[发明专利]一种高强度增压器涡轮叶轮注射成型的方法

说明书

一种高强度增压器涡轮叶轮注射成型的方法，属于航空发动机涡轮制备技术领域，包括金属粉末的配置、粘合剂配料、一次熔炼、二次熔炼、注射成型、溶剂脱脂、热脱脂、烧结、固溶处理和时效处理。采用本发明的方法，通过成分均匀性改善和晶粒细化等大幅度提高了涡轮合金的机械力学性能，强度可以达到增压器涡轮叶轮的使用要求。加入B₄C粉，高温下Ti和B₄C反应生成了TiB和TiC。TiB和TiC均匀分布在钛基体上，为增强相，可以提高合金的力学性能。

技术领域

本发明属于航空发动机涡轮制备技术领域，具体涉及一种高强度增压器涡轮叶轮注射成型的方法。

背景技术

高温合金涡轮是航空发动机涡轮增压器的核心零件，其性能直接决定了涡轮增压发动机的节能减排效果。增压涡轮在服役过程中承受高温和高速旋转以及叶片气流冲击振动带来的交变应力作用，极易产生疲劳损坏，因此对增压涡轮成形质量有较为严格的要求。长期以来熔模精密铸造一直是增压涡轮的主要成形方法，由于熔铸工艺无法完全避免非金属夹杂、气孔缩孔和元素偏析等铸造缺陷，很大程度上限制了涡轮寿命的进一步提高。金属注射成型技术(MIM)和传统加工方法相比的确具有一些不可比拟的优点，能够克服精密铸造过程中难以避免的铸造缺陷，但限制MIM技术发展的主要原因是：MIM技术需要加入粘结剂及脱脂等工艺的限制，即使在一定程度上MIM技术能解决复杂的形状一次定型的问题，但其只能使用在低精度、小尺寸、力学性能要求不高的产品零件上，不太适合应用于力学性能要求较高的零件。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高强度增压器涡轮叶轮注射成型的方法，通过成分均匀性改善和晶粒细化等大幅度提高了涡轮合金的机械力学性能。

本发明采用以下技术方案：

一种高强度增压器涡轮叶轮注射成型的方法，包括以下步骤：

步骤一：称取Al粉8重量份、Ti粉45重量份、Nb粉0.5重量份，放入容器中，并向容器中倒入100重量份的无水乙醇，容器放到KQ3200B超声仪内，使用搅拌器一边搅拌一边进行超声震荡15分钟，使团聚在一起的粉末充分分散，然后将容器内的混合物倒入聚氨酯混料罐内，再按10:1的球料比放入硬质合金球，在球磨机上匀速混合24小时，最后利用真空干燥箱真空干燥48小时，待干燥完毕后利用研钵得到混合金属粉末；

步骤二：粘合剂配料：按以下重量份的原料进行配料备用：巴西棕榈蜡70重量份，低密度聚乙烯20重量份，石蜡10重量份，聚丙烯9重量份，硬脂酸2重量份；

步骤三：一次熔炼：坩埚预热，预热功率为2KW，预热5min后充氩气至500Pa，然后将熔炼功率提升至40KW，加入88重量份的混合金属粉末，此时金属粉末逐渐熔化并渗入坩埚底部，继续提升功率至100KW，待金属粉末熔化完全后加入12重量份的粘合剂，粘合剂各原料的加入顺序为：先加入巴西棕榈蜡及石蜡，再加入低密度聚乙烯及聚丙烯，最后加入硬脂酸，坩埚内溶炼10min，最后升功率至120KW，熔炼5min后停功率使熔炼合金在坩埚内凝固；

步骤四：二次熔炼：将一次熔炼合金翻转一面后再放入坩埚进行二次熔炼，坩埚预热功率为40KW，预热5min后充氩气至400Pa，然而提升功率至100KW，熔炼10min，最后升功率至120KW，搅拌5min后降功率至100KW；

步骤五：将二次熔炼合金加入到注射成形机中注射成型，注射参数为：注射压力120MPa，保压1s，注射温度为140℃，注射3s，冷却5-10s，得注射成型的试样；

步骤六：溶剂脱脂：采用二硫化碳进行常温下溶剂脱脂，脱脂时间为20h；