dilatación térmica del metal y la cerámica El esfuerzo residual se genera en el manguito o en el extremo abierto de la parte rebajada, lo que hace imposible obtener una fuerza de unión suficiente. La presente invención se ha realizado en vista de los problemas anteriores, su objeto es proporcionar se obtiene una estructura conjunta fuerza suficiente en el caso en el que la cara de extremo de unirse a la porción de apoyo del eje de metal y el eje de cerámica.
Solución
estructura de unión del eje de cerámica y el eje de metal de la presente invención para lograr el objeto anterior, como se muestra en la Fig. 1, la porción de apoyo del eje de cerámica 1 y el eje metálico 4, a través de una placa directa o tampón 3 Y un manguito metálico 5 está provisto en la circunferencia exterior de la porción untada, el árbol cerámico 1 y el árbol metálico 4, y el espacio entre el árbol cerámico 1 y el manguito metálico 5 está lleno con el material de soldadura fuerte 6 La diferencia entre el diámetro del eje d del árbol cerámico 1 y el diámetro interior D del manguito metálico 5 se establece en (D d) ≧ 110 μ en la estructura de la junta entre el árbol cerámico 1 y el árbol metálico 4 . Entonces, el eje metálico 4 y el manguito metálico 5 pueden unirse con un material de soldadura fuerte, o unirse mediante un método de unión conocido tal como un ajuste a presión, un ajuste por contracción, un ajuste en frío o similar. También es posible tener una estructura en la que un manguito de metal 5 y un eje de metal 4 estén integrados con una parte cóncava en una porción de extremo de eje metálico. Además, es deseable que la separación se establezca en 350 μ ≧ (D d) ≧ 110 μ. El término método de medición de la holgura (D d) es, como se muestra en la Fig. 3, corta la parte llena del material de soldadura 6 entre el manguito de metal 5 y un eje de cerámica 1 después de la unión axialmente perpendicular avión y mide la distancia L1, L2, L3, L4 de la funda de metal 5 y un eje de cerámica 1, y las solicitudes de D d = (L1 + L2 + L3 + L4) / 2 ecuaciones. Además, puede formarse una capa 2 de revestimiento vítreo o alúmina en la periferia exterior del árbol cerámico 1. Aquí, la cara directamente químicamente extremo unido se quiere decir que se une químicamente por un material de soldadura o similar un eje de cerámica y el eje de metal, generalmente de cerámica, ya que casi no familiarizado con el material de soldadura fuerte, pre-cerámico Es aconsejable depositar metal en la cara del extremo del eje, pero cuando se utiliza un material de soldadura fuerte que contiene Ti, no es necesario adherir el metal. Químicamente, el extremo unido mediante una placa protectora significa colocar una placa de metal blando tal como Cu, Ni o similar o una placa de metal de baja expansión como capa de relajación de tensión entre un eje de cerámica y un eje de metal Específicamente, un eje de metal, un material de soldadura fuerte, una placa de protección, un material de soldadura fuerte y una cerámica están dispuestos en este orden y unidos. Además, se pueden usar dos o más placas tampón. En este caso, también se coloca un material de soldadura entre la placa de protección y la placa de protección. Es aconsejable depositar metal en la cara del extremo del eje de cerámica, pero si se utiliza un material de soldadura fuerte que contenga Ti, no es necesario adherir el metal. Además, una llena con un material de soldadura en el hueco del eje de cerámica y el manguito de metal, generalmente no aunque cerámica está completamente unido químicamente porque casi no familiarizado con el material de soldadura fuerte, que significa unido físicamente . Por lo tanto, en la dirección axial, dado que se puede generar un deslizamiento entre el eje cerámico y el material de soldadura cargado, es posible realizar la acción que se mostrará más adelante. Y, además, el recubrimiento vítreo o de alúmina puede aumentar el efecto.
