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先进粉末高温合金的研制及制备技术

2021-02-01 09:14:57
云上高博会 https://heec.cahe.edu.cn
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所属领域:
新材料及其应用
项目成果/简介:

采用注射成形工艺实现复杂形状增压涡轮的近终成形,并满足高性能和低成本的要求。根据注射成形涡轮对零件壁厚的要求,选择 ø52mm 涡轮作为研制对象,并完成了中空蜗轮的结构设计及可靠性校验,中空孔径确定为 ø5mm,孔深 25mm,如图 1 所示。对比分析实芯涡轮和中空涡轮的离心应力分布可知,采用中空结构的涡轮,其应力分布较原始涡轮应力分布一致,但涡轮离心应力有所增大,中空结构涡轮的最大离心应力为 626MPa,较原始涡轮增加了 20.4%。涡轮采用中空设计后,自振频率变化很小,频率平均变小 0.167%,可近似认为没有变化。中空结构增压涡轮不仅达到了减轻重量的目的,而且大幅度减小了烧结变形。设计了侧向抽芯模具结构(如图 2 所示),实现了复杂形状增压涡轮的近终成形。采用数值模拟方法对注射成形充模过程进行了模拟,得出了喂料的充模过程(如图 3 所示),并阐明了涡轮在注射成形过程中产生的缺陷与机理。优化了注射成形工艺参数,得出最佳的注射成形工艺参数为:注射温度为 160℃,注射压力为 60MPa,模温为 80℃,最终制备出了无缺陷的注射成形坯。以平均粒度 15μm 的惰性气体雾化的 K418 镍基高温合金为原料,选用 67%装载量,将粉末与粘结剂(60%石蜡+15%高密度聚乙烯+15%聚丙烯+10%硬脂酸)于 140℃在 开放式混炼机中混炼 30min,制备出适合镍基高温合金粉末注射成形的高效粘结剂,制备出了流变性能良好的注射喂料。分析了脱脂方法、脱脂制度和脱脂温度对致密度和最终高温合金性能的影响,掌握了碳、氧含量的精确控制技术。通过烧结+热等静压工艺获得高致密度的粉末高温合金,具有晶粒细小、显微组织均匀、综合力学性能优异等优点。MIM418 合金 1230℃真空烧结相对密度为 97%,热等静压后的样品接近全致密。

效益分析:

市场分析: 注射成形增压涡轮的研发成功将解决复杂形状涡轮的近终注射成形、新型粘结剂设计、高效脱脂、致密度控制、尺寸精确控制和表面强化工艺等粉末高温合金注射成形的关键问题,提升我国车用增压涡轮的制造水平,打破国外在该领域的技术垄断,为涡轮增压技术在我国的推广应用和节能减排目标的实现奠定基础。

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