一种循环气压缩机叶轮的热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及材料领域，具体地说是一种循环气压缩机叶轮的热处理工艺。包括叶轮心部热处理工艺、表面硬化处理工艺，表面硬化前清理、叶轮热处理工装、叶轮热处理前粗加工余量。通过本发明热处理循环气压缩机叶轮热处理机械性能达到：RP0.2≥900N/mm2，Rm≥1150N/mm2，A≥12，Z≥20，Ak（v）≥34(27)J，HB330～440。叶轮表面渗硼层深度可达到0.1mm以上，硬度达到Hv1200以上，渗层均匀牢固。叶轮热处理预留加工余量小于0.6mm。
【专利说明】一种循环气压缩机叶轮的热处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料领域，具体地说是一种循环气压缩机叶轮的热处理工艺。
【背景技术】
[0002]循环气压缩机叶轮用于高温、腐蚀、粉尘磨损的介质中，要求叶轮材料具有高温强度，耐蚀、耐磨特性。所以选用Ni基高温合金GH4169，叶轮流道表面硬化。为达到这一工艺目的，基体材料进行固溶化、分级时效处理，流道渗硼处理。但渗层薄且易脱落。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种循环气压缩机叶轮的热处理工艺。
[0004]为实现上述目的，本发明采用技术方案为:
[0005]一种循环气压缩机叶轮的热处理工艺:
[0006]I)叶轮毛坯预先固溶化处理:将叶轮毛坯置于加热到500±10°C的燃气炉内，再以100±10°C /h的升温速度加热升温至1040±10°C，待升温后保温3.5-4.0小时，出炉水冷降温并检测硬度HB ( 262，待用；
[0007]2)叶轮渗硼处理前清理:将上述预固溶化处理后叶轮毛坯按常规方式电加工后，再抛光处理至粗超度在Ra3.2以下，而后用酒精清洗后干燥，待用；
[0008]3)渗硼处理:将清洗后叶轮埋入渗硼剂中后置于密闭容器中，将密闭容器装入预热至500±10°C的电炉中，以100±10°C /h的加热速度加热至960±10°C，保温17_18h，进而使渗硼剂中硼元素的扩散渗入基体表面形成渗硼层，随后炉冷至600±10°C，将密闭容器出炉空冷，冷却至100°C以下，再打开容器冷却至室温，待用；
[0009]4)叶轮固溶处理:上述渗硼处理后叶轮于真空炉中，在真空状态下以1.50C /分钟的升温速率加热升温到980±5°C，保温3-3.5小时，气冷，其中气冷的气压力21 bs ；
[0010]5)叶轮分级时效处理，将上述固溶处理处理后叶轮再于真空炉中真空状态下加热到720 ± 5 °C保温8-9小时，而后真空炉中随炉冷却至620 ± 5 °C，保温8_9小时，淬火区风冷进行时效处理。
[0011]渗硼剂由供硼剂、活化剂和填充剂组成；其中，供硼剂为无定型硼粉；活化剂为氟铝酸钠和氧化铈；填充剂为碳化硅。所述渗硼剂按质量百分比计，5-6%的95% (质量)无定形硼粉(分子式B)、5-6%氟铝酸钠(分子式Na3SiF, Na3AlF6)、2-3%氧化铈(分子式Ce2O3)和88-85%碳化硅(分子式SiC)。
[0012]所述密闭容器，由筒体与盖板组成，所述筒体上端面设有密封槽，盖板上设有双密封圈，密封槽与密封圈相互契合使筒体与盖板有效密封。
[0013]本发明的优点与积极效果为:
[0014]1.本发明制造的Ni基高温合金叶轮可应用于循环气压缩机高温、腐蚀、磨损介质环境。
[0015]2.本发明的处理工艺可保证流道硬化效果，渗硼层硬度高达Hvl200以上、硬化层深0.1mm以上、渗层均匀牢固。
[0016]3.采用本发明处理工艺可保证叶轮热处理后变形量可控制在低于0.6mm以下范围。
