[发明专利]一种钛铝合金涡轮转轴三体结构连接的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工工艺设计技术领域，具体涉及一种钛铝合金 涡轮转轴三体结构连接的工艺方法。

背景技术

一般车用柴油机增压器的涡轮转轴采用铸造镍基高温合金K418 材料制作的涡轮叶轮与合金钢轴42CrMo焊接，其组件整体重量较重。 (K418材料比重为8.0g/cm³)，而采用钛铝合金涡轮叶轮与合金钢轴 42CrMo制作的增压器涡轮转轴，组件重量较轻(钛铝合金涡轮叶轮材 料比重为3.9g/cm³)。因而，应用钛铝合金涡轮叶轮将可以通过减轻 增压器涡轮的重量，降低涡轮转子系统的转动惯量，达到提高废气涡 轮增压发动机的加速瞬态响应性、减少起动/加速时冒黑烟和改善发动 机低速性能、以及提高增压器轴系可靠性的多重目的。同时钛铝合金 涡轮叶轮高温强度和抗氧化性能也较好，是增压器行业较理想的材料 之一。但钛铝合金属于金属间化合物，采用常规的焊接方法，无法实 现以往的二体直接连接，达不到设计要求的抗拉伸强度要求。根据国 外、国内有关资料报道及专利检索，在连接方法上没有找到合适的专 利，只发现了有一公开号为CN1183334A的专利，其专利原理适合于研 制阶段的单件生产，对于目前批量工程化的生产，保证其连接性能的 稳定性、可靠性和可重复性等，均提出了新的要求。

发明内容

本发明正是为了解决钛铝合金涡轮叶轮在增压器行业工程化应用 中，三体连接工艺步骤、过程控制方法等，提出的一种钛铝合金涡轮 转轴三体连接的新的工艺方法。

本发明的技术方案是：钛铝合金涡轮转轴三体结构由钛铝合金涡 轮叶轮、K418高温合金过渡套和42CrMo合金钢轴组成，其工艺步骤 为：

(1)钛铝合金涡轮叶轮连接部位的机械加工；

(2)K418高温合金过渡套连接部位的加工；

(3)42CrMo合金钢轴的加工；

(4)42CrMo合金钢轴与K418高温合金过渡套的摩擦焊接；

(5)去应力热处理工序；

(6)K418高温合金过渡套与42CrMo合金钢轴焊接组件的加工；

(7)焊接组件与钛铝合金涡轮叶轮的过盈连接。

本发明的有益效果：通过有效的工艺方法解决了三体连接中各环 节的主要难题，使得配合过盈量更加精确，连接结构工艺和工序步骤 更加合理，工艺参数更加准确，连接强度更加稳定和可靠，能够满足 批量生产的需求。即：首先进行K418材料过渡套与合金钢轴在摩擦焊 机上进行摩擦焊接，再进行与钛铝合金涡轮叶轮连接的工序步骤和方 法，有效的提高了连接强度，同时解决了摩擦焊接对钛铝合金涡轮叶 轮根部的冲击，形成了过盈连接预备件加工-摩擦焊接-热处理-过 渡套过盈配合尺寸精加工-高频感应加热-过盈连接的工艺方法。能 够适合常规的批量生产要求。特别适合于工程化的应用，并且连接工 艺简单、抗拉伸强度性能稳定可靠。解决了工艺连接的可靠性和稳定 性。

具体实施方式

下面对本发明的最佳实施例作详细描述，钛铝合金涡轮转轴三体 结构由钛铝合金涡轮叶轮、K418高温合金过渡套和42CrMo合金钢轴 组成。

其工艺步骤为：

(1)钛铝合金涡轮叶轮的加工：获得钛铝合金涡轮叶轮。为准备 过盈连接，涡轮连接处进行凸圆外径的车削加工，加工尺寸为Φ22毫 米、长15毫米，粗糙度为1.6。由于钛铝合金涡轮叶轮属于难加工材料， 使用PVD-TIB2涂层硬质合金材料的刀具加工性能较好，主轴转速n＝200 转/分，切削深度t＝1.5mm。

(2)高温合金K418材料过渡套的加工：将K418材料外径进行精密 车削加工到Φ36毫米、长20毫米，内孔车镗孔至Φ20毫米(留1.83毫 米余量)、长15毫米，粗糙度为1.6。外径和内孔一次装夹车成，可使 同轴度保证在0.1mm范围内。

(3)合金钢轴42CrMo的加工：将42CrMo合金钢轴外径车削加工到Φ 36毫米、长255毫米尺寸要求，粗糙度为3.2。