[发明专利]接合部件

说明书

技术领域

本发明涉及经由Ni钎焊将钢材构件和TiAl基合金构件接合而成的接合部件，该钢材构件含有包含C和Cr的合金元素。特别是，本发明涉及由乘用车、卡车用小型增压器的涡轮叶轮以及船舶用大型增压器、喷气式发动机、产业用燃气轮机叶片等的涡轮的制造中的TiAl基合金构件和钢材构件构成的接合部件。

背景技术

近年来对环境问题的关心的提高，要求乘用车、卡车等的输送机械所使用的增压器的性能提高，另外，要求喷气式发动机、产业用燃气轮机等的效率的提高。决定上述产品的性能、效率的重要的构成要素之一是涡轮，近年来，对于该涡轮要求温度的高温化。

作为有望提高这些性能的材料，具有以金属间化合物TiAl为主相的合金(在本说明书中称作TiAl基合金构件)。例如，在专利文献1中使用了如下接合部件：如图5所示，该接合部件通过将TiAl基合金构件做成涡轮叶轮，将作为具有粘性(粘り強さ)且易于加工的材料的钢材构件做成轴，并通过Ni钎焊将该涡轮叶轮和轴钎焊而成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开特开2004－90130号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，如图6所示，专利文献1所述的接合部件的轴所含有的碳的原子的直径小于钛、铝、Ni的原子的直径，因此若长时间在高温状态下使涡轮运转，则有时因扩散现象导致存在于轴的碳以及氮向涡轮叶轮侧移动、存在于涡轮叶轮的钛以及存在于Ni钎焊的硼向轴侧移动。因此，在轴与Ni钎焊的交界附近形成较多因碳的扩散而产生空穴集合而成的空隙、钛与碳结合的碳化物的碳化钛以及硼与氮结合的氮化物，存在钎焊强度明显降低这一课题。并且，若在形成有空隙、碳化钛以及氮化物的状态下，涡轮反复承受低温状态与高温状态，暴露于所谓的热循环条件下，则由于涡轮叶轮的线膨胀系数与轴的线膨胀系数不同，因该线膨胀率的不同而产生的热应力集中作用于轴与Ni钎焊之间的交界。于是，如图7所示，存在因该热应力导致产生龟裂进而涡轮破损的隐患。

本发明鉴于所涉及的上述现有技术的问题，提供一种接合部件，该接合部件能够抑制钢材构件内所含有的碳以及氮向TiAl基合金部侧扩散，并且能够抑制因钢材构件内所含有的碳以及氮的扩散而产生空隙、碳化钛以及氮化物，并能够防止钎焊强度的降低。

解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的接合部件经由Ni钎焊将钢材构件和TiAl基合金构件接合而成，该钢材构件含有包含C和Cr的合金元素，其特征在于，

所述钢材构件至少在Ni钎焊的交界侧生成与所述合金元素结合的碳化物以及氮化物，并利用该碳化物以及氮化物防止C和N向与TiAl基合金构件邻接的Ni钎焊侧扩散。

另外，在所述合金元素中，除了Cr之外列举了Nb、V等，只要它们均是与C和N结合而生成的碳化物以及氮化物的合金元素即可。

根据上述接合部件，利用与合金元素结合的碳化物以及氮化物，防止C和N向与TiAl基合金构件邻接的Ni钎焊侧扩散，因此能够抑制钢材构件内的碳以及氮扩散而在钢材构件与Ni钎焊的交界附近产生空隙、碳化钛以及氮化物。在现有的接合部件中，在钢材构件与Ni钎焊的交界附近产生了较多的空隙、碳化钛以及氮化物。而且，若应力作用于该空隙、碳化钛以及氮化物所存在的部位，则存在可能产生龟裂而钢材构件破损，但是根据本发明的接合部件，由于能够抑制碳以及氮向Ni钎焊侧以及TiAl基合金构件侧扩散，因此几乎不会在钢材构件与钎焊的交界附近产生空隙、碳化钛以及氮化物。因此，能够防止接合部件的破损。

另外，所述钢材构件是含有0.30～0.45重量％的碳、0.85～1.25重量％的Cr的构造用钢材，或者是含有0.15重量％以下的碳、11.5～13重量％的Cr的马氏体类不锈钢材，例如通过热处理使包含所述Cr的合金元素分别与碳以及氮结合，使得至少在所述构造用钢材内的与Ni钎焊之间的交界侧存在氮化物以及碳化物。

另外，一般的是，所述氮是在制造(溶解)所述钢材构件时混入的氮，其一部分也可以是所述钢材中所含有的氮。

这样，钢材构件中的碳以及(例如通过热处理而自大气中获取)氮的一部分通过热处理而与所述Cr等的合金元素结合而成为碳化物以及氮化物。碳以及氮在不以固溶的状态存在于钢材构件中的情况下，不易因扩散而移动。换句话说，只要是碳化物以及氮化物的状态，该碳化物以及该氮化物所含有的碳以及氮就不能够因扩散而移动，从而能够防止碳以及氮自钢材构件内向TiAl基合金构件侧扩散。