[发明专利]TiAl基增压器涡轮及其制造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及增压器涡轮技术领域，尤其涉及增压器涡轮的材料，本发明还涉及这种增压器涡轮的制造方法。

背景技术：

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮又压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，从而增加发动机的输出功率。

涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工作要求比较苛刻，因此对制造的材料成型工艺和加工技术都要求很高。要求材料有良好的高温机械性能，要有较高的高温持久强度极限以及良好的抗疲劳和抗蠕变的性能。

增压器涡轮是增压器上非常关键和重要的部件，随着增压器技术的发展，涡轮材料也在不断更新换代，以前，柴油机增压器涡轮普遍采用的材料是20Cr3MoWV(A)，但该材料仅适用于低速(40000r/min左右)较大型的增压器，随着增压器的转速越来越高、体积越来越小，柴油机排气温度有的达到750℃以上，该材料已不能满足增压器的使用要求。目前，一般汽车用增压器涡轮普遍采用K418镍基高温合金。

但是，K418镍基高温合金制成的增压器涡轮有很大局限性：

1)由于增压器涡轮的特殊工作环境，要求其耐高温、高压，一般在不低于750℃的工况下工作，对于高转速(小型增压器最高可达250000r/min)涡轮叶片经常会出现变形现象。

2)高温、高速时，涡轮叶片经常出现飞裂失效。

3)涡轮重量大，响应性不好，叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，涡轮出现“滞后响应”，汽车提速慢、提速烟度大。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种TiAl基增压器涡轮，该增压器涡轮响应性好，在高温、高压和高速的情况下，变形量小并明显减少滞后相应。

本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种TiAl基增压器涡轮的制造方法，该方法可以通过简单的步骤获得由钛铝基合金构成的增压器涡轮。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：它由钛铝金属间化合物合金构成，所述合金由下述重量比的成分组成，

Ti  40～50％，

Al  40～50％，

Cr  6～8％，

Mn  0.80～1.30％，

混合稀土  2.0-3.0％。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：它包括以下步骤，

(1)按重量比分别称取40～50％的Ti粉、40～50％的Al粉、6～8％的Cr粉、0.80～1.30％的Mn粉、2.0-3.0％的混合稀土，构成原料；

(2)将所述原料进行混合和球磨，并进行干燥处理，得到过饱和固溶体粉末；

(3)将过饱和固溶体粉末进行退火处理得到变异的钛铝金属间化合物粉末；

(4)向混合粉末中加入塑化剂和混合稀土并混合均匀，制成易于流动的团粒；

(5)将所述团粒静置；

(6)将所述静置后的粉末冷压成型，获得具有所需形状的致密毛坯；

(7)将所述冷压毛坯放入热压烧结炉内进行真空热压烧结、保温，烧结前先将烧结炉内抽取真空；

(8)将所述热压毛坯放入预先预热的熔模铸造的模壳中，在电炉中加热熔炼，然后放入另一电炉中保温、冷却；

(9)将所述冷却后的铸件毛坯进行喷丸清理，去除表面模壳材料。

采用了上述技术方案后，可以制造出由钛铝基合金材料构成的增压器涡轮，它包括前期金属间化合物粉末的机械合金化法制备和后续的真空热压法制备。粉末经过高能球磨后，在机械能的作用下能形成过饱和固溶体，热处理退火的作用使这些过饱和固溶体粉末在热能作用下反应生成变异的钛铝金属间化合物粉末。这些粉末经冷热压成型后能够获得高的的强度和良好的塑韧性。

所述的混合和研磨步骤在球磨机中进行。

所述步骤(5)中，团粒静置时间为2～3小时。

所述步骤(7)中，真空度为10^-2Pa，烧结温度1100℃～1200℃，保温时间为1～3小时。

所述步骤(8)中，真空度为10^-3Pa，熔炼温度1200℃～1350℃，保温时间为5～8分钟。模壳所用材料为ZrO₂粉。所述电炉为中频感应电炉。