CN108194148A - 一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法，根据径流式增压器涡轮叶轮的结构参数，确定涡轮叶轮基础样件的制备工艺参数；采用铸造成型工艺，进行涡轮叶轮基础样件制备；然后根据涡轮叶轮工作时的应力分布特征以及可靠性指标要求，确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数；结合涡轮叶轮的材料性能，确定涡轮叶轮再制造所采用的选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺的参数；最后按照选取的涡轮叶轮的再制造工艺及其参数进行涡轮叶轮的再制造，提高涡轮叶轮的强度性能和可靠性。本发明能够显著提升径流式增压器涡轮叶轮的可靠性，且易于实现工程化。

Description

一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法
技术领域
本发明属于涡轮增压技术领域，具体涉及一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法。
背景技术
径流式涡轮叶轮是车用涡轮增压器的核心零部件之一，承担着将发动机气缸排出的废气能量转化为增压器压气机叶轮做功所需机械能的功能。增压器涡轮叶轮在制造过程中，不仅要求具有完整的叶型结构，能够满足涡轮增压器气动性能的需求，而且具有足够的强度，满足涡轮增压器结构可靠性的要求。
受增压器涡轮叶轮结构复杂性与制造成本的影响，目前，车用径流式增压器涡轮叶轮的制备主要采用铸造成型，所采用的铸造工艺方式分为两种，即离心式铸造成型和反重力铸造成型。对于采用离心式铸造成型工艺制备的径流式增压器涡轮叶轮，由于在浇铸过程中涡轮叶轮的型壳沿中心轴线高速旋转，涡轮叶片的成形质量较高，但是在离心力作用下涡轮叶轮轮毂部位高温合金溶液充型不充分导致该部位的组织粗大、强度性能较低。对于采用反重力铸造成型工艺制备的径流式增压器涡轮叶轮，由于在浇铸过程中高温合金溶液在一定压力作用下从涡轮叶轮轮背沿着与重力相反方向注入型壳，涡轮叶轮轮毂合金组织较为致密、强度性能较好，但是受高温合金溶液流动性差以及涡轮叶轮型壳流动空间小、距离远等因素的共同影响，涡轮叶轮叶片的成形质量却较差。
为解决径流式增压器涡轮叶轮采用现有成型工艺在制备过程中存在的叶型质量差、轮毂强度低等问题，本发明提出一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法，能够在保证径流式增压器涡轮叶轮叶片成型质量的同时，显著提高涡轮叶轮的强度，进而提高径流式涡轮叶轮的可靠性。
发明内容
本发明提出一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法。首先根据径流式增压器涡轮叶轮的结构参数，确定涡轮叶轮的基础样件的制备工艺参数；采用离心铸造成型工艺，进行涡轮叶轮基础样件的制备。其次，根据径流式增压器涡轮叶轮工作时的应力分布特征以及可靠性指标要求，确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数。然后，针对涡轮叶轮的再制造区域，并结合涡轮叶轮的材料性能，确定涡轮叶轮再制造所采用的选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺的参数。最后，按照所选取的涡轮叶轮再制造工艺及其参数，进行涡轮叶轮的再制造。通过改善或优化涡轮叶轮再制造区域的合金组织性能，达到提高涡轮叶轮强度与可靠性的目的。
本发明的技术方案：
一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法，包括以下步骤：
a、确定涡轮叶轮的基础样件制备工艺参数：涡轮叶轮的基础样件制备采用离心铸造成型工艺，根据径流式增压器涡轮叶轮的结构参数，合理确定能够保证涡轮叶轮叶片成型质量的离心铸造工艺参数。
b、涡轮叶轮基础样件的制备：采用离心铸造成型工艺，按照步骤a确定的涡轮叶轮离心铸造成型工艺参数，制备涡轮叶轮基础样件。
c、确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数：根据径流式增压器涡轮叶轮工作时的应力分布特征以及可靠性指标要求，确定涡轮叶轮的轮毂失效危险部位，进一步根据涡轮叶轮轮毂的失效危险部位，确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数。
d、确定涡轮叶轮的再制造工艺及其参数：涡轮叶轮的再制造工艺可以采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺，根据步骤c确定的涡轮叶轮再制造区域及其尺寸参数，结合涡轮叶轮的材料性能参数，确定采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺进行涡轮叶轮再制造的工艺参数，同时为进一步提高涡轮叶轮再制造后的强度性能，可以在涡轮叶轮再制造工艺参数中增加涡轮叶轮再制造区域溶化再结晶时的环境压力参数。
e、涡轮叶轮的再制造：针对步骤c确定的涡轮叶轮再制造区域，采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺，按照步骤d确定的涡轮叶轮再制造工艺参数，对步骤b中制备的涡轮叶轮基础样件进行再制造，通过使涡轮叶轮再制造区域合金溶化再结晶并在合金凝固过程中施加一定的环境压力，实现涡轮叶轮再制造区域的晶粒细化，提高涡轮叶轮的强度性能。
f、涡轮叶轮外形尺寸的加工：按照涡轮叶轮与其他零部件的装配要求，对完成再制造的涡轮叶轮进行外形尺寸的加工。
