本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種ＡｌＴｉ基體增壓器渦輪材料及其制備方法，是一種用于增壓器渦輪的ＡｌＴｉ基體材料。其主要由鈦粉、鋁粉、鉻粉、錳粉按比例混合后進行球磨，然后退火處理，再加入混合稀土球磨處理并經(jīng)冷壓和真空熱壓變形后制得，其原料配比為（重量比）：鉻５．０～８．０％，錳０．８０～１．３０％，鈦３５～４５％，混合稀土２．０－３．０％，雜質(zhì)中鐵、銅、鋅總量小于１．００％，其余為鋁。本發(fā)明專利技術(shù)的材料具有重量輕、強度高的特點，而且有良好的塑韌性，用其制造的增壓器渦輪響應(yīng)性好，在高溫、高壓、高速的情況下，不易出現(xiàn)變形和飛裂失效的現(xiàn)象。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種合金材料，特別是一種用于增壓器渦輪的AlTi基體材料， 本專利技術(shù)還涉及該材料的制備方法。
技術(shù)介紹
渦輪增壓器安裝在發(fā)動機的進排氣歧管上，處于高溫、高壓、高速運轉(zhuǎn)的 工作狀況下，因此對制造的材料成型工藝和加工技術(shù)都要求很高。要求材料有 良好的高溫機械性能，要有較高的高溫持久強度極限以及良好的抗疲勞和抗蠕 變的性能。增壓器渦輪是增壓器上非常關(guān)鍵和重要的部件，隨著增壓器技術(shù)的 發(fā)展，渦輪材料也在不斷更新?lián)Q代，以前，柴油機增壓器渦輪普遍采用的材料 是20Cr3Mo群(A), 但該材料僅適用于低速(40000r/min左右)較大型的增壓 器，隨著增壓器的轉(zhuǎn)速越來越高、體積越來越小，柴油機排氣溫度有的達到750 °。以上，該材料已不能滿足增壓器的使用要求。目前， 一般汽車用增壓器渦輪 普遍采用K418鎳基高溫合金。但K418鎳基高溫合金制成的增壓器渦輪有很大 局限性1) 由于增壓器渦輪的特殊工作環(huán)境，要求其耐高溫、高壓， 一般在不低于 750° C的工況下工作，對于高轉(zhuǎn)速(小型增壓器最高可達250000r/min)渦輪 葉片經(jīng)常會出現(xiàn)變形現(xiàn)象。2) 高溫、高速時，渦輪葉片經(jīng)常出現(xiàn)飛裂失效。3) 渦輪重量大，響應(yīng)性不好，葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應(yīng)遲緩， 渦輪出現(xiàn)"滯后響應(yīng)"，汽車提速慢、提速煙度大。基于鎳基K418合金的使用局限和渦輪增壓器的使用要求，急需一種既重量 輕、強度高又與軸連接良好的新型材料來代替。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種AlTi基體增壓器渦輪材料，其具有重量輕、強度高的特點，而且有良好的塑韌性， 用其制造的增壓器渦輪響應(yīng)性好，在高溫、高壓、高速的情況下，不易出現(xiàn)變 形和飛裂失效的現(xiàn)象。本專利技術(shù)所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種AlTi基體增壓器渦輪材料的制備方法，通過該方法可制得上述材料。為解決第一個技術(shù)問題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是 一種AlTi基體增壓器渦輪 材料，其主要由鈦粉、鋁粉、鉻粉、錳粉按比例混合后進行球磨，然后退火處 理，再加入混合稀土球磨處理并經(jīng)冷壓和真空熱等靜壓變形后制得，其材料成分組成為(重量比)鉻5.0 8.0%，錳0.80 1.30%，鈦35 45%，混合稀 土 2.0-3.0%，雜質(zhì)中鐵、銅、鋅總量小于1.00%,其余為鋁。為解決第二個技術(shù)問題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是包括以下步驟1) 將鋁粉、鈦粉、鉻粉、錳粉、分散劑按重量比混合和球磨，得到鈦鋁過飽和固溶體；2) 將上述鈦鋁過飽和固溶體粉末退火處理；3) 將退火后的固溶體粉末加入塑化劑和混合稀土混合后，再進行球磨；4) 將上述球磨后的粉末冷壓成型為試塊；5) 將上述冷壓成型的試塊進行真空熱壓成型。上述制備方法中，所述混合和球磨步驟可在球磨機中進行，球磨的工藝參數(shù)為球磨機轉(zhuǎn)速320~360r/min，球磨介質(zhì)為A120J#，球料比為10: 1。步驟l)中球磨溫度為室溫，球磨時間為20小時，球磨中通入氬氣保護。 步驟2)中退火溫度為750。C，退火時間為60-90分鐘。 步驟3)中球磨時間為4小時。步驟5)中冷壓成型的試塊先干燥后，再裝入石墨模具內(nèi)置于干燥箱烘干后 再進行真空熱壓成型。真空熱壓成型步驟中真空度為1.5Xl(TPa，溫度為IOO(TC，壓力30MPa 保溫時間為30分鐘。由于本專利技術(shù)的材料基體為AlTi合金，AlTi是一種高熔點、高硬度、高彈性 模量的合金材料，它具有穩(wěn)定的化學特性，在70(TC以下難于氧化，符合作為本 專利技術(shù)材料基體相的要求。