[發(fā)明專利]TiAl基增壓器渦輪及其制造方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910013908.5
• 申請(qǐng)日: 2009-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN101457322A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王守仁;楊學(xué)鋒;李萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C30/00
• 分類號(hào): C22C30/00;C22C1/04;B22F3/16
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 苗 峻

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及增壓器渦輪技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及增壓器渦輪的材料，本發(fā)明還涉及這種增壓器渦輪的制造方法。

背景技術(shù)：

渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪又壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

渦輪增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣歧管上，處在高溫，高壓和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀況下，其工作環(huán)境非常惡劣，工作要求比較苛刻，因此對(duì)制造的材料成型工藝和加工技術(shù)都要求很高。要求材料有良好的高溫機(jī)械性能，要有較高的高溫持久強(qiáng)度極限以及良好的抗疲勞和抗蠕變的性能。

增壓器渦輪是增壓器上非常關(guān)鍵和重要的部件，隨著增壓器技術(shù)的發(fā)展，渦輪材料也在不斷更新?lián)Q代，以前，柴油機(jī)增壓器渦輪普遍采用的材料是20Cr3MoWV(A)，但該材料僅適用于低速(40000r/min左右)較大型的增壓器，隨著增壓器的轉(zhuǎn)速越來越高、體積越來越小，柴油機(jī)排氣溫度有的達(dá)到750℃以上，該材料已不能滿足增壓器的使用要求。目前，一般汽車用增壓器渦輪普遍采用K418鎳基高溫合金。

但是，K418鎳基高溫合金制成的增壓器渦輪有很大局限性：

1)由于增壓器渦輪的特殊工作環(huán)境，要求其耐高溫、高壓，一般在不低于750℃的工況下工作，對(duì)于高轉(zhuǎn)速(小型增壓器最高可達(dá)250000r/min)渦輪葉片經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

2)高溫、高速時(shí)，渦輪葉片經(jīng)常出現(xiàn)飛裂失效。

3)渦輪重量大，響應(yīng)性不好，葉輪的慣性作用對(duì)油門驟時(shí)變化反應(yīng)遲緩，渦輪出現(xiàn)“滯后響應(yīng)”，汽車提速慢、提速煙度大。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種TiAl基增壓器渦輪，該增壓器渦輪響應(yīng)性好，在高溫、高壓和高速的情況下，變形量小并明顯減少滯后相應(yīng)。

本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是：提供一種TiAl基增壓器渦輪的制造方法，該方法可以通過簡(jiǎn)單的步驟獲得由鈦鋁基合金構(gòu)成的增壓器渦輪。

為解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：它由鈦鋁金屬間化合物合金構(gòu)成，所述合金由下述重量比的成分組成，

Ti??40～50％，

Al??40～50％，

Cr??6～8％，

Mn??0.80～1.30％，

混合稀土??2.0-3.0％。

為解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：它包括以下步驟，

(1)按重量比分別稱取40～50％的Ti粉、40～50％的Al粉、6～8％的Cr粉、0.80～1.30％的Mn粉、2.0-3.0％的混合稀土，構(gòu)成原料；

(2)將所述原料進(jìn)行混合和球磨，并進(jìn)行干燥處理，得到過飽和固溶體粉末；

(3)將過飽和固溶體粉末進(jìn)行退火處理得到變異的鈦鋁金屬間化合物粉末；

(4)向混合粉末中加入塑化劑和混合稀土并混合均勻，制成易于流動(dòng)的團(tuán)粒；

(5)將所述團(tuán)粒靜置；

(6)將所述靜置后的粉末冷壓成型，獲得具有所需形狀的致密毛坯；

(7)將所述冷壓毛坯放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)、保溫，燒結(jié)前先將燒結(jié)爐內(nèi)抽取真空；

(8)將所述熱壓毛坯放入預(yù)先預(yù)熱的熔模鑄造的模殼中，在電爐中加熱熔煉，然后放入另一電爐中保溫、冷卻；

(9)將所述冷卻后的鑄件毛坯進(jìn)行噴丸清理，去除表面模殼材料。

采用了上述技術(shù)方案后，可以制造出由鈦鋁基合金材料構(gòu)成的增壓器渦輪，它包括前期金屬間化合物粉末的機(jī)械合金化法制備和后續(xù)的真空熱壓法制備。粉末經(jīng)過高能球磨后，在機(jī)械能的作用下能形成過飽和固溶體，熱處理退火的作用使這些過飽和固溶體粉末在熱能作用下反應(yīng)生成變異的鈦鋁金屬間化合物粉末。這些粉末經(jīng)冷熱壓成型后能夠獲得高的的強(qiáng)度和良好的塑韌性。

所述的混合和研磨步驟在球磨機(jī)中進(jìn)行。

所述步驟(5)中，團(tuán)粒靜置時(shí)間為2～3小時(shí)。

所述步驟(7)中，真空度為10^-2Pa，燒結(jié)溫度1100℃～1200℃，保溫時(shí)間為1～3小時(shí)。

所述步驟(8)中，真空度為10^-3Pa，熔煉溫度1200℃～1350℃，保溫時(shí)間為5～8分鐘。模殼所用材料為ZrO₂粉。所述電爐為中頻感應(yīng)電爐。