[发明专利]一种钛合金整体叶轮的制造工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种钛合金整体叶轮的制造工艺。

 

背景技术

  随着国民经济的快速发展，离心压缩机以及透平膨胀机的应用越来越广泛，尤其是在冶金、石油、化工、污水处理及制盐行业，对压缩机及膨胀机的要求也越来越高。叶轮是离心压缩机和透平膨胀机的核心部件，叶轮的工作介质通常为高温、强腐蚀性气体，环境气体中含有CO、N₂、NH₃、CO₂、SO₂、SO₃及Cl离子，一般的材料，如常用的碳钢及不锈钢不能满足叶轮工作环境的要求。目前国内压缩机行业通常选用双相钢SAF2205、高强度合金钢FV520B及类似材料作为制作叶轮的材料，国外也有选择INCONEL625合金作为叶轮的材料。

  除受工作环境影响的要求，叶轮还需具有很高的强度，才能满足高压比、高转速的工作状态。参见附图1为常见的闭式叶轮结构，其包括轮盖1’、叶片2’以及轮盘3’，叶轮生产时通常是先获取轮盖1’、叶片2’以及轮盘3’的铸件，然后将叶片2’及轮盘3’的铸件置于加工中心铣削加工，从而得到叶片2’和轮盘3’，再将轮盖1’、叶片2’以及轮盘3’进行焊接，获得叶轮整体；附图2为常见的半开式叶轮结构，其包括叶片2’和轮盘3’，通常是通过数控铣削加工的方式获取整体叶轮。采用上述工艺得到的叶轮，其强度很难满足高压力比、高线速度叶轮的要求，而且焊接工艺较为复杂，特别是叶轮出口宽度特别小的叶轮需要在真空钎焊炉中进行焊接，整个叶轮的加工周期也较长。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种钛合金整体叶轮的制造工艺，以获取高强度、具有良好耐高温性和耐腐蚀性的叶轮，并提高叶轮的生产效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钛合金整体叶轮的制造工艺，用于获取整体式钛合金叶轮，包括如下步骤：

（1）计算机建模，根据待制造叶轮的设计参数，通过计算机建立所述叶轮的3D模型；

（2）获取产品模型，采用光固化快速成型设备，根据所述叶轮的3D模型成型获取光敏树脂材料制成的叶轮模型；

（3）型壳制作，采用醋酸锆作为粘合剂，并采用氧化锆砂制作陶瓷浆，对步骤（2）获取的所述叶轮模型进行灌浆，并将其焙烧成型，获得叶轮铸造用型壳；

（4）浇铸，该浇铸过程包括如下步骤：

a. 将所述叶轮铸造用型壳固定在浇铸炉的炉腔中，并使得所述叶轮铸造用型壳的直浇道口与所述浇铸炉的浇铸圆筒同轴心线设置，同时使其与所述浇铸圆筒同步旋转，固定好所述叶轮铸造用型壳后快速封闭所述浇铸炉的炉腔；

b. 将所述浇铸炉的炉腔抽真空；

c. 向所述浇铸炉的炉腔内充入适量氩气；

d. 所述浇铸圆筒与所述叶轮铸造用型壳同轴转动，转速为300～400r/min，待真空熔炼炉中钛合金溶液熔化7～10min后通过所述直浇道口向所述叶轮铸造用型壳的型腔中浇注钛合金溶液；

e. 开模获取叶轮铸件；

（5）冷却及热处理，先对所述叶轮铸件进行冷却，再经真空退火消除其应力；

（6）热等静压处理，将经步骤（5）处理后的所述叶轮铸件置于热等静压炉中并加压至100MPa～110MPa，温度保持在900℃～950℃，保温保压2小时以上；

（7）去污染层，采用喷砂和酸洗的方法去除经步骤（6）处理后的所述叶轮铸件表面的污染层，获取整体钛合金叶轮产品。

优选地，所述制造工艺还包括以下步骤：在所述步骤（3）与所述步骤（4）之间，即浇铸前将所述叶轮铸造用型壳置于温度为110℃～130℃且抽真空的干燥箱中进行保存，并对所述叶轮铸造用型壳的所述直浇道口进行保护。

优选地，所述步骤（4）中的步骤b中，抽真空后所述浇铸炉的炉腔的压力值为0.4Pa～0.5 Pa。