Se genera una gran fuerza de tracción axial en el árbol cerámico 1 debido a la diferencia en la cantidad de contracción en la dirección axial entre ellos cuando la cerámica y el metal expandido por calor soldado se contraen durante el proceso de enfriamiento. Sin embargo, dado que el material de soldadura fuerte 6 en la holgura actúa como una capa de amortiguación para absorber esta fuerza de tracción, la porción de junta está protegida y se mejora la resistencia de unión. Como se muestra en la Tabla 1, se confirmó que esta fuerza de unión mejoró bruscamente con un aclaramiento de 110 μ o más. Además, si la holgura se establece para que sea mayor que 350 μ, la posibilidad de que el relleno del metal de relleno de soldadura fuerte 6 no sea uniforme es alta, y se reduce la fiabilidad de la soldadura fuerte. Por lo tanto, es más práctico establecer el espacio libre dentro del rango de 110 μ 350 μ. Además, si la capa de revestimiento 2 está formada en la porción periférica exterior del árbol cerámico 1, el árbol cerámico 1 no se desplazará dentro del manguito metálico 5 incluso si la holgura se establece para que sea ancha. Además, existe la ventaja de que el deslizamiento vítreo se produce en la dirección axial, se reduce la tensión residual en el momento de la unión y se mejora la resistencia de unión.
Las realizaciones de la presente invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos. La figura 1 es una vista en sección transversal ampliada de una parte unida. Aunque no se muestra, el árbol de cerámica 1 es una parte integral de un rotor de turbocompresor cerámico o una turbina de gas y tiene un diámetro de eje de aproximadamente 10 16 mm y una capa de revestimiento vítrea o de alúmina 2 Están formados Una placa de amortiguación de metal 3 que tiene un espesor de aproximadamente el 20% del diámetro del eje se broncea a la porción extrema del árbol de cerámica 1, y el árbol de metal 4 se broncea a la placa de amortiguación 3. Además, esta porción de apoyo del eje de cerámica 1 y el eje metálico 4, con el manguito metálico 5 está equipado, el material de soldadura 6 se llena manguito metálico 5 y el eje de cerámica 1 y el metal a la holgura El eje 4 está integrado. En general, dado que se requiere que el manguito tenga un coeficiente de expansión térmica cercano al de una cerámica, y que se requiera dureza y resistencia para un eje metálico, es preferible fabricarlos por separado y unirlos El árbol metálico 4 y el manguito 5 pueden estar integrados como se muestra en la figura 2, y el árbol cerámico 1 está unido químicamente al fondo cóncavo de modo que la parte periférica interior cóncava y el árbol cerámico 1 Se puede usar una estructura en la que el material de soldadura fuerte 6 está lleno.
La holgura entre el árbol de cerámica 1 y el manguito de metal 5 está determinada por el espesor de la capa de revestimiento 2 y el recubrimiento para soldadura fuerte (Ni, Cu, independientemente del espesor de la Ag o similares), con referencia a la diferencia entre el diámetro interior D del diámetro del eje d y la funda de metal 5 del eje de cerámica 1 se ajusta en el intervalo de (D d) = 110μ 350μ. Si el espacio libre es inferior a 110 μ, la resistencia de la parte de la junta disminuye durante el proceso de enfriamiento después de la soldadura fuerte. Por el contrario, si es mayor que 350 μ, es difícil llenar el metal de relleno de soldadura fuerte 6, y la fiabilidad de la soldadura fuerte puede deteriorarse. Aunque la capa de revestimiento 2 es algo incierta, evita la desviación del eje de cerámica 1 en el manguito metálico 5, mejorando de este modo la precisión de la unión. Además, al causar un deslizamiento en la dirección axial, es posible reducir la tensión residual en el momento de la unión y mejorar la fuerza de unión.
La muestra A R se preparó bajo las siguientes condiciones, y se llevó a cabo una prueba de resistencia a la flexión con la muestra A R.
Eje de cerámica 1, Y2 O3, 1600 ° C con auxiliares de sinterización de Al2O3, utilizando nitruro de sinterización sin presión de silicio y calcinado durante 4 horas en el horario, y el diámetro del eje d = 16 mm.
El manguito metálico 5 utilizó Incoloy 903, que es una aleación de baja expansión térmica.
Para el eje metálico 4, se usó SNCM 447.
La placa amortiguadora 3 tiene una estructura compuesta de tres capas de aleación Ni, W y Ni y tiene un espesor total de 4 mm.