Al-Ti合金可形成AlTi、 Al2Ti、 Al3Ti等金屬間化合物 (IM)。 AlTi-IM具有低密度、高強度以及良好的耐熱性能，其可以減輕增壓器 渦輪的重量。研究表明，在AlTi-IM中添加第三合金元素可明顯降低其硬度， 改善其塑性。本專利技術(shù)中添加合金元素Cr和Mn后，其點陣常數(shù)變大而彈性模量 降低，所形成的化合物中d-d鍵減弱，硬度隨之下降，斷裂韌性提高。AlTi-IM 的脆性一直是限制其在工程實際應(yīng)用的最大障礙。為最大限度地解決其脆性問 題，本專利技術(shù)在合金中加入混合稀土，進一步合金化，使其塑性明顯提高。此外，研究表明TiAl合金合金化后在室溫變形中顯示出可觀的壓縮塑性， 通常具有超過5%的宏觀塑性應(yīng)變，其中以加Mn或Cr合金化最好，可達8-15%。 然而，這個明顯的壓縮塑性變形往往伴隨著相當數(shù)量的微觀裂紋產(chǎn)生。因此本 專利技術(shù)加入稀土元素使其韌性進一步提高。TiAl室溫斷裂韌性一般在 20-30MPa* m1/2，而Al45Ti45Cr8Mm2和Al66Ti25Mn9Mm合金斷裂韌性可提高到35-45MPa* m1 o本專利技術(shù)材料的制備工藝中，混合粉末在球磨過程中在磨球高速碰撞的作用 下，不斷受到強烈的塑性變形，在粉末顆粒的表面出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，當應(yīng)力 達到一定程度，粉末顆粒表面的硬化層開始破碎，從而形成潔凈的"原子化表 面"。這些不同元素的"原子化表面"相互接觸，在碰撞應(yīng)力的作用下，又相互 冷焊在一起，形成有一定原子結(jié)合力的復合顆粒。隨著球磨的繼續(xù)進行，這些 復合顆粒不斷受到碰撞，顆粒表面繼續(xù)產(chǎn)生塑性變形，再次出現(xiàn)加工硬化，應(yīng) 力達到一定程度又導致破碎。經(jīng)過反復的破碎-冷焊-破碎過程，形成了多層結(jié) 構(gòu)的復合顆粒。此時，各復合層內(nèi)積蓄了原子充分擴散所需的空位，位錯等缺 陷。在經(jīng)過一段時間的球磨后，原子的擴散速率突然增大，形成過飽和的固溶 體。這些過飽和的固溶體再經(jīng)過退火熱處理后，在熱能驅(qū)動下快速形成純度較 高的TiAl系金屬間化合物粉末。在這些粉末中加入混合稀土元素后，迸一步合 金化，使其塑性明顯提高。這些粉末經(jīng)冷壓和真空熱壓成型后能夠獲得較高的 強度和良好的塑韌性。由上述敘述可知，本專利技術(shù)的有益效果是由于其基體材料為AlTi合金，因 而其具有低密度、高強度及良好的耐熱性能，通過適量地加入Mn、 Cr等合金元 素，可明顯提高材料的塑性，通過加入稀土元素，可使材料的韌性進一步提高， 因此同鎳基K418合金比較，其材料的密度得到很大的降低，其強度、耐磨性、 塑韌性、線膨脹系數(shù)和高溫性能與鎳基合金相近，可大大提高渦輪轉(zhuǎn)子的響應(yīng) 性，從而從根本上解決了渦輪增壓器的滯后效應(yīng)。 具體實施例方式下面以非限定性的實施例對本專利技術(shù)作進一步的說明實施例1本專利技術(shù)的鋁-鈦基材料采用前期機械合金化法制備和后期熔煉法制備的兩步工藝。其前期機械合金化法制備工藝為按重量比將粒度為200目(純度為99. 9%)的鋁粉45份，粒度為200目(純 度為99.0%)的鈦粉42.2份，粒度為200目(純度為99.0%)的鉻粉8. 2份、 粒度為200目的錳粉1. 3份以及純度為99. 9%的硬脂酸(分散劑)混合，裝入球 磨罐中，利用機械合金化法(高能球磨法)，在球磨罐內(nèi)球磨20小時，形成Ti-Al 二元固溶體。其球磨工藝參數(shù)為球磨機轉(zhuǎn)速320 r/min。選用lCr18Ni9Ti不銹 鋼罐，Al必球為球磨介質(zhì)，球徑分別為10咖、5咖、3 mm，球料比為10: 1。 球磨在室溫下進行，采用氬氣保護以防氧化。球磨后在手套箱中將粉末取出， 靜置30分鐘后，取出放入退火爐中經(jīng)750 。 C退火處理，加熱速度200 。 C/min， 保溫時間60 min，并隨爐本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種ＡｌＴｉ基體增壓器渦輪材料，其特征是：其主要由鈦粉、鋁粉、鉻粉、錳粉按比例混合后進行球磨，然后退火處理，再加入混合稀土球磨處理并經(jīng)冷壓和真空熱壓變形后制得，其原料配比為（重量比）：鉻５．０～８．０％，錳０．８０～１．３０％，鈦３５～４５％，混合稀土２．０－３．０％，雜質(zhì)中鐵、銅、鋅總量小于１．００％，其余為鋁。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王守仁，楊學鋒，李萍，
申請(專利權(quán))人：濟南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：88[中國|濟南]
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