CN109022923A - 一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法 - Google Patents

一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109022923A
CN109022923A CN201810840372.3A CN201810840372A CN109022923A CN 109022923 A CN109022923 A CN 109022923A CN 201810840372 A CN201810840372 A CN 201810840372A CN 109022923 A CN109022923 A CN 109022923A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
sand
charging turbine
melt
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810840372.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109022923B (zh
Inventor
刘惠明
王珏
王章忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGYIN XINBAOLI METAL PRODUCTS CO Ltd
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
JIANGYIN XINBAOLI METAL PRODUCTS CO Ltd
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGYIN XINBAOLI METAL PRODUCTS CO Ltd, Nanjing Institute of Technology filed Critical JIANGYIN XINBAOLI METAL PRODUCTS CO Ltd
Priority to CN201810840372.3A priority Critical patent/CN109022923B/zh
Publication of CN109022923A publication Critical patent/CN109022923A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109022923B publication Critical patent/CN109022923B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B22C9/043—Removing the consumable pattern
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/023—Alloys based on nickel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分，合金化学成分的质量百分比为：C：0.08～0.16％、Cr：12.00～15.00％、Mo：5.00～7.00％、Co：1.00～3.00％，Al：5.00～5.70％，Ti：1.20～1.70％，Ta：2.00～2.50％，W：6.00～8.00％，B：0.01～0.02％，其余为Ni，合金中Cr、Mo、W的成分控制如下：W元素和Mo元素的质量分数之和与Cr元素质量分数的比值小于1.0。本发明还公开了一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法。属于汽车技术领域。本发明大量节省了战略性稀缺资源Co，同时所制得的增压涡轮不易出现热裂。

Description

一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法，属于汽车技术领域。
背景技术
涡轮增压器技术在汽车工业中的应用提高了发动机效率、降低了燃油消耗、减少了废气排放，带来显著的经济和社会效益。
普通精密铸造镍基高温合金由于具有较高的热强性、高温耐腐蚀性、抗机械/热疲劳等优良性能和相对较低的成本，被大量用于制造汽车增压涡轮。该类合金通过加入Al、Ti元素在高温下形成稳定的γ’相作为强化相，同时加入Co、Mo、W、Nb等合金元素进行固溶强化，以获得高温力学性能，加入Cr元素以形成表面氧化膜来保证材料的耐高温氧化和烟气腐蚀能力。该类合金可以通过熔模铸造工艺制造增压涡轮。
随着使用温度的不断升高，普通精密铸造镍基高温合金中Co元素的含量不断提高，当前适用于制造1000℃以下使用的增压涡轮材料中Co元素质量分数普遍达到约10％。然而，Co元素作为战略稀缺资源，大量加入带来极高的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分，降低了普通精密铸造镍基高温合金中战略稀缺资源Co元素的含量，同时又不损害增压涡轮的性能；本发明将Co元素含量大幅降低的同时，设计Al、Ti含量并加入少量Ta元素，以提高强化相γ’的数量和稳定性进而保证热强性；提高了Mo元素含量、加入W元素以增大固溶强化效果；限制W和Mo的质量分数之和与Cr质量分数的比值以减少TCP相，进而提高材料的高温塑性和持久性能。
本发明还提供了一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，该法通过在母合金冶炼过程中采用断电加Al、Ti的方式保证这两种元素的收得率；通过设计多层模壳结构以确保Al、Ti含量增大后产生的(γ+γ’)共晶组织不易产生热裂纹；通过三阶段热处理保证次生γ’相的充分析出。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分，合金化学成分的质量百分比为：C：0.08～0.16％、Cr：12.00～15.00％、Mo：5.00～7.00％、Co：1.00～3.00％，Al：5.00～5.70％，Ti：1.20～1.70％，Ta：2.00～2.50％，W：6.00～8.00％，B：0.01～0.02％，其余为Ni，合金中Cr、Mo、W的成分控制如下：W元素和Mo元素的质量分数之和与Cr元素质量分数的比值小于1.0。
一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，所述增压涡轮制备步骤如下：
S01，母合金熔炼：按所述合金化学成分配比进行配料，加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；
