專利名稱：一種可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，特別是涉及一種可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝。
背景技術(shù)：
可變幾何截面渦輪增壓器可以全面改善發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性以及排放指標等綜合性能，給發(fā)動機注入強勁動力，能更好地滿足歐III、歐IV新排放標準要求。其主要工作原理是通過調(diào)節(jié)渦輪進口導(dǎo)向葉片的角度，來改變渦輪噴嘴的截面大小，進而調(diào)節(jié)增壓壓力。當發(fā)動機處于怠速工況或低速工況時，噴嘴葉片關(guān)閉或噴嘴截面很小，即使在此時較低的廢氣流量下也能夠使葉輪很快地加速，從而提高發(fā)動機的低速扭矩，改善發(fā)動機的低速響應(yīng)性；當發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，噴嘴葉片全開或噴嘴截面很大，憑借此時較高的廢氣流量能夠克服較大的葉輪阻力，提供較大的動力來提高增壓壓力，充分滿足發(fā)動機對吸入空氣的需要?？勺儑娮鞙u輪增壓器目前在車用柴油機得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。可變幾何截面渦輪增壓器與通常增壓器比較，具有如下優(yōu)點1、在全工況范圍內(nèi)提高內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性；2、可明顯改善內(nèi)燃機的加速性和低速轉(zhuǎn)矩特性；3、可使聯(lián)合運行線流量范圍拓寬，配合使用后掠式壓氣機和其他可變技術(shù)，可滿足高增壓、變工況運行特性要求很高的內(nèi)燃機的性能需求；4、改善排放品質(zhì)。其中，噴嘴環(huán)組件(噴嘴環(huán)，葉片)是可變幾何截面渦輪增壓器的關(guān)鍵組成部分，其質(zhì)量尤其是葉片質(zhì)量直接決定著渦輪增壓器性能。內(nèi)燃機排出的廢氣溫度相當高，噴嘴環(huán)葉片的工作環(huán)境相當惡劣(約700°C以上， 瞬間工作溫度可達到850°C)，導(dǎo)致目前內(nèi)燃機車發(fā)生的故障中，噴嘴環(huán)葉片失效引起的渦輪增壓器故障占相當大比例。噴嘴環(huán)葉片失效的主要原因是熱疲勞所產(chǎn)生的裂紋。在高溫高壓下，噴嘴環(huán)葉片由于溫度變化會引起膨脹及收縮，但因為受到約束導(dǎo)致內(nèi)部因變形受阻而產(chǎn)生熱應(yīng)力，當溫度反復(fù)變化時這種熱應(yīng)力也反復(fù)變化，尤其在開車、停車之周期影響下，該零件將受到交變熱應(yīng)力作用，因而使材料受到損傷，引起渦輪增壓器故障。因此，可變幾何截面渦輪增壓器增壓技術(shù)的發(fā)展需要高性能的噴嘴環(huán)葉片，國內(nèi)外從業(yè)者的在葉片葉型、材料及其制備技術(shù)三個方面進行了大量的研究工作。有關(guān)噴嘴環(huán)葉片的結(jié)構(gòu)與材料選用國內(nèi)尚未制定可參照的標準，材料主要是18-8 型不銹鋼和2Crl3材質(zhì)。18-8型不銹鋼耐高溫氧化，但容易產(chǎn)生晶間腐蝕，由于內(nèi)燃機廢氣中含有大量Na2S04、V205和其他鹽類，要求材料抗燃氣腐蝕能力強，故18-8型不銹鋼已逐步被其他材料所取代。2Crl3材質(zhì)高溫強度不夠，在服役條件下通?？估瓘姸燃s為270MPa，延伸率約為15%左右，隨著現(xiàn)代工業(yè)對發(fā)動機效率的要求不斷提高，其力學(xué)性能和抗疲勞性能已力不從心。因此，國外制造商一般采用一些成分更為復(fù)雜、性能更為優(yōu)異的材料。其中， HK-30不銹鋼以其優(yōu)良的高溫力學(xué)性能及抗高溫腐蝕性能受到了國外研究者的青睞。HK-30 不銹鋼性能優(yōu)異，高溫強度可達420MPa (使用溫度可達1200°C )，延伸率25%，添加強化合金元素后性能可望得到更大的提高。因此采用HK-30不銹鋼為基礎(chǔ)，采用添加強化合金元素提高其性能的方法制備高性能噴嘴環(huán)葉片有望大幅提高其性能。
在制備工藝方面，國內(nèi)采用的制造方法主要是鑄造。但由于材料的熔煉澆鑄溫度都特別高，熔體化學(xué)性質(zhì)活潑，流動性差，對于壁厚極薄的葉片要實現(xiàn)澆滿非常困難；且對于各種復(fù)雜形狀的葉片采用精密鑄造生產(chǎn)會由于其液態(tài)金屬不能夠完全均勻地填充模腔， 得到的產(chǎn)品精度不高；熔體補縮能力差，容易產(chǎn)生收縮缺陷導(dǎo)致鑄件報廢；成形的鑄件組織粗大，容易產(chǎn)生成分偏析，導(dǎo)致顯微組織的不均勻性和性能的不穩(wěn)定，即使通過退火處理后，由于相變時產(chǎn)生的應(yīng)力也較大，性能也不佳，產(chǎn)品的可靠性低，而且工藝成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種產(chǎn)品的尺寸精度和表面精度高、產(chǎn)品抗熱疲勞性能高、產(chǎn)品使用壽命長的可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，其過程如下原料準備HK30的氣霧化粉，按重量百分比加入0. 2-1. 