[發明專利]高溫鎳基合金渦輪轉子的生產方法

無效

• 申請號: 201210204201.4
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102744364A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 唐云冰;章璟璇
• 申請（專利權）人: 常州環能渦輪動力有限公司
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C9/22;C22C19/05;F02B53/02
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術領域

本發明屬于渦輪增壓器領域，具體是一種用在渦輪增壓器的高溫鎳基合金渦輪轉子的生產方法。

背景技術

目前,我國車用渦輪增壓器渦輪葉輪使用的材料主要有如下兩種：1、K13鐵基鑄造合金：工作溫度為700°C，最高溫度不超過750°C；2、K418鎳基鑄造合金：工作溫度為750～850°C。這種材料與國外通用的渦輪葉輪材料713C性能近似。

增壓器的渦輪葉輪都采用熔模精密鑄造，其中K13可在非真空條件下進行澆鑄，而K18必須在真空條件下進行澆鑄。

但是，隨著小型渦增壓器在車用發動機上的廣泛應用，車用發動機特別是汽油機發動機排放溫度越來越高，對增壓器的材料和性能要求越來越高。目前，渦輪增壓器正向著兩個方向發展：一是小功率汽油機方向發展；另一是高增壓和超高增壓方向發展。這兩個發展方向都會造成發動機的排出溫度可能超過900°C。在這種情況下，普通的K13和K418材料已經無法滿足實際的需求。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種能耐高溫的渦輪增壓器的轉子的生產方法。

本發明提供了如下技術方案：

高溫鎳基合金渦輪轉子的生產方法，它包括制模殼的步驟、脫蠟的步驟、焙燒、母材切割的步驟、熔煉澆鑄的步驟、碎殼切割的步驟、打磨的步驟以及噴砂的步驟，噴砂后制得渦輪轉子的輪子，將空心軸與輪子焊接后形成渦輪轉子，澆注時，模殼的溫度為1040℃-1060℃，熔煉澆鑄的合金溫度為1440℃-1460℃。

所述的熔煉澆鑄的步驟后為冷卻的步驟，該冷卻的步驟為強制冷卻。

所述的合金渦輪轉子的合金配比（按質量百分比）為C?0.14~0.20，Cr8.5~10.5，Co?12.0~15.0，W?1.0~1.8，Mo?2.7~3.4，Al?5.0~5.7，Ti?4.2~4.7，V?0.5~1.0，Nb?0.5~1.0，B≤0.015，Zr≤0.02，Ce≤0.02，其余為Ni。

本發明的優點是通過該方法制造的渦輪轉子適合于900～1000°C高溫條件下工作，采用適應的鑄造工藝、晶粒細化工藝和熱處理工藝，生產出滿足實際需要的增壓器渦輪轉子，同時提高產品的合格率，降低產品的成本，增加該種產品的市場競爭力。

具體實施方式

高溫鎳基合金渦輪轉子的生產方法，該渦輪轉子材料采用K424合金材料，K424合金渦輪鑄件利用真空感應爐澆注，采用填砂造型澆注。它包括制模殼的步驟、脫蠟的步驟、焙燒、母材切割的步驟、熔煉澆鑄的步驟、碎殼切割的步驟、打磨的步驟、車削、磨削、動平衡以及噴砂的步驟，其中制模殼的步驟包括制模與制殼，將石蠟類材料制成精確光潔的蠟模，該蠟模與輪子的相同，在蠟模上涂覆多層耐火材料的漿料，待漿料干燥硬化后形成型殼，然后將凝固在型殼內的蠟模熔化使之流出，再將型殼焙燒使之堅固、干燥，然后根據用料選擇對合金母材進行切割選材，通過熔煉將合金熔化后澆注入型殼中，液態金屬在型殼中冷卻、凝固后即成為精確光潔的鑄件，然后通過通過碎殼切割步驟拿出鑄件，經過打磨、車削、磨削、動平衡以及噴砂后制得渦輪轉子的輪子，將空心軸與輪子焊接后形成渦輪轉子，澆注時模殼的溫度為1040℃-1060℃，熔煉澆鑄時合金的的溫度為1440℃-1460℃；其中，熔煉澆鑄的步驟后為冷卻的步驟，該冷卻的步驟為強制冷卻，強制冷卻是通過水冷或者油冷以及其他通過介質冷卻的方式進行冷卻，空心軸作為渦輪轉子軸的好處是摩擦焊接后，中間體形成空腔，在轉子的使用過程中能起到冷卻的作用。

在模殼溫度和造型條件相同的條件下，隨著澆注溫度提高，晶粒尺寸變大。1450+10°C是K424合適的澆注溫度。

在澆注溫度和造型條件相同的條件下，隨著模殼溫度降低，晶粒尺寸變小。1050+10°C是K424合適的模殼溫度。

鑄件的冷卻條件對晶粒也有影響，一般鑄件都采用強制冷卻，有利于實現鑄件的順序凝固。但是，K424如果采用這種冷卻方法，用于脆性比較大，容易形成裂紋，往往只用80%合格率。本研究采用砂型保溫，提供真空度，有效的解決了K424采用由于裂紋，而造成的成品率低的問題。

當模殼溫度為1050°C，澆注溫度為1450°C時，鑄件具有和母合金一致的室溫拉伸性能和塑性。當澆注溫度提高時，鑄造晶粒變粗，拉升性能下降。另一方面，當澆注溫度降低時，雖然晶粒尺寸減小，但是合金過熱度降低，釋放潛熱少，使得鑄件的疏松級別提高，導致鑄件室溫拉伸性能下降。