一種車(chē)用增壓渦輪的粉末注射成形質(zhì)量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末高溫合金零件成形與車(chē)用渦輪增壓器關(guān)鍵部件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車(chē)用增壓渦輪的粉末注射成形質(zhì)量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓是提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率、降低有害氣體及顆粒物排放的重要舉措，在增壓技術(shù)進(jìn)步與環(huán)保公約國(guó)際化進(jìn)程加快的雙重牽引下，渦輪增壓配套的車(chē)型已逐步從重型車(chē)輛向輕型車(chē)、轎車(chē)和微型車(chē)過(guò)渡，并且逐漸由目前柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓基本全覆蓋向汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)普及渦輪增壓的方向發(fā)展。隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量和保有量的不斷攀升，渦輪增壓器的需求量也隨之增大。
[0003]渦輪是渦輪增壓器中的關(guān)鍵零部件，其所處的高溫與高速旋轉(zhuǎn)的苛刻服役工況對(duì)渦輪性能有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。伴隨著車(chē)用渦輪增壓器的小型化和高性能化，對(duì)增壓渦輪成形質(zhì)量和性能提出了越來(lái)越高的要求。目前國(guó)內(nèi)外車(chē)用增壓渦輪通常是采用精密熔模鑄造方法生產(chǎn)，鑄造高溫合金存在的成分偏析和組織均勻性差等問(wèn)題制約了渦輪壽命的進(jìn)一步提尚O
[0004]近年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研究金屬粉末注射成形制備車(chē)用增壓渦輪技術(shù)。該技術(shù)有望能夠完全克服精密鑄造過(guò)程中不可避免的鑄造缺陷，從而大幅度提高渦輪的性能和延長(zhǎng)使用壽命。據(jù)報(bào)道國(guó)外已經(jīng)研制出注射成形高溫合金增壓渦輪產(chǎn)品，但是尚未檢索到相關(guān)專(zhuān)利，工藝及技術(shù)細(xì)節(jié)仍處于保密狀態(tài)。國(guó)內(nèi)外每年均有大量關(guān)于注射成形材料的文獻(xiàn)公開(kāi)發(fā)表，但是主要是鐵基合金(不銹鋼等)、包括部分難熔合金及輕合金等，研究?jī)?nèi)容大多集中在原料粉末特性分析、粘結(jié)劑選擇與脫脂工藝研究、粉末注射成形工藝的計(jì)算機(jī)模擬及優(yōu)化、以及注射成形件的組織性能分析。
[0005]與傳統(tǒng)的鑄造工藝相比，粉末注射成形零件內(nèi)部組織更為均勻；與傳統(tǒng)粉末冶金工藝相比，粉末注射成形零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度可以大大提高。并且零件越小，形狀越復(fù)雜，M頂工藝的優(yōu)勢(shì)就越明顯。與常見(jiàn)的注射成形零件相比，車(chē)用增壓渦輪的尺寸明顯偏大，尤其是增壓渦輪中心部位，實(shí)心渦輪采用粉末注射成形方法制備還是存在一定的工藝局限性，厚大部位極易出現(xiàn)裂紋、疏松等嚴(yán)重缺陷，缺陷的大量存在也使得渦輪整體形狀難以保持，出現(xiàn)重心偏移、葉片變形等問(wèn)題。因此目前針對(duì)粉末注射成形增壓渦輪葉的技術(shù)開(kāi)發(fā)也僅限于小尺寸規(guī)格的柴油機(jī)渦輪增壓器渦輪和汽油機(jī)渦輪增壓器渦輪。
[0006]通常適合粉末注射成形工藝的零件厚度一般都控制在10毫米以?xún)?nèi)，對(duì)于外緣直徑50-70毫米規(guī)格的增壓渦輪，其中心實(shí)體部位厚度仍然偏大，厚度過(guò)大會(huì)嚴(yán)重降低生坯的脫酯速度，使得生坯中粘結(jié)劑難以徹底脫除，并存在復(fù)雜零件注射成形易出現(xiàn)裂紋和不均勻變形的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種車(chē)用增壓渦輪的粉末注射成形質(zhì)量控制方法，包括:
[0008]A、對(duì)渦輪本體結(jié)構(gòu)采用中空設(shè)計(jì)與尺寸修正，通過(guò)減薄渦輪壁厚來(lái)降低生坯脫酯厚度；
[0009]B、粉末注射喂料采用聚甲醛基粘結(jié)劑、配合催化脫酯工藝以實(shí)現(xiàn)渦輪生坯快速完全脫酯，減小渦輪變形和粘結(jié)劑殘留；
[0010]C、渦輪注射成形模具采用熱流道手段實(shí)現(xiàn)渦輪生坯注射成形過(guò)程充型平穩(wěn)完整，保證渦輪生坯質(zhì)量，避免了各種工藝缺陷的產(chǎn)生。
[0011 ]所述中空設(shè)計(jì)與尺寸修正必須基于渦輪可靠性驗(yàn)證。
[0012]所述增壓渦輪的規(guī)格為外緣直徑70毫米及以下。
[0013]所述粉末注射喂料為鐵基、鎳基和鎳鈷基高溫合金。