5%的Ti ；粘結(jié)劑的制備按重量百分比，取聚乙二醇10-15%、植物油15-30%、聚乙烯 10-15%、聚丙烯5-20%，石蠟25-45%，在140°C _160°C溫度下混合1_2小時；制備喂料按質(zhì)量比80-95 20-5%的比例，稱量好粘結(jié)劑與HK30、Ti粉末進行混煉，混煉的溫度為130 170°C，混煉機轉(zhuǎn)速為50 70r/min，混煉時間1. 0 2. Oh,冷卻破碎后制成喂料；注射成形將制好的喂料加入注射成形機內(nèi)，注射溫度120-165°c，注射壓力 60-120MPa，模溫30_60°C，注射成形出坯件；坯件處理和預(yù)燒結(jié)首先將坯件溶解其中的石蠟和植物油組分；然后將干燥后的坯件進行脫脂；然后以8 12°C /min的速度加熱至840 860°C進行預(yù)燒結(jié)；坯件燒結(jié)坯件以5 9°C /min的升溫速度升到1200 1310°C，保溫60 480 分鐘后隨爐冷卻。本發(fā)明采用的粉末原料為英國Osprey公司提供的HK30的氣霧化粉。上述注射成形步驟中粉末裝載量的大小為40-60%。上述步驟坯件處理和預(yù)燒結(jié)中所述的坯件溶解石蠟、植物油組分和脫脂是首先將坯件置于二氯甲烷溶劑中，溶解其中的石蠟和植物油組分；然后將干燥后的坯件放入真空脫脂爐中，在氬氣保護下，以2 6°C /min加熱至170 190°C，保溫160 200分鐘，再以 2 6°C /min加熱至320 380°C，保溫160 200分鐘。采用上述技術(shù)方案的可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，，采用Ti、 Nb等高碳親和力的合金元素，調(diào)節(jié)并穩(wěn)定燒結(jié)產(chǎn)品當中的碳含量，避免有害碳化物形成，提高葉片抗熱疲勞性能，延長產(chǎn)品使用壽命。本發(fā)明通過比較剪切力和粉末/粘結(jié)劑內(nèi)聚力制定粉末/粘結(jié)劑兩相體能否均勻混煉的工藝。采用扭矩、密度和毛細管壓力變化描述兩相體的宏觀分散行為，通過檢測不同混煉時間同一區(qū)域的微觀分散進程，保證元素均勻分布。
權(quán)利要求
1.一種可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，其特征是其過程如下原料準備HK30的氣霧化粉，按重量百分比加入0. 2-1. 5%的Ti ；粘結(jié)劑的制備按重量百分比，取聚乙二醇10-15%、植物油15-30%、聚乙烯10-15%、 聚丙烯5-20%，石蠟25-45%，在140°C _160°C溫度下混合1_2小時；制備喂料按質(zhì)量比80-95 20-5%的比例，稱量好粘結(jié)劑與HK30、Ti粉末進行混煉， 混煉的溫度為130 170°C，混煉機轉(zhuǎn)速為50 70r/min，混煉時間1. 0 2. 0h，冷卻破碎后制成喂料；注射成形將制好的喂料加入注射成形機內(nèi)，注射溫度120-165 °C，注射壓力 60-120MPa，模溫30_60°C，注射成形出坯件；坯件處理和預(yù)燒結(jié)首先將坯件溶解其中的石蠟和植物油組分；然后將干燥后的坯件進行脫脂；然后以8 12°C /min的速度加熱至840 860°C進行預(yù)燒結(jié)；坯件燒結(jié)坯件以5 9°C /min的升溫速度升到1200 1310°C，保溫60 480分鐘后隨爐冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，其特征是本發(fā)明采用的粉末原料為英國Osprey公司提供的HK30的氣霧化粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，其特征是上述注射成形步驟中粉末裝載量的大小為40-60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，其特征是上述步驟坯件處理和預(yù)燒結(jié)中所述的坯件溶解石蠟、植物油組分和脫脂是首先將坯件置于二氯甲烷溶劑中，溶解其中的石蠟和植物油組分；然后將干燥后的坯件放入真空脫脂爐中，在氬氣保護下，以2 6°C /min加熱至170 190°C，保溫160 200分鐘，再以 2 6°C /min加熱至320 380°C，保溫160 200分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變幾何截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)葉片的制備工藝，HK30的氣霧化粉，加入0.2-1.5％的Ti；聚乙二醇10-15％、植物油15-30％、聚乙烯10-15％、聚丙烯5-20％，石蠟25-45％，在140℃-160℃溫度下混合1-2小時；按80-95∶20-5％稱量好粘結(jié)劑與HK30、Ti粉末進行混煉，混煉的溫度為130～170℃，混煉機轉(zhuǎn)速為50～70r/min，混煉時間1.0～2.0h，冷卻破碎后制成喂料；將制好的喂料加入注射成形機內(nèi)，注射溫度120-165℃，注射壓力60-120MPa，模溫30-60℃，注射成形出坯件；溶解坯件的石蠟和植物油組分，干燥后脫脂；以8～12℃/min的速度加熱至840～860℃進行預(yù)燒結(jié)；坯件以5～9℃/min的升溫速度升到W～E℃，保溫T～Y分鐘后隨爐冷卻。本發(fā)明的產(chǎn)品的尺寸精度和表面精度高、產(chǎn)品抗熱疲勞性能高、產(chǎn)品使用壽命長。
文檔編號F02B37/00GK102211193SQ201110164609
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者何浩, 李益民, 鄧忠勇, 雷浩 申請人:湖南英捷高科技有限責(zé)任公司