[发明专利]一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分，合金化学成分的质量百分比为：C：0.08～0.16％、Cr：12.00～15.00％、Mo：5.00～7.00％、Co：1.00～3.00％，Al：5.00～5.70％，Ti：1.20～1.70％，Ta：2.00～2.50％，W：6.00～8.00％，B：0.01～0.02％，其余为Ni，合金中Cr、Mo、W的成分控制如下：W元素和Mo元素的质量分数之和与Cr元素质量分数的比值小于1.0。本发明还公开了一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法。属于汽车技术领域。本发明大量节省了战略性稀缺资源Co，同时所制得的增压涡轮不易出现热裂。

技术领域

本发明涉及一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法，属于汽车技术领域。

背景技术

涡轮增压器技术在汽车工业中的应用提高了发动机效率、降低了燃油消耗、减少了废气排放，带来显著的经济和社会效益。

普通精密铸造镍基高温合金由于具有较高的热强性、高温耐腐蚀性、抗机械/热疲劳等优良性能和相对较低的成本，被大量用于制造汽车增压涡轮。该类合金通过加入Al、Ti元素在高温下形成稳定的γ’相作为强化相，同时加入Co、Mo、W、Nb等合金元素进行固溶强化，以获得高温力学性能，加入Cr元素以形成表面氧化膜来保证材料的耐高温氧化和烟气腐蚀能力。该类合金可以通过熔模铸造工艺制造增压涡轮。

随着使用温度的不断升高，普通精密铸造镍基高温合金中Co元素的含量不断提高，当前适用于制造1000℃以下使用的增压涡轮材料中Co元素质量分数普遍达到约10％。然而，Co元素作为战略稀缺资源，大量加入带来极高的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分，降低了普通精密铸造镍基高温合金中战略稀缺资源Co元素的含量，同时又不损害增压涡轮的性能；本发明将Co元素含量大幅降低的同时，设计Al、Ti含量并加入少量Ta元素，以提高强化相γ’的数量和稳定性进而保证热强性；提高了Mo元素含量、加入W元素以增大固溶强化效果；限制W和Mo的质量分数之和与Cr质量分数的比值以减少TCP相，进而提高材料的高温塑性和持久性能。

本发明还提供了一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，该法通过在母合金冶炼过程中采用断电加Al、Ti的方式保证这两种元素的收得率；通过设计多层模壳结构以确保Al、Ti含量增大后产生的(γ+γ’)共晶组织不易产生热裂纹；通过三阶段热处理保证次生γ’相的充分析出。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分，合金化学成分的质量百分比为：C：0.08～0.16％、Cr：12.00～15.00％、Mo：5.00～7.00％、Co：1.00～3.00％，Al：5.00～5.70％，Ti：1.20～1.70％，Ta：2.00～2.50％，W：6.00～8.00％，B：0.01～0.02％，其余为Ni，合金中Cr、Mo、W的成分控制如下：W元素和Mo元素的质量分数之和与Cr元素质量分数的比值小于1.0。

一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，所述增压涡轮制备步骤如下：

S01，母合金熔炼：按所述合金化学成分配比进行配料，加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；

S02，制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统和冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石、五层不同粒度的莫来砂和蛭石，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳。