CN105983703A - 一种粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法，属于粉末高温合金制备及其热处理技术领域。该方法为将粉末注射成形的涡轮在经脱脂、烧结和热等静压致密化后，进行固溶处理和时效处理。通过上述热处理使MIM418合金涡轮在使用前处于最佳的组织状态：主要析出强化相颗粒γˊ完全纳米化和钝角化，碳化物颗粒弥散分布。极大改善MIM418合金涡轮的强韧性能及和抗疲劳性能；涡轮整体的成分、组织和性能达到均一化，利于最大限度地发挥MIM418合金涡轮的服役性能。

Description

一种粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种新型粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法，属于粉末高温合金制备及其热处理技术领域。

背景技术

金属粉末注射成形(Metal Powder Injection Molding/MIM or 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。

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重视，如图1所示的粉末注射成型MIM418合金涡轮(规格)，并成为近年来国内外的研究开发热点领域。

由于粉末镍基高温合金含有Ti、Al等易氧化元素，颗粒间热烧结性能明显弱化，直接影响到高温烧结零件缺陷存在几率和致密度，因此热等静压是粉末注射成形涡轮的不可或缺的工艺环节，通过热等静压处理，注射成形增压涡轮的孔洞和裂纹类缺陷得到极大程度的弥合，涡轮成形件的致密度明显提高直至接近理论密度。但高温合金注射成形件经过高温长时间热烧结和热等静压处理，涡轮内部组织除了晶粒度长大倾向不明显之外，其微观组织，如γˊ相的形态和尺寸与铸造状态(图2)的差别不大，特别是热等压处理相。如图2(a)和图2(b)所示，为注射成型与铸造418合金涡轮的微观组织对比，图2(a)：注射成形+热等静压，图2(b)：铸造成形。

当于一次高温固溶处理，但目前的热等静压设备降压时间较长，炉内零件难以实现快速冷却或者空冷，只能随炉缓慢降温，因此铸造组织的部分特征仍然没有彻底消除，尤其是主要强化相γˊ颗粒的尺寸形态与铸造涡轮的非常相近。

对于常规铸造K418合金涡轮而言，热处理环节常常被省略，或者仅进行固溶处理，其原因在于铸造涡轮的成分偏析较为严重，加上组织粗大和各种大尺寸铸造缺陷的存在，因此热处理的性能改善效果非常有限。所以在实际工厂中一般是铸造后直接进入交货状态，用户在使用前也无需进行任何热处理。但是粉末注射成形MIM418合金涡轮由于成分、组织均匀性大幅度提高，大尺寸的缺陷也明显减少，所以热处理效应在实验研究过程中发挥得比较显著，试验发现经过热处理后的显微组织与热处理前的微观组织对比变化显著，热处理后MIM418合金室温拉伸性能也获得大幅度提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型粉末注射成形车用增压涡轮的最终热处理工艺，针对粉末注射成形高温合金涡轮的工艺特点与组织特点，通过最终热处理调整经烧结和热等静压处理的粉末注射成形高温合金增压涡轮的组织状态，以达到最大限度地改善粉末注射成形车用增压涡轮综合力学性能的目的。

一种粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法，该热处理工艺为将粉末注射成形的涡轮在经脱脂、烧结和热等静压致密化后，进行“固溶+时效”处理，即先进行固溶处理，然后进行时效处理。

热处理具体工艺参数为：固溶处理温度为1200-1220℃，保温时间为2-4小时，空冷；时效处理温度为750-780℃，保温时间为12-24小时，炉冷或空冷。

上述方法中，增压涡轮的合金成分为碳含量(质量)按中下限控制(0.08-0.12w％)的标准K418合金成分，MIM418涡轮在经烧结、热等静压致密化后进行最终热处理。

通过上述热处理使MIM418合金涡轮在使用前处于比较理想的组织状态，如图3(a)和图3(b)所示，是MIM418合金涡轮热处理前后的显微组织对比，图3(a)：热处理前，图3(b)：热处理后。主要析出强化相颗粒γˊ完全纳米化和钝角化，碳化物颗粒弥散分布，上述组织特征可以显著改善MIM418合金涡轮的强韧性能(见表1)。