S02，制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统和冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石、五层不同粒度的莫来砂和蛭石，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳。
S03，再次熔炼浇注，将S01中所述的母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4～10Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热20-25min后温度到达1600-1800℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至S02所得模壳中；
S04，冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
S05，对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理；
S06，表面喷砂清理后得到成品。
S01中的母合金熔炼过程具体包括以下步骤：先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼30～40min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼5～10min后搅拌合金液熔体，充入氩气，加入硼熔炼5～10min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1500～1600℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭。
从内向外，五层不同粒度的莫来砂的粒度逐渐减小。
从内向外，第一莫来砂层为60～80目，第二莫来砂层和第三莫来砂层为30～60目，第四莫来砂层和第五莫来砂层为16～30目。
所述三阶段热处理的步骤为：1200℃～1250℃保温16小时空冷至室温，1100～1150℃保温4小时空冷至室温，850～900℃保温20小时空冷至室温。
本发明的特点和优点如下：
(1)将适合于1000℃以下增压涡轮使用的普通精密铸造镍基高温合金中的Co元素质量分数由约10％降低至1％～3％，大幅降低了战略性稀缺资源Co的使用量；
(2)通过设计合金成分和增压涡轮的生产工艺，在降低Co含量的同时保证合金高温持久性能满足使用要求，且在生产过程中不易出现热裂；
(3)多层模壳的设计，具有高保温性和高强度性。
(4)本发明的优点如下：普通精密铸造镍基高温合金的热强性主要来源于γ’相的沉淀强化和合金元素的固溶强化，其中γ’相主要为Ni3Al，Ti、Ta等其他元素可以溶入该相以提高其稳定性或增大其与基体的错配度来进一步提高其强化能力。Co元素的加入可以降低合金层错能，阻碍位错交滑移进而提高变形抗力使合金强化。本发明为了弥补Co元素降低的不利影响，设计了合金中Al、Ti元素含量并加入了Ta元素来提高γ’相的数量和热稳定性，通过三阶段热处理(固溶处理结合双时效处理)，保证次生γ’相充分析出；同时，提高了Mo元素含量、并加入W元素来对基体进行固溶强化。合金元素含量的调整除了影响热强性外，还会对合金的其他方面产生影响，Ta元素的加入提高了γ’相的析出温度和(γ+γ’)共晶量，造成凝固过程中液相流动通路被已经析出的(γ+γ’)共晶所阻断，无法补缩进而造成热裂，针对此问题本发明设计了多层模壳结构，这一结构提高了模壳的保温效果，使液相冷速变慢以充分补缩，同时提高了模壳强度，防止浇铸时液相冲击模壳而导致微裂纹，进一步降低热裂倾向。W、Mo元素的加入促进合金在长期高温服役过程中TCP相的析出，该相对合金的高温塑性不利，本发明按照(W+Mo)/Cr＜1.0原则来控制Cr、Mo、W的成分，减少TCP相的析出。
附图说明
图1为本发明的模壳的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例1～7中的增压涡轮成品实测合金成分(质量百分比)如表1所示。
表1实施例1～7的增压涡轮成品实测合金成分(质量百分比)
实施例 C Cr Co Mo Al Ti Ta W B Ni (W+Mo)/Cr
1 0.08 13.5 1.2 6.8 5.1 1.3 2.2 6.1 0.015 余 0.96
2 0.11 14.8 1.5 6.5 5.4 1.5 2.1 7.7 0.019 余 0.96
3 0.08 14.4 2.0 6.2 5.1 1.2 2.4 6.1 0.015 余 0.85
4 0.13 13.2 1.1 5.9 5.4 1.5 2.2 6.5 0.011 余 0.94
5 0.09 14.5 1.8 6.6 5.2 1.2 2.5 7.1 0.011 余 0.94
6 0.16 12 3 5 5.7 1.7 2 6.0 0.02 余 0.92
7 0.10 15 1 6.9 5 1.4 2.5 8 0.01 余 0.99
实施例1：
本实施例中增压涡轮实测成分如表1所示。制备步骤如下：
(1)母合金熔炼前的配料过程中须考虑Al、Ti、B元素的烧损率分别为0.3、0.2和0.5，配料后加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼35min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼10min后搅拌合金液熔体，冲入氩气，加入硼熔炼5min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1500～1570℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭；
如图1所示，(2)制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石1、五层不同粒度的莫来砂，最外层为蛭石7，其中第一莫来砂层2为60～80目，第二莫来砂层3、第三莫来砂层4为30～60目，第四莫来砂层5、第五莫来砂层6为16～30目，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳；
(3)熔炼浇注，将所述母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4.5Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热23min后温度到达1650℃±10℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(2)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