本发明的有益效果是：采用离心铸造成型工艺制造涡轮叶轮基础样件，能够有效保证涡轮叶轮的成型质量，特别是能够有效保证涡轮叶轮叶片成型完整性；根据涡轮叶轮工作时的应力分布特征以及可靠性指标要求，确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数，能够为涡轮叶轮再制造区域的合理选取提供科学依据；针对涡轮叶轮的再制造区域，采用选择性激光溶化工艺和搅拌摩擦焊工艺对涡轮叶轮的进行再制造，可以在保证涡轮叶轮成型完整性的前提下，实现涡轮叶轮局部强度性能的提升，达到提高可靠性的目标；在涡轮叶轮的再制造过程中，通过使涡轮叶轮再制造区域合金的溶化再结晶并在合金凝固时施加一定的压力，能够使涡轮叶轮再制造区域的晶粒进一步细化，进而有效提高涡轮叶轮的强度与可靠性。运用本发明所提出的方法能够显著地提高径流式增压器涡轮叶轮的可靠性与制造成品率。
附图说明
图1是一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法流程。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
a、确定涡轮叶轮的基础样件制备工艺参数：涡轮叶轮的基础样件制备采用离心铸造成型工艺，根据径流式增压器涡轮叶轮的结构参数，合理确定能够保证涡轮叶轮叶片成型质量的离心铸造工艺参数。
b、涡轮叶轮基础样件的制备：采用离心铸造成型工艺，按照步骤a确定的涡轮叶轮离心铸造成型工艺参数，制备涡轮叶轮的基础样件。
c、确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数：根据径流式增压器涡轮叶轮工作时的应力分布特征以及可靠性指标要求，确定涡轮叶轮的轮毂失效危险部位，进一步根据涡轮叶轮轮毂的失效危险部位，确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数。例如，某车用J95型增压器涡轮叶轮，根据涡轮叶轮工作时的应力分布特征以及可靠性指标要求，确定的该涡轮叶轮失效危险部位位于轮背沿轴向中心线Φ25mm-Φ46mm、深度为15mm的环形区域内，因此，将涡轮叶轮轮背部位沿轴向中心线Φ25mm-Φ46mm、深度为15mm的环形区域作为涡轮叶轮的再制造区域。
d、确定涡轮叶轮的再制造工艺及其参数：涡轮叶轮的再制造工艺可以采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺，根据步骤c确定的涡轮叶轮再制造区域及其尺寸参数，结合涡轮叶轮的材料性能参数，确定采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺进行涡轮叶轮再制造的工艺参数，同时为进一步提高涡轮叶轮再制造后的强度性能，可以在涡轮叶轮再制造工艺参数中增加涡轮叶轮再制造区域溶化再结晶时的环境压力参数。例如，某车用J95型增压器涡轮叶轮的再制造区域为轮背部位沿轴向中心线Φ25mm-Φ46mm、深度为15mm的环形区域，涡轮叶轮材料采用K418镍基高温合金，根据涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数和材料性能参数，确定采用选择性激光溶化工艺进行涡轮叶轮的再制造。
e、涡轮叶轮的再制造：针对步骤c确定的涡轮叶轮再制造区域，采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺，按照步骤d确定的涡轮叶轮再制造工艺参数，对步骤b中制备的涡轮叶轮基础样件进行再制造，通过使涡轮叶轮再制造区域合金溶化再结晶并在合金凝固过程中施加一定的环境压力，实现涡轮叶轮再制造区域的晶粒细化，提高涡轮叶轮的强度性能。
例如，某车用J95型增压器涡轮叶轮在采用选择性激光溶化工艺进行涡轮叶轮的再制造时，为进一步实现涡轮叶轮再制造区域的晶粒细化，提高涡轮叶轮的强度性能，在涡轮叶轮再制造区域合金溶化再凝固过程中对该部位施加了3MPa的环境压力。
f、涡轮叶轮外形尺寸的加工：按照涡轮叶轮与其他零部件的装配要求，对完成再制造的涡轮叶轮进行外形尺寸的加工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法，包括以下步骤：
a、确定涡轮叶轮的基础样件制备工艺参数：涡轮叶轮的基础样件制备采用离心铸造成型工艺，根据径流式增压器涡轮叶轮的结构参数，合理确定能够保证涡轮叶轮叶片成型质量的离心铸造工艺参数；
b、涡轮叶轮基础样件的制备：采用离心铸造成型工艺，按照步骤a确定的涡轮叶轮离心铸造成型工艺参数，制备涡轮叶轮基础样件；
c、确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数；
d、确定涡轮叶轮的再制造工艺及其参数：涡轮叶轮的再制造工艺可以采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺，根据步骤c确定的涡轮叶轮再制造区域及其尺寸参数，结合涡轮叶轮的材料性能参数，确定采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺进行涡轮叶轮再制造的工艺参数；
e、涡轮叶轮的控性再制造：涡轮叶轮的再制造：针对步骤c确定的涡轮叶轮再制造区域，采用选择性激光溶化工艺或搅拌摩擦焊工艺，按照步骤d确定的涡轮叶轮再制造工艺参数，对步骤b中制备的涡轮叶轮基础样件进行再制造，通过使涡轮叶轮再制造区域合金溶化再结晶并在合金凝固过程中施加一定的环境压力，实现涡轮叶轮再制造区域的晶粒细化，提高涡轮叶轮的强度性能。
f、涡轮叶轮外形尺寸的加工：按照涡轮叶轮与其他零部件的装配要求，对完成再制造的涡轮叶轮进行外形尺寸的加工。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法，其特征在于：在步骤c中，根据径流式增压器涡轮叶轮工作时的应力分布特征以及可靠性指标要求，确定涡轮叶轮的轮毂失效危险部位，进一步根据涡轮叶轮轮毂的失效危险部位，确定涡轮叶轮的再制造区域及其尺寸参数。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠性径流式增压器涡轮叶轮制备方法，其特征在于：在步骤d中，在涡轮叶轮再制造工艺参数中，为进一步提高涡轮叶轮再制造后的强度性能，可以在涡轮叶轮再制造工艺参数中增加涡轮叶轮再制造区域溶化再结晶时的环境压力参数。
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