[发明专利]高温镍基合金涡轮转子的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于涡轮增压器领域，具体是一种用在涡轮增压器的高温镍基合金涡轮转子的生产方法。

背景技术

目前,我国车用涡轮增压器涡轮叶轮使用的材料主要有如下两种：1、K13铁基铸造合金：工作温度为700°C，最高温度不超过750°C；2、K418镍基铸造合金：工作温度为750～850°C。这种材料与国外通用的涡轮叶轮材料713C性能近似。

增压器的涡轮叶轮都采用熔模精密铸造，其中K13可在非真空条件下进行浇铸，而K18必须在真空条件下进行浇铸。

但是，随着小型涡增压器在车用发动机上的广泛应用，车用发动机特别是汽油机发动机排放温度越来越高，对增压器的材料和性能要求越来越高。目前，涡轮增压器正向着两个方向发展：一是小功率汽油机方向发展；另一是高增压和超高增压方向发展。这两个发展方向都会造成发动机的排出温度可能超过900°C。在这种情况下，普通的K13和K418材料已经无法满足实际的需求。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能耐高温的涡轮增压器的转子的生产方法。

本发明提供了如下技术方案：

高温镍基合金涡轮转子的生产方法，它包括制模壳的步骤、脱蜡的步骤、焙烧、母材切割的步骤、熔炼浇铸的步骤、碎壳切割的步骤、打磨的步骤以及喷砂的步骤，喷砂后制得涡轮转子的轮子，将空心轴与轮子焊接后形成涡轮转子，浇注时，模壳的温度为1040℃-1060℃，熔炼浇铸的合金温度为1440℃-1460℃。

所述的熔炼浇铸的步骤后为冷却的步骤，该冷却的步骤为强制冷却。

所述的合金涡轮转子的合金配比（按质量百分比）为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，其余为Ni。

本发明的优点是通过该方法制造的涡轮转子适合于900～1000°C高温条件下工作，采用适应的铸造工艺、晶粒细化工艺和热处理工艺，生产出满足实际需要的增压器涡轮转子，同时提高产品的合格率，降低产品的成本，增加该种产品的市场竞争力。

具体实施方式

高温镍基合金涡轮转子的生产方法，该涡轮转子材料采用K424合金材料，K424合金涡轮铸件利用真空感应炉浇注，采用填砂造型浇注。它包括制模壳的步骤、脱蜡的步骤、焙烧、母材切割的步骤、熔炼浇铸的步骤、碎壳切割的步骤、打磨的步骤、车削、磨削、动平衡以及喷砂的步骤，其中制模壳的步骤包括制模与制壳，将石蜡类材料制成精确光洁的蜡模，该蜡模与轮子的相同，在蜡模上涂覆多层耐火材料的浆料，待浆料干燥硬化后形成型壳，然后将凝固在型壳内的蜡模熔化使之流出，再将型壳焙烧使之坚固、干燥，然后根据用料选择对合金母材进行切割选材，通过熔炼将合金熔化后浇注入型壳中，液态金属在型壳中冷却、凝固后即成为精确光洁的铸件，然后通过通过碎壳切割步骤拿出铸件，经过打磨、车削、磨削、动平衡以及喷砂后制得涡轮转子的轮子，将空心轴与轮子焊接后形成涡轮转子，浇注时模壳的温度为1040℃-1060℃，熔炼浇铸时合金的的温度为1440℃-1460℃；其中，熔炼浇铸的步骤后为冷却的步骤，该冷却的步骤为强制冷却，强制冷却是通过水冷或者油冷以及其他通过介质冷却的方式进行冷却，空心轴作为涡轮转子轴的好处是摩擦焊接后，中间体形成空腔，在转子的使用过程中能起到冷却的作用。

在模壳温度和造型条件相同的条件下，随着浇注温度提高，晶粒尺寸变大。1450+10°C是K424合适的浇注温度。

在浇注温度和造型条件相同的条件下，随着模壳温度降低，晶粒尺寸变小。1050+10°C是K424合适的模壳温度。

铸件的冷却条件对晶粒也有影响，一般铸件都采用强制冷却，有利于实现铸件的顺序凝固。但是，K424如果采用这种冷却方法，用于脆性比较大，容易形成裂纹，往往只用80%合格率。本研究采用砂型保温，提供真空度，有效的解决了K424采用由于裂纹，而造成的成品率低的问题。

当模壳温度为1050°C，浇注温度为1450°C时，铸件具有和母合金一致的室温拉伸性能和塑性。当浇注温度提高时，铸造晶粒变粗，拉升性能下降。另一方面，当浇注温度降低时，虽然晶粒尺寸减小，但是合金过热度降低，释放潜热少，使得铸件的疏松级别提高，导致铸件室温拉伸性能下降。