表1K418/MIM418合金在不同热加工工艺下的力学性能

附图说明

图1是粉末注射成型MIM418合金涡轮(规格Ф52mm)。

图2(a)和图2(b)是注射成型与铸造418合金涡轮的微观组织对比，图2(a)：注射成形+热等静压，图2(b)：铸造成形。

图3(a)和图3(b)是MIM418合金涡轮热处理前后的显微组织对比，图3(a)：热处理前，图3(b)：热处理后。

图4(a)至图4(d)是MIM418合金涡轮热处理过程中的组织变化，其中，图4(a)：固溶热处理之前，图4(b)：固溶处理(空冷)之后，图4(c)：固溶+时效处理之后，图4(d)：图4(c)基体组织局部放大。

具体实施方式

本发明主要是MIM418合金涡轮的热处理工艺，该涡轮合金成分为碳含量偏中下限的标准K418合金成分，注射成形涡轮毛坯经过脱脂、烧结、和热等静压致密化后其致密度可达99％以上。经过热等静压处理的MIM418合金涡轮首先进行固溶处理，固溶温度为1200-1220℃，保温3小时后取出空冷，然后转入750-780℃时效炉中进行12-20小时的时效处理，时效结束后炉冷或取出后空冷均可。

下面通过粉末注射成形制备规格Ф52mm车用增压涡轮，合金成分参照标准K418合金成分，其中碳含量按中下限控制，以减小颗粒表面碳化物层厚度提高粉末烧结性能，注射成形Ф52mm/418合金车用增压涡轮的整套工艺流程如下：气雾化制粉→喂料混炼→注射成形→脱脂→烧结→热等静压与热处理。其中热处理工艺制度如下：

热处理工艺为：固溶+时效

具体热处理工艺参数为：固溶温度1200-1220℃，保温3小时，空冷；时效温度750-780℃，保温时间16-20小时，炉冷或空冷。

实施例1：

1)实施例1涡轮合金成分见表2。

表2实施例1涡轮合金成分(w％)

2)热处理温度制度：1210℃固溶，保温3小时后空冷。

3)空冷至室温后转移到750℃时效炉中保温16小时，空冷。

4)组织分析结果见图4(a)至图4(d)，是MIM418合金涡轮热处理过程中的组织变化，图4(a)：固溶热处理之前，图4(b)：固溶处理(空冷)之后，图4(c)：固溶+时效处理之后，图4(d)：图4(c)基体组织局部放大。

5)室温拉伸性能见表3。

表3实施例1涡轮合金在热处理工艺前、后的力学性能

实施例2：

1)实施例2涡轮合金成分见表4。

表4实施例2涡轮合金成分(w％)

2)热处理温度制度：1210℃固溶，保温3小时后空冷。

3)空冷至室温后转移到750℃时效炉中保温16小时，炉冷。

4)室温拉伸性能见表5。

表5实施例2涡轮合金在热处理工艺前、后的力学性能

实施例3：

1)MIM418合金成分见表6。

表6涡轮合金成分(w％)

2)热处理温度制度：1210℃固溶，保温3小时后空冷。

3)空冷至室温后转移到750℃时效炉中保温16小时，空冷。

4)室温拉伸性能见表7。

表7实施例3涡轮合金在热处理工艺前、后的力学性能

通过本发明的热处理工艺使MIM418合金涡轮在使用前处于最佳的组织状态，见图2(a)至图4(d)：主要析出强化相颗粒γˊ完全纳米化和钝角化，碳化物颗粒弥散分布。极大改善MIM418合金涡轮的强韧性能及和抗疲劳性能；涡轮整体的成分、组织和性能达到均一化，利于最大限度地发挥MIM418合金涡轮的服役性能。

Claims (4)

1.一种粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法，其特征在于：将粉末注射成形的涡轮在经脱脂、烧结和热等静压致密化后，进行固溶处理和时效处理。

2.根据权利要求1所述的粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法，其特征在于：所述的固溶处理温度为1200-1220℃，保温时间为2-4小时，空冷；所述的时效处理温度为750-780℃，保温时间为12-20小时，炉冷或空冷。

3.根据权利要求1所述的粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法，其特征在于：所述的增压涡轮的合金成分为碳含量按中下限控制的标准K418合金成分。

4.根据权利要求3所述的粉末注射成形车用增压涡轮的热处理方法，其特征在于：所述的增压涡轮的合金成分中碳含量为0.08-0.12w％。