專利名稱：高溫鎳基合金渦輪轉子的生產方法
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10400C _1060°C，熔煉澆鑄的合金溫度為1440°C -1460°C。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. iro. 20，Cr8. 5^10. 5，Co 12.0 15.0，W I. (Tl. 8, Mo 2. 7 3. 4，Al 5. 0^5. 7, Ti 4. 2 4. 7，V 0.5 1.0，Nb 0. 5 I. 0，B 彡 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。
具體實施例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、磨肖IJ、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°C -1060°C，熔煉澆鑄時合金的的溫度為1440°C -1460°C ;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。合金渦輪轉子的合金配比(按質量百分比)為C 0.14、. 20，Cr 8. 5^10. 5, Co
12.0 15. 0，W I. (Tl. 8，Mo 2. 7 3. 4，Al 5. 0 5. 7，Ti 4. 2 4. 7，V 0. 5 I. 0，Nb 0. 5 I. 0，B 彡 0. 015，Zr ( 0. 02，Ce ( 0. 02，其余為 Ni。K424是鎳基合金的等軸晶合金，采用了 Al、Ti強化，y ’相約占合金比重60%。Ti既是合金的主要強化元素，也對鑄造性能有明顯惡化作用，阻礙合金的順序凝固，延緩凝固時間、降低熔體流動性、增加鑄件產生顯微疏松的可能，降低了產品的合格率由于在精密鑄件生產過程中會產生了大量的返回料，在軍用產品中，為了最求產品的品質，返回料一般都很少利用。但是在渦輪增壓器的中，為了提高材料的利用率，返回料的應用成為降低成本的重要途徑。K424合金返回料利用的技術難點在于該合金含有大量的活性元素，如Al、Ti、B和Cr等，它們在與氧的親和力較強，易于形成氧化物夾雜，也易于燒損，多次返回必然帶入更多的夾雜，合金純凈度難以保證。另外，合金多次返回后，氣體含量(N、0)會逐漸升高，尤其是N含量，一旦進入合金很難去除，過高的N含量會大大影響合金的抗冷熱疲勞性能。合金的冷熱疲勞性能隨著返回料返回次數的增加而降低這都與合金氧、氮含量的增加密切相關。主要措施如下a、采取除氣措施后，降低氧、氮的含量；b、采用返回料20%和母合金80%的配比進行澆注，最大限度提供返回料的利用率；C、提供鑄造的真空度，延長精煉時間。
權利要求
1.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，其特征在于澆注時，模殼的溫度為1040°C _1060°C，熔煉澆鑄的合金溫度為1440°C -1460°C。
2.根據權利要求I所述的高溫鎳基合金渦輪轉子的生產方法，其特征在于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。
3.根據權利要求I所述的高溫鎳基合金渦輪轉子的生產方法，其特征在于所述的合金渦輪轉子的合金配比(按質量百分比)為C 0. iro. 20，Cr 8. 5^10. 5，Co 12. (Tl5. 0，W I. (Tl. 8，Mo 2. 7 3. 4，Al 5. 0 5. 7，Ti 4. 2 4. 7，V 0. 5 I. 0，Nb 0. 5 I. 0，B 彡 0. 015，Zr ( 0. 02，Ce ( 0. 02，其余為 Ni。
全文摘要
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。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℃。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。
文檔編號C22C19/05GK102744364SQ20121020420
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者唐云冰, 章璟璇 申請人:常州環能渦輪動力有限公司