[0014]所述粉末注射成形的工藝流程具體包括:喂料混煉、注射成形、催化脫脂、燒結(jié)和熱等靜壓致密化。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:在對(duì)注射成形渦輪進(jìn)行壁厚減薄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)渦輪整體結(jié)構(gòu)服役可靠性不受影響；針對(duì)特定的渦輪采用高溫合金，在粘結(jié)劑選擇、注射充型工藝、脫酯方式等主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，突破了復(fù)雜零件注射成形易出現(xiàn)裂紋和不均勻變形的技術(shù)問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為中空結(jié)構(gòu)的渦輪示意圖，其中，1-渦輪本體，2-中空內(nèi)孔。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]I)渦輪規(guī)格及原材料
[0019]渦輪規(guī)格:52mm增壓渦輪
[0020]粉末合金材料:In713c鎳基高溫合金
[0021]粉末粒度范圍為:?30μπι
[0022]粘結(jié)劑配方:聚甲醛(POM):高密度聚乙烯(HDPE):乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)=88:10:2
[0023]喂料配比:IN713c合金粉末:粘結(jié)劑=66: 33(體積比)
[0024]喂料混煉溫度:150°C
[0025]2)渦輪結(jié)構(gòu)的中空設(shè)計(jì)，如圖1所示，在渦輪本體I的中心開(kāi)有Φ 5 X 20中空內(nèi)孔2，以實(shí)現(xiàn)渦輪壁厚的減??；
[0026]3)渦輪注射成形模具增設(shè)熱流道，以提高注射喂料的流動(dòng)性及充型均勻平穩(wěn)性，防止注射料流表面溫度降低而引起黏度變化。
[0027]4)注射成形渦輪生坯的脫酯:采用催化脫酯工藝，在催化脫酯爐內(nèi)進(jìn)行。
[0028]5)真空熱燒結(jié):1210°C/0.5h
[0029]6)熱等靜壓:氬氣，1200°C/2h/200MPa。
[0030]經(jīng)過(guò)幾年的試驗(yàn)摸索與總結(jié)，我們?cè)谧灾鏖_(kāi)發(fā)增壓渦輪粉末注射成形技術(shù)方面取得了技術(shù)突破，采用本發(fā)明提出的方法獲得了尺寸、形狀符合標(biāo)準(zhǔn)要求和內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良的增壓渦輪制品，并實(shí)現(xiàn)了高度的工藝可重復(fù)性，制備的渦輪樣件滿(mǎn)足增壓器用戶(hù)的使用要求，各項(xiàng)性能均優(yōu)于相同或相近成分的鑄造成形渦輪。
[0031]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車(chē)用增壓渦輪的粉末注射成形質(zhì)量控制方法，其特征在于，包括: A、對(duì)渦輪本體結(jié)構(gòu)采用中空設(shè)計(jì)與尺寸修正，通過(guò)減薄渦輪壁厚來(lái)降低生坯脫酯厚度； B、粉末注射喂料采用聚甲醛基粘結(jié)劑、配合催化脫酯工藝以實(shí)現(xiàn)渦輪生坯快速完全脫酯，減小禍輪變形和粘結(jié)劑殘留； C、渦輪注射成形模具采用熱流道手段實(shí)現(xiàn)渦輪生坯注射成形過(guò)程充型平穩(wěn)完整，保證渦輪生坯質(zhì)量，避免了各種工藝缺陷的產(chǎn)生。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述中空設(shè)計(jì)與尺寸修正必須基于渦輪可靠性驗(yàn)證。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述增壓渦輪的規(guī)格為外緣直徑70毫米及以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述粉末注射喂料為鐵基、鎳基和鎳鈷基高ism.口 立 ο5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述粉末注射成形的工藝流程具體包括:喂料混煉、注射成形、催化脫脂、燒結(jié)和熱等靜壓致密化。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于粉末高溫合金零件成形與車(chē)用渦輪增壓器關(guān)鍵部件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車(chē)用增壓渦輪的粉末注射成形質(zhì)量控制方法，包括：對(duì)渦輪本體結(jié)構(gòu)減薄的中空設(shè)計(jì)，以降低生坯脫酯厚度；同時(shí)采用聚甲醛基粘結(jié)劑、配合催化脫酯工藝以實(shí)現(xiàn)渦輪生坯快速完全脫酯，減小渦輪變形和粘結(jié)劑殘留；同時(shí)在渦輪注射成形模具采用熱流道技術(shù)，實(shí)現(xiàn)注射成形充型平穩(wěn)，保證渦輪生坯質(zhì)量，避免了各種工藝缺陷的產(chǎn)生。所述的粉末注射成形渦輪材料為鐵基、鎳基和鎳鈷基高溫合金。通過(guò)上述主要技術(shù)手段與質(zhì)量控制方法，可以獲得外形尺寸合格、內(nèi)部質(zhì)量良好的注射成形渦輪零件。
【IPC分類(lèi)】B22F5/00, B22F3/22
【公開(kāi)號(hào)】CN105522157
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511019526
【發(fā)明人】楊福寶, 章林, 李大全, 朱強(qiáng)
【申請(qǐng)人】北京有色金屬研究總院
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日