CN104233014A

CN104233014A - 一种轴流压缩机动叶片合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104233014A
Application number: CN201410516453.XA
Authority: CN
Inventors: 陈凌; 王琰; 任琪; 程晓
Original assignee: KPS Wuxi Machinery Technology Co Ltd
Current assignee: NANTONG DIWATE ENERGY SAVING BLOWER FAN CO., LTD.
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: CN104233014B

Abstract

本发明属于合金材料技术领域，一种轴流压缩机动叶片合金材料及其制备方法，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si8～10%、Cu1～2%、Mn0.2～0.8%、Zr＜0.3%、Fe＜0.3%、Zn＜0.2%、Ti＜0.1%、余量的Al及杂质元素，经熔炼、塑形及热处理等步骤得到符合要求的动叶片合金材料，通过加入适量的Mn元素提高了铝合金动叶片的强度。

Description

一种轴流压缩机动叶片合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种轴流压缩机动叶片合金材料及其制备方法。

背景技术

动叶片是轴流压缩机的高速旋转件，设计要求其在270米/秒线速度超速运转试验，不得有任何变形。动叶片材料普遍采用合金钢锻件铣削焊接或铆接成型，也可采用铝合金锻件铣削焊接成型，上两种方式的缺点是：成本高，加工工艺复杂，制作周期长，不利于批量生产，特别是合金钢比重较大，影响转子组转动惯量，长期运转稳定性差。

在这种背景下，需要研制出一种新型铸造铝合金，要求：①较小的室温和高温变形性能，②较高的强度和韧性，③较好的工艺性（流动性好、抗杂质能力强），④较宽的温度间隔，⑤抗氟利昂腐蚀（R134a），⑥通过280米/秒线速度超速运转试验。经反复试验，证明 ZL9-1.5 合金材料完全满足以上要求。是轴流压缩机动叶片比较理想的一种材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型铸造铝合金代替合金钢或铝合金锻件制造轴流压缩机动叶片材料及其制备方法。

本发明的技术方案：一种轴流压缩机动叶片合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si 8 ～ 10%、Cu 1 ～ 2%、Mn 0.2 ～ 0.8%、Zr ＜ 0.3%、Fe ＜ 0.3%、Zn ＜ 0.2%、Ti＜ 0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

作为优选，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si 8%、Cu 1.5%、Mn 0.45%、Zr ＜ 0.3%、Fe ＜ 0.3%、Zn ＜ 0.2%、Ti ＜ 0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

进一步的，所述杂质元素＜0.6%。

进一步的，所述轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，包括以下步骤：

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至200～300℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si 中间合金，占总重量的60～70%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至 700 ～ 720℃时，将预热至 200 ～ 600℃的 Mn 压入，熔化完毕；将炉温升至730～750℃，将预热至200～300℃的精炼剂压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到 740 ～ 760℃时，将预热至 200 ～ 300℃的变质剂均匀撒在金属液面上，静置 8～ 10 分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 8 ～ 12 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件放入热处理炉中进行固溶，温度控制在（520～540）±5℃，保温时间6～ 8 小时，水淬、人工时效，制得合金材料。

作为优选，步骤a中所述精炼剂选用六氯乙烷精炼剂，主要成分为C₂Cl₆，按炉料重量的 0.5% 准备。

作为优选，所述a中所述变质剂选用三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K₂ZrF₆，按炉料重量的 1% 准备。

进一步的，所述步骤a中浇铸温度控制在 720 ～ 740℃。

进一步的，所述步骤b中铸件在 200℃进入热处理炉，升温速度≤150℃/小时。

进一步的，所述步骤 b 中水淬工艺为：热处理后的铸件淬入 50 ～ 80℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在 15秒内。

进一步的，所述步骤 b 中人工时效工艺为：温度 165±5℃，保温 3.5 ～ 4.5 小时，空冷。

本发明的有益效果：

本发明材料性能指标如下：

1、合金单铸试棒（金属型）机械性能

通过上 100 炉以上机械性能分析、统计：Rm ：320 ～ 380MPa，Rel ：235 ～ 280MPa，A%）：3 ～8，HB:90 ～ 110。

2、合金物理性能

（1）耐蚀：通过工艺试验和长期的机组运转，证明该合金耐氟利昂。

（2）宏观组织：外观成型良好，无可见缺陷。加工表面针孔度达 JB/T7946.3-1995标准 2 级以上。

（3）内部质量：经 X 射线照相检查无可见缺陷。针孔度达到 GB/T11346-1989 和HB657-1992 标准 2 级以上。

1、本发明通过加入适量的Mn提高了铝合金动叶片的强度。

2、本发明的材料综合性能优于现有国内铸造铝合金材料，除铝、硅、铜、锰外，其它元素含量控制在小于 1.5%，国内铸造铝合金要求其它元素含量控制在 1% 以内（GB/T1173-1995），熔炼简单，操作方便，不需高纯炉料，经一般热处理后，就可获得良好的综合机械性能指标。

3、本发明材料结晶温度间隔宽、抗热裂倾向强，适于厚薄不均的复杂铸件，若用低压铸造，则可防止分散缩孔缺陷。

4、本发明材料抗氟利昂和海水腐蚀能力强。

5、本发明工艺简单，成本低，仅锻造铝合金的 1/4，适于批量生产。

具体实施方式

为使本领域技术人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，下面以具体的生产实例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。

实施例 1

一种轴流压缩机动叶片合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：

Si8%、Cu2%、Mn0.8%、Zr0.3%、Fe0.3%、Zn0.2%、Ti0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

