粉末注射成形中空涡轮的合金选择及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型粉末注射成形中空涡轮的合金选择及制备方法，属于粉末高 温合金材料和车用发动机增压器材料选择与成形技术领域。
【背景技术】
[0002] 金属粉末注射成形（MIM/PIM)是批量化生产精密复杂薄壁小型零件的先进成形技 术，对于铸造性能欠佳的高熔点或高合金化合金零件成形具有明显优势，通过粉末冶金手 段可以大幅度细化晶粒、缓解成分偏析、减少缩孔疏松缺陷，因此粉末注射成形在陶瓷、难 熔合金、硬质合金、不锈钢、高温合金等小型复杂零部件的生产上具有广泛的应用前景。
[0003] 增压涡轮是车用涡轮增压器最关键的热端部件，目前工业生产上主要采用熔模铸 造工艺，随着增压涡轮小型化和高性能化的发展趋势，传统熔模铸造高温合金增压涡轮由 于组织粗大和成分偏析的存在使其合金性能潜力难以充分发挥，因此采用粉末注射成形方 法制备中小尺寸规格增压涡轮引起增压器行业的关注。
[0004] 涡轮中空设计是基于粉末注射成形脱脂工艺要求和结构减重的双重要求，采用中 空结构设计可以实现在不降低涡轮整体强度的前提下降低了涡轮质量及转动惯量，从而提 高涡轮增压器的瞬态响应性。注射成形脱脂工艺对零件壁厚有严格限制，特别是微细粉末 注射成形，工业生产中注射成形零件的厚度一半在l〇mm以内，以保证脱脂完全，中空涡轮 结构示意图见图1。
[0005] 涡轮合金材料的选用主题是从上世纪60年代伴随柴油机废气涡轮增压技术发展 而提出的，从最早使用变形耐热钢冷加工机械成型，到后来使用铸造耐热钢制造，耐热钢涡 轮只能用于650°C以下的工作温度。上世纪60年代中期，苏联等国家开始陆续研制和使用 铁基和镍基耐热合金，典型的合金牌号包括前苏联的铁基合金3M787JI、美国的镍基合金 Inconel713、日本的镍基合金TM321以及欧洲的镍基合金MAR-M246/247等，见表1和表2。
[0006] 20世纪60年代，我国在涡轮合金和成形技术方面以仿制跟踪为主，1964年钢研总 院研制成功K213铁基铸造高温合金，用于650°C长期工作的增压涡轮材料，最高服役温度 可以达到750°C。对于更高使用温度的增压涡轮，国内钢研总院研制了K418镍基合金，用 于750~850°C的工作温度，相当于美国的镍基合金Inconel713C，实现了铸造增压涡轮国 产化。中科院金属所于上世纪90年代研制成功K491高硼低碳合金，化学成分与B1914合 金相似，用于铸造不同型号的增压涡轮，使用温度可达l〇〇〇°C。InlOO是目前国际知名增压 器制造商重点关注并且在研的下一代汽油发动机涡轮增压器涡轮合金，该牌号相当于国内 牌号K417,该合金以Ni作为基体兀素，添加14~16%Co作为固溶强化和稳定Y相兀素，进 一步提高高温热强性和抗蠕变性能，可用于不超过1050°C的服役环境。
[0007] 表1国内外常用增压涡轮用高温合金的力学性能
[0008]
【主权项】
1. 一种粉末注射成形中空涡轮的合金选择及制备方法，以碳含量为〇. 08-0. 12%的 K418合金粉末作为原料，采用粉末注射成形工艺，制备得到最高服役温度为850°C的增压 器中空涡轮。
2. -种粉末注射成形中空润轮的合金选择及制备方法，以碳含量为0. 01-0. 05%的 K213合金粉末作为原料，采用粉末注射成形工艺，制备得到最高服役温度为750°C的增压 器中空涡轮。
3. -种粉末注射成形中空涡轮的合金选择及制备方法，以碳含量为0. 13-0. 17%的 K417合金粉末作为原料，采用粉末注射成形工艺，制备得到最高服役温度为1050°C的增压 器中空涡轮。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的粉末注射成形中空涡轮的合金选择及制备方 法，其特征在于：所述的合金粉末采用气雾化方法加工制成，所述的合金粉末的粒度为 20-80ym，合金粉末的氧含量低于150ppm。
5. 根据权利要求1-3中任一项所述的粉末注射成形中空涡轮的合金选择及制备方法， 其特征在于：所述的粉末注射成形工艺流程包括：气雾化制粉、喂料混炼、注射成形、脱脂、 烧结、热等静压和热处理。
【专利摘要】本发明涉及一种粉末注射成形中空涡轮的合金选择及制备方法。本发明以碳含量0.08-0.12%的K418、碳含量0.01-0.05%的K213和碳含量0.13-0.17%的K417合金粉末作为原料，采用粉末注射成形工艺，分别制备得到最高服役温度为850℃、750℃或1050℃的增压器中空涡轮。本发明在涡轮合金选择上采用现有铸造合金，在成分设计上将碳含量严格控制在中下限，选择的合金通过气雾化制粉、粉末与粘结剂混合制备喂料、喂料注射成形中空涡轮、脱脂与烧结、热等静压等工艺制备出完全致密的中空涡轮，注射成形中空涡轮本体与相同成分铸态合金相比，强韧性获得显著改善。
【IPC分类】C22C38-00, B22F3-22, B22F5-00, C22C19-03
【公开号】CN104711456
【申请号】CN201310693732
【发明人】杨福宝, 李大全, 张帆, 朱强
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月17日