专利名称：一种可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷嘴环叶片的制备工艺，特别是涉及一种可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺。
背景技术：
可变几何截面涡轮增压器可以全面改善发动机的动力性、经济性以及排放指标等综合性能，给发动机注入强劲动力，能更好地满足欧III、欧IV新排放标准要求。其主要工作原理是通过调节涡轮进口导向叶片的角度，来改变涡轮喷嘴的截面大小，进而调节增压压力。当发动机处于怠速工况或低速工况时，喷嘴叶片关闭或喷嘴截面很小，即使在此时较低的废气流量下也能够使叶轮很快地加速，从而提高发动机的低速扭矩，改善发动机的低速响应性；当发动机高速运转时，喷嘴叶片全开或喷嘴截面很大，凭借此时较高的废气流量能够克服较大的叶轮阻力，提供较大的动力来提高增压压力，充分满足发动机对吸入空气的需要。可变喷嘴涡轮增压器目前在车用柴油机得到愈来愈广泛的应用。可变几何截面涡轮增压器与通常增压器比较，具有如下优点1、在全工况范围内提高内燃机的动力性和经济性；2、可明显改善内燃机的加速性和低速转矩特性；3、可使联合运行线流量范围拓宽，配合使用后掠式压气机和其他可变技术，可满足高增压、变工况运行特性要求很高的内燃机的性能需求；4、改善排放品质。其中，喷嘴环组件(喷嘴环，叶片)是可变几何截面涡轮增压器的关键组成部分，其质量尤其是叶片质量直接决定着涡轮增压器性能。内燃机排出的废气温度相当高，喷嘴环叶片的工作环境相当恶劣(约700°C以上， 瞬间工作温度可达到850°C)，导致目前内燃机车发生的故障中，喷嘴环叶片失效引起的涡轮增压器故障占相当大比例。喷嘴环叶片失效的主要原因是热疲劳所产生的裂纹。在高温高压下，喷嘴环叶片由于温度变化会引起膨胀及收缩，但因为受到约束导致内部因变形受阻而产生热应力，当温度反复变化时这种热应力也反复变化，尤其在开车、停车之周期影响下，该零件将受到交变热应力作用，因而使材料受到损伤，引起涡轮增压器故障。因此，可变几何截面涡轮增压器增压技术的发展需要高性能的喷嘴环叶片，国内外从业者的在叶片叶型、材料及其制备技术三个方面进行了大量的研究工作。有关喷嘴环叶片的结构与材料选用国内尚未制定可参照的标准，材料主要是18-8 型不锈钢和2Crl3材质。18-8型不锈钢耐高温氧化，但容易产生晶间腐蚀，由于内燃机废气中含有大量Na2S04、V205和其他盐类，要求材料抗燃气腐蚀能力强，故18-8型不锈钢已逐步被其他材料所取代。2Crl3材质高温强度不够，在服役条件下通常抗拉强度约为270MPa，延伸率约为15%左右，随着现代工业对发动机效率的要求不断提高，其力学性能和抗疲劳性能已力不从心。因此，国外制造商一般采用一些成分更为复杂、性能更为优异的材料。其中， HK-30不锈钢以其优良的高温力学性能及抗高温腐蚀性能受到了国外研究者的青睐。HK-30 不锈钢性能优异，高温强度可达420MPa (使用温度可达1200°C )，延伸率25%，添加强化合金元素后性能可望得到更大的提高。因此采用HK-30不锈钢为基础，采用添加强化合金元素提高其性能的方法制备高性能喷嘴环叶片有望大幅提高其性能。
在制备工艺方面，国内采用的制造方法主要是铸造。但由于材料的熔炼浇铸温度都特别高，熔体化学性质活泼，流动性差，对于壁厚极薄的叶片要实现浇满非常困难；且对于各种复杂形状的叶片采用精密铸造生产会由于其液态金属不能够完全均勻地填充模腔， 得到的产品精度不高；熔体补缩能力差，容易产生收缩缺陷导致铸件报废；成形的铸件组织粗大，容易产生成分偏析，导致显微组织的不均勻性和性能的不稳定，即使通过退火处理后，由于相变时产生的应力也较大，性能也不佳，产品的可靠性低，而且工艺成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种产品的尺寸精度和表面精度高、产品抗热疲劳性能高、产品使用寿命长的可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺。为了解决上述技术问题，本发明提供的可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺，其过程如下原料准备HK30的气雾化粉，按重量百分比加入0. 2-1. 5%的Ti ；粘结剂的制备按重量百分比，取聚乙二醇10-15%、植物油15-30%、聚乙烯 10-15%、聚丙烯5-20%，石蜡25-45%，在140°C _160°C温度下混合1_2小时；制备喂料按质量比80-95 20-5%的比例，称量好粘结剂与HK30、Ti粉末进行混炼，混炼的温度为130 170°C，混炼机转速为50 70r/min，混炼时间1. 