所述轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，包括以下步骤：

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至200℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的 60%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至700℃时，将预热至200℃的Mn压入，熔化完毕；将炉温升至730℃，将预热至 200℃的精炼剂（SRWJ1 型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的 0.5% 准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到740℃时，将预热至200℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl 和 K₂ZrF₆，按炉料重量的 1% 准备）均匀撒在金属液面上，静置 8 分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 8 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在 720℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在 200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度 110℃ / 小时；温度控制在 515℃，保温时间 6 小时；热处理后的铸件淬入 50℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在 15 秒内；人工时效：温度160℃，保温 3.5 小时，空冷，制得合金材料。

实施例 2

Si10%、Cu1%、Mn0.2%、Zr0.2%、Fe0.2%、Zn0.1%、Ti0.05%、余量的 Al 及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至300℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的 70%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至720℃时，将预热至600℃的Mn压入，熔化完毕；将炉温升至750℃，将预热至 300℃的精炼剂（SRWJ1 型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的 0.5% 准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到760℃时，将预热至300℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl 和 K₂ZrF₆，按炉料重量的1%准备）均匀撒在金属液面上，静置10 分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 12 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在 740℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在 200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度 150℃ / 小时；温度控制在 545℃，保温时间 8 小时；热处理后的铸件淬入 8℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在 15 秒内；人工时效：温度170℃，保温 4.5 小时，空冷，制得合金材料。

实施例 3

Si9%、Cu1.5%、Mn0.3%、Zr0.25%、Fe0.25%、Zn0.15%、Ti0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至250℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的 65%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至710℃时，将预热至350℃的Mn压入，熔化完毕；将炉温升至740℃，将预热至 250℃的精炼剂（SRWJ1 型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的 0.5% 准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到750℃时，将预热至250℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl 和 K₂ZrF₆，按炉料重量的 1% 准备）均匀撒在金属液面上，静置 9 分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 10 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在 730℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在 200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度 130℃ / 小时；温度控制在 530℃，保温时间 7 小时；热处理后的铸件淬入 60℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在 15 秒内；人工时效：温度165℃，保温 4 小时，空冷，制得合金材料。

实施例 4

一种轴流压缩机动叶片合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si8.5%、Cu2%、Mn0.6%、Zr0.15%、Fe0.15%、Zn0.2%、Ti0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至280℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的 60%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至715℃时，将预热至500℃的Mn压入，熔化完毕；将炉温升至745℃，将预热至 280℃的精炼剂（SRWJ1 型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的 0.5% 准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到755℃时，将预热至280℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl 和 K₂ZrF₆，按炉料重量的 1%准备）均匀撒在金属液面上，静置 10 分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 11 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在 735℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在 200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度 140℃ / 小时；温度控制在 540℃，保温时间 7 小时；热处理后的铸件淬入 70℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在 15 秒内；人工时效：温度168℃，保温 4.2 小时，空冷，制得合金材料。

实施例 5

一种轴流压缩机动叶片合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si9.5%、Cu1%、Mn0.45%、Zr0.1%、Fe0.1%、Zn0.1%、Ti ＜ 0.05%、余量的 Al 及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至230℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的 60%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至705℃时，将预热至230℃的Mn压入，熔化完毕；将炉温升至735℃，将预热至 230℃的精炼剂（SRWJ1 型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的 0.5% 准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到745℃时，将预热至230℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl 和 K₂ZrF₆，按炉料重量的 1% 准备）均匀撒在金属液面上，静置 8 分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 9 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在 725℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在 200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度 120℃ / 小时；温度控制在 525℃，保温时间 6 小时；热处理后的铸件淬入 60℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在 15 秒内；人工时效：温度 162℃，保温 3.7 小时，空冷，制得合金材料。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种轴流压缩机动叶片合金材料，其特征在于，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si 8 ～ 10%、Cu 1 ～ 2%、Mn 0.2 ～ 0.8%、Zr ＜ 0.3%、Fe ＜ 0.3%、Zn ＜ 0.2%、Ti＜ 0.1%、余量的Al 及杂质元素。

2.根据权利要求 1 所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料，其特征在于：所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si 8%、Cu 1.5%、Mn 0.45%、Zr ＜ 0.3%、Fe ＜ 0.3%、Zn ＜ 0.2%、Ti ＜ 0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

3.根据权利要求 1 或 2 所述的一种轴流压缩机动叶片片合金材料，其特征在于：所述杂质元素＜ 0.6%。

4.如权利要求1～3任一项所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至 200 ～ 300℃的铝锭、含铜 50% 的 Al-Cu 中间合金及含硅 25% 的Al-Si 中间合金，占总重量的60～70%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

当炉温达到 740 ～ 760℃时，将预热至 200 ～ 300℃的变质剂均匀撒在金属液面上，静置 8 ～ 10分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 8 ～ 12 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件放入热处理炉中进行固溶，温度控制在（520～540）±5℃，保温时间 6 ～8小时，水淬、人工时效，制得合金材料。

5.根据权利要求 4 所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，其特征在于：步骤 a 中所述精炼剂为六氯乙烷精炼剂，主要成分为 C₂Cl₆，按炉料重量的 0.5% 准备。

6.根据权利要求 4 所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，其特征在于：所述 a 中所述变质剂为三元变质剂，主要成分为 NaF、NaCl 和 K₂ZrF₆，按炉料重量的 1%准备。

7.根据权利要求 4 所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a 中浇铸温度控制在 720～740℃。

8.根据权利要求 4 所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤 b 中铸件在 200℃进入热处理炉，升温速度≤ 150℃ / 小时。

9.根据权利要求 4 所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤 b 中水淬工艺为：热处理后的铸件淬入 50 ～ 80℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15 秒内。

10.根据权利要求 4 所述的一种轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤 b 中人工时效工艺为：温度 165±5℃，保温 3.5 ～ 4.5 小时，空冷。