(5)对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理：1220℃±5℃保温16小时空冷至室温，1130℃±5℃保温4小时空冷至室温，875℃±5℃保温20小时空冷至室温；
(6)表面喷砂清理后得到成品；
(7)在热处理后的铸件上切取试样并测试980℃/144MPa条件下的持久寿命为62.5小时，且增压涡轮未出现热裂纹。
实施例2：
本实施例中增压涡轮实测成分如表1所示。制备步骤如下：(1)母合金熔炼前的配料过程中须考虑Al、Ti、B元素的烧损率分别为0.3、0.2和0.5，配料后加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼35min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼10min后搅拌合金液熔体，冲入氩气，加入硼熔炼5min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1550～1600℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭；
如图1所示，(2)制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石1、五层不同粒度的莫来砂，最外层为蛭石7，其中第一莫来砂层2为60～80目，第二莫来砂层3、第三莫来砂层4为30～60目，第四莫来砂层5、第五莫来砂层6为16～30目，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳；
(3)熔炼浇注，将步骤(1)中所述的母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4.5Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热25min后温度到达1700℃±10℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(2)所得模壳中。
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
(5)对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理：1230℃±5℃保温16小时空冷至室温，1130℃±5℃保温4小时空冷至室温，875℃±5℃保温20小时空冷至室温；
(6)表面喷砂清理后得到成品。
(7)在热处理后的铸件上切取试样并测试980℃/144MPa条件下的持久寿命为71.2小时，且增压涡轮未出现热裂纹。
实施例3：
本实施例中增压涡轮实测成分如表1所示。制备步骤如下：(1)母合金熔炼前的配料过程中须考虑Al、Ti、B元素的烧损率分别为0.3、0.2和0.5，配料后加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼35min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼10min后搅拌合金液熔体，冲入氩气，加入硼熔炼5min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1500～1570℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭；
如图1所示，(2)制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石1、五层不同粒度的莫来砂，最外层为蛭石2，其中第一莫来砂层2为60～80目，第二莫来砂层3、第三莫来砂层4为30～60目，第四莫来砂层5、第五莫来砂层6为16～30目，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳；
(3)熔炼浇注，将步骤(1)中所述的母合金加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4.5Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热23min后温度到达1650℃±10℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(2)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
(5)对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理：1220℃±5℃保温16小时空冷至室温，1130℃±5℃保温4小时空冷至室温，875℃±5℃保温20小时空冷至室温；
(6)表面喷砂清理后得到成品；
(7)在热处理后的铸件上切取试样并测试980℃/144MPa条件下的持久寿命为56.8小时，且增压涡轮未出现热裂纹。
实施例4：
本实施例中增压涡轮实测成分如表1所示。制备步骤如下：(1)母合金熔炼前的配料过程中须考虑Al、Ti、B元素的烧损率分别为0.3、0.2和0.5，配料后加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼35min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼10min后搅拌合金液熔体，冲入氩气，加入硼熔炼5min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1500～1570℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭；
如图1所示，(2)制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石1、五层不同粒度的莫来砂，最外层为蛭石7，其中第一莫来砂层2为60～80目，第二莫来砂层3、第三莫来砂层4为30～60目，第四莫来砂层5、第五莫来砂层6为16～30目，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳；