[0017]4.本发明通过专用热处理工艺技术和工序安排，热处理粗加工余量预留，渗硼技术，工装设计，热处理变形量控制等，实现循环气压缩机叶轮热处理制造。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的毛坯热处理的固溶处理工艺曲线图。
[0019]图2为本发明实施例提供的叶轮渗硼工艺曲线图。
[0020]图3为本发明实施例提供的渗硼处理的专用装置示意图。
[0021]图4为本发明实施例提供的叶轮固溶处理及分级时效曲线图。
[0022]图5为本发明实施例提供的经渗硼处理后叶轮的渗硼层硬度及深度检验图。
[0023]图6为本发明实施例提供的处理后叶轮渗硼流道效果图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合图片对本实用新型作进一步详述。
[0025]本发明循环气压缩机叶轮热处理工艺技术，包括叶轮热处理工艺、流道硬化工艺、热处理前后工序安排、热处理变形量控制、工装设计。
[0026]实施例1
[0027]循环气压缩机高温合金GH4169叶轮的热处理制造工艺，具体为:
[0028]I)毛坯预先固溶化处理:高温合金GH4169叶轮毛坯加工后，毛坯装入加热到500°C的燃气炉内，再以100°C /h的升温速度加热升温至1040°C，保温3.5小时，出炉后用常温的清水冷却，并检查硬度HB ( 262时切取叶轮试验材料，加工一件15mm*15mm*50mm的渗硼试样，剩余试验材料保留待用(参见图1)。
[0029]2)叶轮电解加工处理及磨粒流加工:将上述试样采用常规的电解加工和电火花加工相配合的常规叶轮加工工艺。利用金属在电解液中发生“阳极溶解”的原理，工件被加工表面的金属按工具阴极形状迅速溶解。脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一部分金属，各自形成一个小凹坑，这样随着很高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可以将工具形状复制在工件上，加工出叶轮流道，得到相应叶轮；而后将叶轮按常规方式用具有流动性的粘弹性材料(由聚合物载体和磨料组成)对工件进行表面抛光和去毛刺的处理。
[0030]3)叶轮渗硼面清理:将上述抛光处理至试样表面粗超度在Ra3.2以下后，用清水清洗叶轮，并利用高压水枪压力去除电解液，风干后用酒精清洗，自然蒸发干燥后待用；
[0031] 4)渗硼处理:按质量比例配置渗硼剂，5%的95%无定形硼粉(分子式B)、5%氟铝酸钠(分子式Na3SiF，Na3AlF6)、2%氧化铈(分子式Ce2O3)和88%碳化硅(分子式SiC)混合，反复搅拌均匀，渗硼剂装入密闭容器中，叶轮放置到密闭容器中部并用渗硼剂填埋，叶轮渗硼面处渗硼剂厚度大于5cm，将密闭容器装入预热至500± 10°C的电炉中，以100°C /h的加热速度加热至960±10°C，保温17-18h，进而使渗硼剂中硼元素的扩散渗入基体表面形成渗硼层，随后炉冷至600±10°C，将密闭容器出炉空冷，冷却至100°C以下，再打开容器冷却至室温，取出叶轮及试样，对试样检测渗硼层厚度及硬度。
[0032]5)叶轮固溶化、分级时效处理:真空炉抽真空，加热至500± 10°C，叶轮及剩余试验材料装入真空炉中，加热升温到980±10°C，保温3-3.5小时，气冷(2Ibs);而后在真空炉中再进行分级时效处 理，真空炉于真空状态下加热到720±1.5°C保温8小时，真空炉中随炉冷却至620±5°C，保温8小时，风冷。对剩余试样加工成一个拉力试棒，2个V 口冲击试样，检验机械性能。
