粉末注射成形中空渦輪的合金選擇及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型粉末注射成形中空渦輪的合金選擇及制備方法，屬于粉末高 溫合金材料和車用發(fā)動機(jī)增壓器材料選擇與成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬粉末注射成形（MIM/PIM)是批量化生產(chǎn)精密復(fù)雜薄壁小型零件的先進(jìn)成形技 術(shù)，對于鑄造性能欠佳的高熔點或高合金化合金零件成形具有明顯優(yōu)勢，通過粉末冶金手 段可以大幅度細(xì)化晶粒、緩解成分偏析、減少縮孔疏松缺陷，因此粉末注射成形在陶瓷、難 熔合金、硬質(zhì)合金、不銹鋼、高溫合金等小型復(fù)雜零部件的生產(chǎn)上具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 增壓渦輪是車用渦輪增壓器最關(guān)鍵的熱端部件，目前工業(yè)生產(chǎn)上主要采用熔模鑄 造工藝，隨著增壓渦輪小型化和高性能化的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)熔模鑄造高溫合金增壓渦輪由 于組織粗大和成分偏析的存在使其合金性能潛力難以充分發(fā)揮，因此采用粉末注射成形方 法制備中小尺寸規(guī)格增壓渦輪引起增壓器行業(yè)的關(guān)注。
[0004] 渦輪中空設(shè)計是基于粉末注射成形脫脂工藝要求和結(jié)構(gòu)減重的雙重要求，采用中 空結(jié)構(gòu)設(shè)計可以實現(xiàn)在不降低渦輪整體強(qiáng)度的前提下降低了渦輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量，從而提 高渦輪增壓器的瞬態(tài)響應(yīng)性。注射成形脫脂工藝對零件壁厚有嚴(yán)格限制，特別是微細(xì)粉末 注射成形，工業(yè)生產(chǎn)中注射成形零件的厚度一半在l〇mm以內(nèi)，以保證脫脂完全，中空渦輪 結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
[0005] 渦輪合金材料的選用主題是從上世紀(jì)60年代伴隨柴油機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)發(fā)展 而提出的，從最早使用變形耐熱鋼冷加工機(jī)械成型，到后來使用鑄造耐熱鋼制造，耐熱鋼渦 輪只能用于650°C以下的工作溫度。上世紀(jì)60年代中期，蘇聯(lián)等國家開始陸續(xù)研制和使用 鐵基和鎳基耐熱合金，典型的合金牌號包括前蘇聯(lián)的鐵基合金3M787JI、美國的鎳基合金 Inconel713、日本的鎳基合金TM321以及歐洲的鎳基合金MAR-M246/247等，見表1和表2。
[0006] 20世紀(jì)60年代，我國在渦輪合金和成形技術(shù)方面以仿制跟蹤為主，1964年鋼研總 院研制成功K213鐵基鑄造高溫合金，用于650°C長期工作的增壓渦輪材料，最高服役溫度 可以達(dá)到750°C。對于更高使用溫度的增壓渦輪，國內(nèi)鋼研總院研制了K418鎳基合金，用 于750~850°C的工作溫度，相當(dāng)于美國的鎳基合金Inconel713C，實現(xiàn)了鑄造增壓渦輪國 產(chǎn)化。中科院金屬所于上世紀(jì)90年代研制成功K491高硼低碳合金，化學(xué)成分與B1914合 金相似，用于鑄造不同型號的增壓渦輪，使用溫度可達(dá)l〇〇〇°C。InlOO是目前國際知名增壓 器制造商重點關(guān)注并且在研的下一代汽油發(fā)動機(jī)渦輪增壓器渦輪合金，該牌號相當(dāng)于國內(nèi) 牌號K417,該合金以Ni作為基體兀素，添加14~16%Co作為固溶強(qiáng)化和穩(wěn)定Y相兀素，進(jìn) 一步提高高溫?zé)釓?qiáng)性和抗蠕變性能，可用于不超過1050°C的服役環(huán)境。
[0007] 表1國內(nèi)外常用增壓渦輪用高溫合金的力學(xué)性能
[0008]
【主權(quán)項】
1. 一種粉末注射成形中空渦輪的合金選擇及制備方法，以碳含量為〇. 08-0. 12%的 K418合金粉末作為原料，采用粉末注射成形工藝，制備得到最高服役溫度為850°C的增壓 器中空渦輪。
2. -種粉末注射成形中空潤輪的合金選擇及制備方法，以碳含量為0. 01-0. 05%的 K213合金粉末作為原料，采用粉末注射成形工藝，制備得到最高服役溫度為750°C的增壓 器中空渦輪。
3. -種粉末注射成形中空渦輪的合金選擇及制備方法，以碳含量為0. 13-0. 17%的 K417合金粉末作為原料，采用粉末注射成形工藝，制備得到最高服役溫度為1050°C的增壓 器中空渦輪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的粉末注射成形中空渦輪的合金選擇及制備方 法，其特征在于：所述的合金粉末采用氣霧化方法加工制成，所述的合金粉末的粒度為 20-80ym，合金粉末的氧含量低于150ppm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的粉末注射成形中空渦輪的合金選擇及制備方法， 其特征在于：所述的粉末注射成形工藝流程包括：氣霧化制粉、喂料混煉、注射成形、脫脂、 燒結(jié)、熱等靜壓和熱處理。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種粉末注射成形中空渦輪的合金選擇及制備方法。本發(fā)明以碳含量0.08-0.12%的K418、碳含量0.01-0.05%的K213和碳含量0.13-0.17%的K417合金粉末作為原料，采用粉末注射成形工藝，分別制備得到最高服役溫度為850℃、750℃或1050℃的增壓器中空渦輪。本發(fā)明在渦輪合金選擇上采用現(xiàn)有鑄造合金，在成分設(shè)計上將碳含量嚴(yán)格控制在中下限，選擇的合金通過氣霧化制粉、粉末與粘結(jié)劑混合制備喂料、喂料注射成形中空渦輪、脫脂與燒結(jié)、熱等靜壓等工藝制備出完全致密的中空渦輪，注射成形中空渦輪本體與相同成分鑄態(tài)合金相比，強(qiáng)韌性獲得顯著改善。
【IPC分類】C22C38-00, B22F3-22, B22F5-00, C22C19-03
【公開號】CN104711456
【申請?zhí)枴緾N201310693732
【發(fā)明人】楊福寶, 李大全, 張帆, 朱強(qiáng)
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月17日