[发明专利]一种提高钛铝合金涡轮心部强度的组织控制方法

说明书

本发明涉及一种提高钛铝合金涡轮心部强度的组织控制方法，采用有取向层片组织成分的钛铝合金涡轮铸件，由于组织的取向差异导致涡轮心部径向强度比较低，在进行超温超速实验时经常发生涡轮飞散破坏。本发明设计一种新型的组织控制方法，通过调整浇冒口位置和添加冷铁，控制涡轮心部组织的取向，从而达到提高涡轮心部强度的目的。该方法可有效提高钛铝合金涡轮的心部强度和组织稳定性，有利于实现钛铝合金涡轮的可靠应用。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及钛铝涡轮铸造技术，尤其涉及一种提高钛铝合金涡轮心部强度的组织控制方法。

背景技术

钛铝合金密度低，具有高的比强度和比弹性模量，在高温时仍能保持足够高的强度和刚度，同时它还具有良好的抗蠕变及抗氧化能力，这些优点使其成为航空、航天以及汽车的轻质耐热结构件的最具竞争力的材料。应用钛铝合金将可以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响应性、减少启动/加速时冒黑烟和提高增压器轴系可靠性的目的。

现有技术中，浇冒口均设计在涡轮的轮背处，但有这种方法得到的涡轮取向层片组织的钛铝合金涡轮心部组织取向差异导致强度低，如图1所示，且强度的稳定性差，不利于部件的可靠性。因此，有必要调整铸造工艺来提高钛铝合金涡轮的心部强度和可靠性。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种提高钛铝合金涡轮心部强度的组织控制方法，有效提高钛铝合金涡轮的心部强度和可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种提高钛铝合金涡轮心部强度的组织控制方法，所述方法为：将涡轮浇冒口位置设置在涡轮轮背相对的一侧上。

本发明针对现有工艺的缺陷，通过改变浇冒口的位置，将浇冒口的位置设置在涡轮轮背相对的一侧上，涡轮轮背相对的一侧(尤其是轮背相对的位置) 为钛铝合金涡轮受力最小部位，通过上述调整，将最后凝固区转移至钛铝合金涡轮受力最小部位，使得部件受力最大部位的组织能够满足要求且实现轴向顺序凝固，进而消除了原工艺因浇注凝固条件微弱变化带来的性能波动，而且心部承载能力得到提升，有效提高钛铝合金涡轮的心部强度和可靠性。

涡轮轮背相对的一侧，其相对于轮背的位置为钛铝合金涡轮受力最小部位，因此本发明优选将涡轮浇冒口位置设置在涡轮轮背相对的位置上，最后浇注得到的钛铝合金涡轮的心部强度和可靠性最佳。

对于涡轮而言，一般涡轮轮背相对的位置为涡轮的六角螺帽处，故本发明选择将涡轮浇冒口位置设置在涡轮的六角螺帽处。

为了控制铸件的凝固顺序，以获得合格铸件，本发明在涡轮上设置冷铁。经过大量实验验证，将冷铁设置在浇冒口相对一侧，即所述涡轮轮背处效果最佳，此时冷铁能够和浇冒口的设置配合效果最佳。

经过大量实验验证，将所述冷铁设置在所述涡轮轮背处的轴端时其发挥的效果最佳。

由于型壳需要在空气中预热至600℃左右，所以冷铁的材料必须耐氧化，且不与钛铝合金反应，因此冷铁应选择与涡轮相同成分的钛铝合金；但钛铝合金的导热和蓄热性能并不适合做冷铁，难以达到良好的吸热作用。因此，本发明将冷铁设置为核壳结构(包括壳体和壳体内的填充材料)，其中，壳体选择与涡轮相同成分的钛铝合金，填充材料为纯铝。这样，即能保证冷铁耐氧化且不与钛铝合金反应的前提下通过铝块的熔化吸热实现吸热的目的。采用该设置能够实现与上述浇冒口改进后的浇注产生最佳的配合作用，保证铸件的凝固顺序，获得合格铸件。

作为优选的技术方案，本发明所述的提高钛铝合金涡轮心部强度的组织控制方法为：将涡轮浇冒口位置设置在涡轮轮背相对的一侧的六角螺帽处，所述涡轮轮背轴端处增加冷铁，所述冷铁为核壳结构，包括壳体和壳体内的填充材料，所述壳体材质为与涡轮同成分的钛铝合金，所述填充材料的材质为纯铝。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：