(3)熔炼浇注，将步骤(1)中所述的母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4.5Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热23min后温度到达1650℃±10℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(2)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
(5)对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理：1230℃±5℃保温16小时空冷至室温，1130℃±5℃保温4小时空冷至室温，875℃±5℃保温20小时空冷至室温；
(6)表面喷砂清理后得到成品；
(7)在热处理后的铸件上切取试样并测试980℃/144MPa条件下的持久寿命为54.5小时，且增压涡轮未出现热裂纹。
实施例5：
本实施例中增压涡轮实测成分如表1所示。制备步骤如下：(1)母合金熔炼前的配料过程中须考虑Al、Ti、B元素的烧损率分别为0.3、0.2和0.5，配料后加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼35min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼10min后搅拌合金液熔体，冲入氩气，加入硼熔炼5min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1550～1600℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭；
如图1所示，(2)制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石1、五层不同粒度的莫来砂，最外层为蛭石7，其中第一莫来砂层2为60～80目，第二莫来砂层3、第三莫来砂层4为30～60目，第四莫来砂层5、第五莫来砂层6为16～30目，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳；
(3)熔炼浇注，将步骤(1)中所述的母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4.5Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热25min后温度到达1700℃±10℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(2)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
(5)对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理：1230℃±5℃保温16小时空冷至室温，1130℃±5℃保温4小时空冷至室温，875℃±5℃保温20小时空冷至室温；
(6)表面喷砂清理后得到成品；
(7)在热处理后的铸件上切取试样并测试980℃/144MPa条件下的持久寿命为70.4小时，且增压涡轮未出现热裂纹。
实施例6：
本实施例中增压涡轮实测成分如表1所示。制备步骤如下：(1)母合金熔炼前的配料过程中须考虑Al、Ti、B元素的烧损率分别为0.3、0.2和0.5，配料后加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼30min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼5min后搅拌合金液熔体，冲入氩气，加入硼熔炼10min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1550～1600℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭；
如图1所示，(2)制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石1、五层不同粒度的莫来砂，最外层为蛭石7，其中第一莫来砂层2为60～80目，第二莫来砂层3、第三莫来砂层4为30～60目，第四莫来砂层5、第五莫来砂层6为16～30目，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳；
(3)熔炼浇注，将步骤(1)中所述的母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4.0Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热20min后温度到达1650℃±10℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(2)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
(5)对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理：1200℃±5℃保温16小时空冷至室温，1100℃±5℃保温4小时空冷至室温，875℃±5℃保温20小时空冷至室温；
(6)表面喷砂清理后得到成品；
(7)在热处理后的铸件上切取试样并测试980℃/144MPa条件下的持久寿命为65.5小时，且增压涡轮未出现热裂纹。
实施例7：
本实施例中增压涡轮实测成分如表1所示。制备步骤如下：(1)母合金熔炼前的配料过程中须考虑Al、Ti、B元素的烧损率分别为0.3、0.2和0.5，配料后加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼40min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼8min后搅拌合金液熔体，冲入氩气，加入硼熔炼10min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1550～1600℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭；
如图1所示，(2)制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石1、五层不同粒度的莫来砂，最外层为蛭石7，其中第一莫来砂层2为60～80目，第二莫来砂层3、第三莫来砂层4为30～60目，第四莫来砂层5、第五莫来砂层6为16～30目，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳；
