[发明专利]一种镍铬稀土粉末冶金高温合金及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍铬稀土粉末冶金高温合金及其作为涡轮增压器喷嘴环、微型燃气轮机喷嘴环或发动机气门座圈等零部件材料的应用。

背景技术

发动机配置涡轮增压器能大幅提高功率、减少排气污染、改善经济性能，是目前发动机最主要的技术发展方向之一，近年来，全世界涡轮增压器的需求量大幅度递增，前景广阔。

1990年代后期，随着日益严格的汽车排放标准以及节能要求，美国、日本、欧洲等先进国家和地区开始在发动机上应用几何截面可变的涡轮增压技术。这种可变几何截面涡轮增压器属于当前车辆发动机领域先进的第三代涡轮增压器，它可减小汽车的排放污染，使汽车排放符合目前新的国家标准的要求，国内一些增压器企业已在积极研发。喷嘴环是可变几何截面涡轮增压器的核心部件，由于喷嘴环是在高温(600～1100℃)、燃气冲击、振动和高频变速运动状态下工作，同时叶片、安装盘等零件直接与高温燃气接触，加之，叶片转轴与安装盘、驱动盘与曲柄(拨叉)构成摩擦副，这就对喷嘴环的材料提出了极其严格的要求。喷嘴环叶片、安装盘等零件材料的高温性能，如高温抗蠕变能力、高温强度、耐摩擦性、耐腐蚀性等，决定了喷嘴环组件工作的可靠性，喷嘴环叶片、安装盘等零件的制造精度、叶片形状、相互运动间隙等则对喷嘴环的性能有直接影响。

可变几何截面的涡轮增压器主要故障有喷嘴环卡死、喷嘴环运转不灵活、失去调节或控制燃气作用等情况，其根本原因是喷嘴环叶片、安装盘、驱动盘等零件变形、氧化、摩擦磨损以及疲劳断裂等所致。

涡轮增压器喷嘴环除了对几何形状，尺寸公差方面的要求外，对其材料有较高的要求，这种材料必须具有：良好的高温稳定性即抗蠕变能力，以保证喷嘴环叶片、安装盘等足够的高温强度；良好的耐摩擦性能以减少喷嘴环各配件零件的摩擦磨损、保证各摩擦副的运动间隙，从而保证喷嘴环运转灵活；良好的抗氧化、耐腐蚀性以抵抗高温氧化与燃气中硫、一氧化碳等的腐蚀，防止氧化物脱落进入摩擦副导致喷嘴环卡滞、卡死而不能运转。

目前，制作涡轮增压器喷嘴环的较好的材料多为镍基铸造高温合金、耐热合金铸铁或高温粉末冶金。相对而言，我国在高温合金方面技术基础较好，但是高温合金成本高。目前，合金铸铁主要有铬钼合金铸铁和铬钼低碳钢两种，前者摩擦性较好，后者韧性较好，两者不能同时兼顾，且制造工艺复杂。对于粉末冶金高温合金，其主要有国外的HK30粉末冶金高温合金，采用金属粉末注射成型工艺，制造成本较低，且制造精度高，已被国外广泛使用，具有广阔的前景，但是，其抗拉强度较低，通常在650Mpa以下；而且，由于国外镍资源丰富，现有粉末冶金高温合金的化学成分中镍含量所占成分较高，而对各性能的改进和提高也是靠提高镍含量来完成，当材料硬度提高到HV150，使用温度提高到900℃左右时，其镍含量通常需突破30％(重量)；而我国镍资源稀少，镍材料成本较高，通常作为战略资源运用于军事领域。因此迫切需要找到一种能降低成本且满足可变几何(截面)涡轮增压器使用要求的材料。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于结合我国稀土资源丰富的特点，提供一种在高温下具有较高抗蠕变能力、抗氧化性能、耐腐蚀性能、耐摩擦性能的镍铬稀土粉末冶金高温合金。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种镍铬稀土粉末冶金高温合金，其中各组份的重量百分含量为：镍19％～22％、铬24％～27％、铌0.8～1.6％、硅0.8～1.7％、钛0.5～1.0％、碳0.25～0.4％、稀土元素0.05～0.1％、锰0～1.5％、硫0～0.05％、磷0～0.05％、钼0～0.05％，铁为余量。

所说的稀土元素优选为镧、铈或/和钪元素。

本发明另一目的是提供上述镍铬稀土粉末冶金高温合金作为制造涡轮增压器喷嘴环、微型燃气轮机喷嘴环或发动机气门座圈等零部件材料的应用。

本合金具有良好的高温稳定性即抗蠕变能力，可保证喷嘴环叶片、安装盘等足够的高温强度；具有良好的耐摩擦性能，可以减少喷嘴环各配件零件的摩擦磨损、保证各摩擦副的运动间隙，从而保证喷嘴环运转灵活；具有良好的抗氧化、耐腐蚀性，可以抵抗高温氧化与燃气中硫、一氧化碳等的腐蚀，彻底堵绝因氧化物脱落进入摩擦副而导致的喷嘴环卡滞、卡死而不能运转的不良现象。