Para el recubrimiento, el grosor de la capa de revestimiento 2 se ajustó a 35 μ usando Al2O3. La holgura entre el árbol cerámico 1 y el manguito metálico 5 es la diferencia entre el diámetro del árbol d del árbol cerámico 1 y el diámetro interior D del manguito metálico 5 independientemente del grosor de la capa de revestimiento 2.
eje Entonces, una combinación de los miembros anteriores, como en la Fig. 1, el eje de cerámica 1 y la placa de tope 3 en el que contiene Ti soldadura activa, soldadura fuerte de metal 4 y la placa intermedia 3 por soldadura de plata, además eje de cerámica 1 y el eje metálico 4 y el manguito de metal 5 se soldaron con una soldadura de plata. La condición de soldadura fuerte es un programa de 950ºC, 10 minutos en un vacío de 10 -3 o menos. Como se muestra en la figura 4, la muestra A R así producida se fijó en un árbol metálico 4 para formar una forma en voladizo, y se aplicó una carga W a la punta del árbol cerámico 1. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Además, se midió la resistencia a la flexión de la muestra A L después de la soldadura y se midió la resistencia a la flexión de la muestra M R después de 100 ciclos a un ciclo de temperatura de 20ºC y 400ºC.
Como se puede ver a partir de los resultados en la Tabla 1, cuando el espacio libre es de 110 \\ mu m o más, se encuentra que se exhibe una alta resistencia de unión estable.
Efecto de la invención
estructura de unión de la presente invención como se describe anteriormente, el pase del eje de cerámica 1 y el manguito de metal 5, y, en general contrario a la sabiduría convencional de los expertos en la técnica, la unión de tanto configurando (D d) ≧ 110μ La fuerza puede mejorarse notablemente. El límite superior del espacio libre se limita a menos posible, inevitablemente, soldadura fuerte rango, si el espacio incluso dentro de la gama es muy amplia existe el temor de que se produce un problema de fiabilidad de soldadura. Por lo tanto, es más práctico establecer la separación entre 110 μ 350 μ. Aunque no pequeño problema en la precisión puede ajustar holgura amplia, es posible para mejorar la precisión de unión y fiabilidad mediante la formación de la capa de revestimiento 2 de la vítreo y alúmina en la porción periférica exterior del eje de cerámica 1.
Breve descripción de los dibujos
1 es una vista en sección transversal ampliada de una parte de articulación.
La figura 2 es una vista en sección ampliada de una porción de unión que muestra otra realización.
La figura 3 es una vista en sección transversal que muestra una holgura.
La figura 4 es una vista frontal en sección que muestra una prueba de resistencia a la flexión.
1 ... Eje de cerámica, 2 ... Capa de recubrimiento, 3 ... Placa de amortiguación, 4 ... Eje metálico, 5 ... Manguito de metal, D ... diámetro interno del manguito de metal, d ... Diámetro axial del eje de cerámica.
Reclamo
Sí la reivindicación 1 parte del eje de cerámica y el eje de metal de tope, son cara químicamente final enlazado directamente o por medio de una placa de amortiguación, y su sección de extremo, la funda de metal en la periferia exterior y el eje de metal circunferencia exterior del eje de cerámica y, en la estructura de unión de la eje de cerámica y el eje de cerámica y el eje de metal lleno de material de soldadura en el hueco del manguito de metal, la diferencia entre el diámetro del eje d y el diámetro D interior del manguito de metal de eje de cerámica (D d) ≧ 110 μ. La estructura de la junta entre el eje de cerámica y el eje de metal.
Tiene un rebaje en el extremo de la reivindicación 2 eje de metal, cara extremo del eje de cerámica en el fondo de la cavidad en la estructura de la articulación directa o terminar químicamente cara unido eje de cerámica y el eje de metal, el eje del eje de cerámica Donde la diferencia entre el diámetro d y el diámetro interior D del hueco del extremo del eje metálico se establece en (D d) ≧ 110 μ.
3. Estructura de unión de las 350 micras ≧ diferencias en el diámetro d del eje y el diámetro interior D (D d) queda ajustado a ≧ 110Myu reivindicación 1 eje de cerámica y el eje de metal de acuerdo.
4. La estructura de unión de un árbol cerámico y un árbol metálico según la reivindicación 1, 2 ó 3, en la que se forma una capa de revestimiento vítreo o de alúmina en la periferia exterior del árbol de cerámica.
Dibujo :
Application number :1994-001672
Inventors :日本特殊陶業株式会社
Original Assignee :森茂樹、石田昇、溝口賢治