(3)熔炼浇注，将步骤(1)中所述的母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热22min后温度到达1700℃±10℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(2)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
(5)对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理：1250℃±5℃保温16小时空冷至室温，1110℃±5℃保温4小时空冷至室温，800℃±5℃保温20小时空冷至室温；
(6)表面喷砂清理后得到成品；
(7)在热处理后的铸件上切取试样并测试980℃/144MPa条件下的持久寿命为59.8小时，且增压涡轮未出现热裂纹。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分，其特征在于：合金化学成分的质量百分比为：C：0.08～0.16％、Cr：12.00～15.00％、Mo：5.00～7.00％、Co：1.00～3.00％，Al：5.00～5.70％，Ti：1.20～1.70％，Ta：2.00～2.50％，W：6.00～8.00％，B：0.01～0.02％，其余为Ni，合金中Cr、Mo、W的成分控制如下：W元素和Mo元素的质量分数之和与Cr元素质量分数的比值小于1.0。
2.根据权利要求1所述的一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，其特征在于：所述增压涡轮制备步骤如下：
S01，母合金熔炼：按所述合金化学成分配比进行配料，加入真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程包含熔化、精炼、合金化及浇注；
S02，制备模壳，包括：a.根据增压涡轮实际形状制备相应的蜡模、浇注系统和冒口，并粘结成蜡模组；b.将蜡模组置于由石英粉和水玻璃组成的涂料中，然后从内向外依次设置锆石、五层不同粒度的莫来砂和蛭石，然后进行硬化和干燥；c.脱蜡焙烧得到模壳。
S03，再次熔炼浇注，将S01中所述的母合金加入真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到4～10Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW，加热20-25min后温度到达1600-1800℃，合金材料完全熔化后保温10分钟，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至S02所得模壳中；
S04，冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到增压涡轮；
S05，对上述增压涡轮依次进行如下的三阶段热处理；
S06，表面喷砂清理后得到成品。
3.根据权利要求2所述的一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，其特征在于：S01中的母合金熔炼过程具体包括以下步骤：先将镍、铬、钼、钨、钽、钴、碳装入坩埚，待化清后精炼30～40min，精炼结束后搅拌合金液熔体，然后停电降温使合金液结膜；再通电，加入铝和钛并熔炼5～10min后搅拌合金液熔体，充入氩气，加入硼熔炼5～10min后搅拌合金液熔体，使成分均匀化；最后，停电降温使熔体温度达到浇注温度后进行浇注，浇注温度为1500～1600℃，带电浇铸并用过滤器过滤合金液熔体，将熔体浇注在锭模中制成母合金锭。
4.根据权利要求2所述的一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，其特征在于：从内向外，五层不同粒度的莫来砂的粒度逐渐减小。
5.根据权利要求2或4所述的一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，其特征在于：从内向外，第一莫来砂层为60～80目，第二莫来砂层和第三莫来砂层为30～60目，第四莫来砂层和第五莫来砂层为16～30目。
6.根据权利要求2所述的一种低钴高温合金增压涡轮的制备方法，其特征在于：所述三阶段热处理的步骤为：1200℃～1250℃保温16小时空冷至室温，1100～1150℃保温4小时空冷至室温，850～900℃保温20小时空冷至室温。
CN201810840372.3A 2018-07-27 2018-07-27 一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法 Active CN109022923B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810840372.3A CN109022923B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810840372.3A CN109022923B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109022923A true CN109022923A (zh) 2018-12-18
CN109022923B CN109022923B (zh) 2020-10-27

Family

ID=64647009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810840372.3A Active CN109022923B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109022923B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110983110A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 南京工程学院 一种高流动性的高温合金及其制备方法
CN113106297A (zh) * 2021-04-10 2021-07-13 江苏明越精密高温合金有限公司 一种抗热裂铸造高温合金母合金及其制备方法
CN115785759A (zh) * 2022-11-01 2023-03-14 江阴鑫宝利金属制品有限公司 一种高强度、耐腐蚀、耐高温车用排气管法兰
CN117904478A (zh) * 2024-03-19 2024-04-19 江苏威拉里新材料科技有限公司 一种耐高温钴铬合金及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1927669A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-04 Industria de Turbo Propulsores S.A. Low-density directionally solidified single-crystal superalloys