[0033]其中叶轮基体热处理采用固溶化、分级时效处理。流道表面硬化采用渗硼工艺技术实现。叶轮渗硼工装设计成与叶轮匹配的渗硼密封工装。粗加工余量为单边0.6_，渗硼部位不留余量。工序为叶轮毛坯固溶化、叶轮流道及外型线加工，叶轮非渗硼面预留余量，叶轮渗硼，渗硼后固溶化、分级时效处理。
[0034]渗硼处理装置，由主体与盖板组成，所述主体上部与盖板上分别设有相互契合的凸起与凹槽，使两者能够有效密封。将基体与渗硼剂装入箱体，并填满SiC，再在主体与盖板连接处用高温黏土将进行密封(参见图1)。
[0035]由上述渗硼处理后，提高了 Ni基高温合金渗硼层深度、硬度、均匀性、降低脆性的特性。通过常规硬度测试法，对渗硼试块进行检测，渗硼层硬度大于HvlOOO渗层深度可达到0.15mm，最外层硬度达到Hvl900以上，渗层均匀牢固(参见图5和6)。见附图5、附图6.[0036]经过上述热处理工艺后，将把剩余试验材料加工成一个拉力试棒做拉伸试验，两个冲击试样做冲击试验，检验后械性能达到:RPC1.2≥900N/mm2, Rm≥1150N/mm2, A≥12,Z≥20,Ak (V)≥34(27) J，HB330~440。叶轮表面渗硼层深度可达到0.1mm以上，硬度达到Hvl200以上，渗层均匀牢固。叶轮热处理预留加工余量小于0.6mm。
【权利要求】
1.一种循环气压缩机叶轮的热处理工艺，其特征在于: 1)叶轮毛坯预先固溶化处理:将叶轮毛坯置于加热到500°c的燃气炉内，再以100±10°C /h的升温速度加热升温至1040±10°C，待升温后保温3.5-4.0小时，出炉水冷降温并检测硬度HB ( 262，待用； 2)叶轮渗硼处理前清理:将上述预固溶化处理后叶轮毛坯按常规方式电加工后，再抛光处理至粗超度在Ra3.2以下，而后用酒精清洗后干燥，待用； 3)渗硼处理:将清洗后叶轮埋入渗硼剂中后置于密闭容器中，将密闭容器装入预热至500土 10°C的电炉中，以100土 10°C /h的加热速度加热至960± 10°C，保温17_18h，进而使渗硼剂中硼元素的扩散渗入基体表面形成渗硼层，随后炉冷至600±10°C，将密闭容器出炉空冷，冷却至100°C以下，再打开容器冷却至室温，待用； 4)叶轮固溶处理:上述渗硼处理后叶轮于真空炉中，在真空状态下以1.50C /分钟的升温速率加热升温到980±5°C，保温3-3.5小时，气冷； 5)叶轮分级时效处理，将上述固溶处理处理后叶轮再于真空炉中真空状态下加热到720 ± 5 °C保温8-9小时，而后真空炉中随炉冷却至620 ± 5 °C，保温8_9小时，淬火区风冷进行时效处理。
2.按权利要求1所述的循环气压缩机叶轮的热处理工艺，其特征在于:渗硼剂由供硼剂、活化剂和填充剂组成；其中，供硼剂为无定型硼粉；活化剂为氟铝酸钠和氧化铈；填充剂为碳化娃。
3.按权利要求2所述的循环气压缩机叶轮的热处理工艺，其特征在于:所述渗硼剂按质量百分比计，5-6 %的95 % (质量)无定形硼粉(分子式B)、5-6 %氟铝酸钠(分子式Na3SiF,Na3AlF6X2-3%氧化铈(分子式Ce2O3)和88-85%碳化硅(分子式SiC)。
4.按权利要求1所述的循环气压缩机叶轮的热处理工艺，其特征在于:所述密闭容器，由筒体与盖板组成，所述筒体上端面设有密封槽，盖板上设有双密封圈，密封槽与密封圈相互契合使筒体与盖板有效密封。
【文档编号】C23C8/68GK103966613SQ201310034639
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2013年1月30日
【发明者】孟冬梅, 谭朝鑫, 刁全, 马欣, 王丽 申请人:沈阳鼓风机集团齿轮压缩机有限公司