0 2. Oh,冷却破碎后制成喂料；注射成形将制好的喂料加入注射成形机内，注射温度120-165°c，注射压力 60-120MPa，模温30_60°C，注射成形出坯件；坯件处理和预烧结首先将坯件溶解其中的石蜡和植物油组分；然后将干燥后的坯件进行脱脂；然后以8 12°C /min的速度加热至840 860°C进行预烧结；坯件烧结坯件以5 9°C /min的升温速度升到1200 1310°C，保温60 480 分钟后随炉冷却。本发明采用的粉末原料为英国Osprey公司提供的HK30的气雾化粉。上述注射成形步骤中粉末装载量的大小为40-60%。上述步骤坯件处理和预烧结中所述的坯件溶解石蜡、植物油组分和脱脂是首先将坯件置于二氯甲烷溶剂中，溶解其中的石蜡和植物油组分；然后将干燥后的坯件放入真空脱脂炉中，在氩气保护下，以2 6°C /min加热至170 190°C，保温160 200分钟，再以 2 6°C /min加热至320 380°C，保温160 200分钟。采用上述技术方案的可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺，，采用Ti、 Nb等高碳亲和力的合金元素，调节并稳定烧结产品当中的碳含量，避免有害碳化物形成，提高叶片抗热疲劳性能，延长产品使用寿命。本发明通过比较剪切力和粉末/粘结剂内聚力制定粉末/粘结剂两相体能否均勻混炼的工艺。采用扭矩、密度和毛细管压力变化描述两相体的宏观分散行为，通过检测不同混炼时间同一区域的微观分散进程，保证元素均勻分布。
权利要求
1.一种可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺，其特征是其过程如下原料准备HK30的气雾化粉，按重量百分比加入0. 2-1. 5%的Ti ；粘结剂的制备按重量百分比，取聚乙二醇10-15%、植物油15-30%、聚乙烯10-15%、 聚丙烯5-20%，石蜡25-45%，在140°C _160°C温度下混合1_2小时；制备喂料按质量比80-95 20-5%的比例，称量好粘结剂与HK30、Ti粉末进行混炼， 混炼的温度为130 170°C，混炼机转速为50 70r/min，混炼时间1. 0 2. 0h，冷却破碎后制成喂料；注射成形将制好的喂料加入注射成形机内，注射温度120-165 °C，注射压力 60-120MPa，模温30_60°C，注射成形出坯件；坯件处理和预烧结首先将坯件溶解其中的石蜡和植物油组分；然后将干燥后的坯件进行脱脂；然后以8 12°C /min的速度加热至840 860°C进行预烧结；坯件烧结坯件以5 9°C /min的升温速度升到1200 1310°C，保温60 480分钟后随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺，其特征是本发明采用的粉末原料为英国Osprey公司提供的HK30的气雾化粉。
3.根据权利要求1或2所述的可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺，其特征是上述注射成形步骤中粉末装载量的大小为40-60%。
4.根据权利要求1或2所述的可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺，其特征是上述步骤坯件处理和预烧结中所述的坯件溶解石蜡、植物油组分和脱脂是首先将坯件置于二氯甲烷溶剂中，溶解其中的石蜡和植物油组分；然后将干燥后的坯件放入真空脱脂炉中，在氩气保护下，以2 6°C /min加热至170 190°C，保温160 200分钟，再以 2 6°C /min加热至320 380°C，保温160 200分钟。
全文摘要
本发明公开了一种可变几何截面涡轮增压器喷嘴环叶片的制备工艺，HK30的气雾化粉，加入0.2-1.5％的Ti；聚乙二醇10-15％、植物油15-30％、聚乙烯10-15％、聚丙烯5-20％，石蜡25-45％，在140℃-160℃温度下混合1-2小时；按80-95∶20-5％称量好粘结剂与HK30、Ti粉末进行混炼，混炼的温度为130～170℃，混炼机转速为50～70r/min，混炼时间1.0～2.0h，冷却破碎后制成喂料；将制好的喂料加入注射成形机内，注射温度120-165℃，注射压力60-120MPa，模温30-60℃，注射成形出坯件；溶解坯件的石蜡和植物油组分，干燥后脱脂；以8～12℃/min的速度加热至840～860℃进行预烧结；坯件以5～9℃/min的升温速度升到W～E℃，保温T～Y分钟后随炉冷却。本发明的产品的尺寸精度和表面精度高、产品抗热疲劳性能高、产品使用寿命长。
文档编号F02B37/00GK102211193SQ201110164609
公开日2011年10月12日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者何浩, 李益民, 邓忠勇, 雷浩 申请人:湖南英捷高科技有限责任公司