CN101970702A (zh) * 2008-03-14 2011-02-09 西门子公司 镍基合金及其用途，涡轮机叶片或轮叶以及燃气涡轮机
CN104096799A (zh) * 2013-04-12 2014-10-15 江阴鑫宝利金属制品有限公司 高强度涡轮模壳结构
CN105349842A (zh) * 2015-11-06 2016-02-24 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种耐高温热腐蚀高温合金铸件
CN105420554A (zh) * 2015-12-29 2016-03-23 钢铁研究总院 一种抗热蚀定向凝固镍基高温合金及制备方法
CN105506377A (zh) * 2015-12-29 2016-04-20 青岛博泰美联化工技术有限公司 一种汽车增压涡轮的环保型制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1927669A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-04 Industria de Turbo Propulsores S.A. Low-density directionally solidified single-crystal superalloys
CN101970702A (zh) * 2008-03-14 2011-02-09 西门子公司 镍基合金及其用途，涡轮机叶片或轮叶以及燃气涡轮机
CN104096799A (zh) * 2013-04-12 2014-10-15 江阴鑫宝利金属制品有限公司 高强度涡轮模壳结构
CN105349842A (zh) * 2015-11-06 2016-02-24 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种耐高温热腐蚀高温合金铸件
CN105420554A (zh) * 2015-12-29 2016-03-23 钢铁研究总院 一种抗热蚀定向凝固镍基高温合金及制备方法
CN105506377A (zh) * 2015-12-29 2016-04-20 青岛博泰美联化工技术有限公司 一种汽车增压涡轮的环保型制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李嘉荣 等: "《先进高温结构材料与技术 下》", 30 June 2012, 国防工业出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110983110A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 南京工程学院 一种高流动性的高温合金及其制备方法
CN110983110B (zh) * 2019-12-26 2020-10-13 南京工程学院 一种高流动性的高温合金及其制备方法
CN113106297A (zh) * 2021-04-10 2021-07-13 江苏明越精密高温合金有限公司 一种抗热裂铸造高温合金母合金及其制备方法
CN115785759A (zh) * 2022-11-01 2023-03-14 江阴鑫宝利金属制品有限公司 一种高强度、耐腐蚀、耐高温车用排气管法兰
CN115785759B (zh) * 2022-11-01 2023-12-19 江阴鑫宝利金属制品有限公司 一种高强度、耐腐蚀、耐高温车用排气管法兰
CN117904478A (zh) * 2024-03-19 2024-04-19 江苏威拉里新材料科技有限公司 一种耐高温钴铬合金及其制备方法
CN117904478B (zh) * 2024-03-19 2024-05-14 江苏威拉里新材料科技有限公司 一种耐高温钴铬合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109022923B (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108467972B (zh) 一种高承温能力的镍基变形高温合金及其制备方法
CN109022923A (zh) 一种低钴高温合金增压涡轮的合金成分及其制备方法
CN103898371B (zh) 700℃等级超超临界燃煤电站用镍基高温合金及其制备
CN108441705A (zh) 一种高强度镍基变形高温合金及其制备方法
CN108396200B (zh) 一种钴基高温合金及其制备方法和在重型燃气轮机中的应用
CN101994020B (zh) 利用镍基铸造高温合金k4169返回料制备k4169合金的方法
CN105420554B (zh) 一种抗热蚀定向凝固镍基高温合金及制备方法
CN101709387B (zh) 镍基高温合金k3030返回料的合金熔炼方法
CN104388756B (zh) 一种镍基合金及其制备方法
CN108385010A (zh) 一种低密度、高组织稳定性的钴基高温合金及其制备方法
CN108913952A (zh) 一种高温合金及其制备方法
CN107630153A (zh) 一种高温模具用铸造镍基合金
CN115821117B (zh) 一种gh4141高温合金及其制备方法
CN105543568A (zh) 一种含铂无铼镍基单晶高温合金及其制备方法和应用
CN110052578A (zh) 一种TribaloyT-800合金的精密铸造方法
CN104911461B (zh) 汽轮机用耐高温硅钼铁素体球墨铸铁及其制备工艺
CN104195474A (zh) 一种耐高温合金材料铸件及其制备方法
WO2024149404A1 (zh) 一种盘轴一体涡轮盘及其制备方法
CN105483446A (zh) 一种真空熔炼浇铸Mar-M246合金的方法
JP2007518569A (ja) 鋳造部品の製造方法
CN103556117B (zh) 一种MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法
CN109554579A (zh) 一种镍基合金、其制备方法与制造物品
CN102312113B (zh) 高铬k4648镍基铸造合金返回料的熔炼方法
CN109554580A (zh) 一种镍基合金、其制备方法与制造物品
CN108687306A (zh) 一种合金浇铸的工艺及其控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant