TW201527634A - 轉子引擎三角氣封之製造方法及其配方 - Google Patents

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Cheng-Ching Lee
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Abstract

本發明是一種轉子引擎三角氣封之製造方法及其配方，係利用適當控制添加元素種類、添加量、出爐、澆鑄溫度及加速凝固、冷卻速率，使所熔鑄之三角氣封用合金灰口鑄鐵具適當之石墨尺寸與基地組織，不須再對滑動表面進行表面處理，即有適當的耐磨耗性質和韌性，可使製程簡化、降低成本。

Description

轉子引擎三角氣封之製造方法及其配方
本發明一種轉子引擎三角氣封之製造方法及其配方，可以快速得到品質優異三角氣封方法之步驟及配方。
以粉末冶金方式，製作添加陶瓷顆粒之金屬機複合材料，其製程成本較高，且陶瓷顆粒與基地間之接合性亦會令人擔憂。
使用陶瓷材料再加表面處理，陶瓷材料雖具較佳之高溫使用性能，但其抗熱震(thermal shock resistance)能力較差。
利用不同材質以楔形榫接方式接合，兩種材質分別為鐵基、鋁基材料，使用時可能會因熱傳導與熱膨脹能力不同，導致使用壽命降低，對金屬製或鑄鐵製之三角氣封，於滑動表面進行表面硬化處理，製程較為複雜、成本較高。
以鑄造方式直接獲得具冷激組織的三角氣封，不過該方法硼含量範圍為0.15~0.4%，硼為極強的碳化物促進元素，若碳化物含量過高會使得韌性變差，可能導致無法滿足無人飛行器轉子引擎之使用需求。
鑑於上述問題，本發明一種轉子引擎三角氣封之製造方法及其配方係研發灰口鑄鐵中石墨量與大小，主要與碳當量、接種劑量、凝固 速率(過冷度)有關，本發明的碳當量可容許於一定範圍內變動，較特殊處為加快凝固速率、增加接種劑添加量與降低接種劑粒度。
加快凝固速率以增加凝固時之過冷度，提高石墨成核速率，但過冷度又不會大到讓碳化物大量產生；作法包括降低鐵水出爐、澆鑄溫度，並於澆鑄後進行強制風冷。而增加接種劑添加量目的為增加石墨成核位置；但因出爐溫度降低，為使接種劑亦能順利熔解，故將接種劑粒度減小。
至於如何在鑄造狀態下可獲得冷激基地組織，一般是利用合金添加方式，讓CCT、TTT圖的波來鐵鼻端能往右偏移，在較慢冷卻速率下亦可獲得冷激基地組織，但大部分能使波來鐵鼻端右移元素，通常亦為碳化物促進元素，如Mn、Cr、Mo、B等，故本發明適當減少前述元素添加量，並輔以在鑄件凝固後，但溫度仍在單相區，即進行脫模並輔以強制風冷方式加快冷卻速率，使鑄造狀態即可獲得冷激組織。
本概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
10‧‧‧製作流程
s11~s20‧‧‧為步驟流程
第1圖，係為本發明一種轉子引擎三角氣封之製造方法步驟流程圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。
請參考第1圖，係分別為本發明一種轉子引擎三角氣封之製造方法及其配方，其特點為使用鐵水澆鑄後即以強制風冷方式加快鑄件凝固速率，可以製作出轉子引擎三角氣封，其中製作流程(10)包括了步驟(11)到步驟(20)，總共10個步驟。
步驟(11)：配料；將組成物C、Si、Mn、P、S、Ni、Mo、Cu、Cr、V、Ti及B加以調配，該C之成份比例控制在3%~4%之間，最佳成份比例控制在3.3%~3.55%之間、Si之成份比例控制在2%~4%之間，最佳成份比例控制2.5%~3.25%之間、Mn之成份比例控制在0.5%~1.5%之間，最佳成份比例控制在0.75%~1%之間、P之成份比例控制在0.05%~0.25%之間，最佳成份比例控制在0.1%~0.2%之間、S之成份比例控制在小於0.05%，最佳成份比例控制在小於0.02%、Ni之成份比例控制在0.5%~1%之間，最佳成份比例控制在0.75%~0.85%之間、Mo之成份比例控制在0.75%~1.5%之間，最佳成份比例控制在1.1%~1.2%之間、Cu之成份比例控制在0.75%~1.5%之間，最佳成份比例控制在1.1%~1.2%之間、Cr之成份比例控制在0.25%~1%之間，最佳成份比例控制在0.55%~0.7%之間、V之成份比例控制在0.1%~0.75%之間，最佳成份比例控制在0.3%~0.5%之間、Ti之成份比例控制在0.25%~1%之間，最佳成份比例控制在0.5%~0.85%之間及B之成份比例控制在0.01%~0.08%之間，最佳成份比例控制在0.03%~0.05%之間。
步驟(12)：混合熔解，將原料混合均勻並加以熔解。
步驟(13)：出爐，控制該出爐時溫度，溫度達到一定溫度範圍後及可出爐，該出爐時溫度控制在1350~1600℃之間，最佳出爐時溫度控制在1450~1500℃之間。
步驟(14)：添加接種劑，添加接種劑至熔液中，該接種劑添加量為1~1.5wt%，最佳接種劑添加量為1.1~1.3wt%。
步驟(15)：澆鑄，將該熔液澆鑄在模具中，該澆鑄時溫度控制在1200~1550℃之間，最佳的澆鑄時溫度控制在1320~1410℃之間。
步驟(16)：強制風冷(加速凝固)，將澆鑄後模具以封冷方式加以凝固，加速凝固速率主要目的為控制石墨大小，若石墨尺寸越大，則硬度隨之降低，導致耐磨耗性亦會下降。
步驟(17)：脫模，將以凝固之鑄塊製模中脫離，該脫模時間控制在澆鑄後30~210秒之間，最佳脫模時間控制在澆鑄後70~180秒之間。
步驟(18)：強制風冷(加速冷卻)，將鑄塊以封冷方式加以冷卻，提高冷卻速率，使所熔鑄之三角氣封用合金灰口鑄鐵具適當之石墨尺寸與基地組織，不須再對滑動表面進行表面處理，即有適當的耐磨耗性質和韌性，可使製程簡化、降低成本。
步驟(19)：檢驗鑄塊是否達到標準。
步驟(20)：線切割取得轉子引擎三角氣封件。
以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍，故此等熟習此技術所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
10‧‧‧製作流程
s11~s20‧‧‧為步驟流程

Claims (18)

  1. 一種轉子引擎三角氣封之製造方法，其特點為使用鐵水澆鑄後即以強制風冷方式加快鑄件凝固速率，可以製作出轉子引擎三角氣封，該方法包括下列步驟：步驟(11)：配料，將組成物C、Si、Mn、P、S、Ni、Mo、Cu、Cr、V、Ti及B加以調配；步驟(12)：混合熔解，將原料混合均勻並加以熔解；步驟(13)：出爐，控制該出爐時溫度，溫度達到一定溫度範圍後及可出爐；步驟(14)：添加接種劑，添加接種劑至熔液中；步驟(15)：澆鑄，將該熔液澆鑄在模具中；步驟(16)：強制風冷(加速凝固)，將澆鑄後模具以封冷方式加以凝固；步驟(17)：脫模，將以凝固之鑄塊製模中脫離；步驟(18)：強制風冷(加速冷卻)，將鑄塊以封冷方式加以冷卻；步驟(19)：檢驗鑄塊是否達到標準；及步驟(20)：線切割取得轉子引擎三角氣封件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述一種轉子引擎三角氣封之製造方法，其中，該接種劑添加量為1~1.5wt%，最佳接種劑添加量為1.1~1.3wt%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述一種轉子引擎三角氣封之製造方法，其中，該脫模時間控制在澆鑄後30~210秒之間，最佳脫模時間控制在澆鑄後70~180秒之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述一種轉子引擎三角氣封之製造方法，其中，該出爐時溫度控制在1350~1600℃之間，最佳出爐時溫度控制在1450~ 1500℃之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述一種轉子引擎三角氣封之製造方法，其中，該澆鑄時溫度控制在1200~1550℃之間，最佳澆鑄時溫度控制在1320~1410℃之間。
  6. 一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其特點為以鑄鐵製作三角氣封，其化學組成為C、Si、Mn、P、S、Ni、Mo、Cu、Cr、V、Ti及B。
  7. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該C之成份比例控制在3%~4%之間，最佳成份比例控制在3.3%~3.55%之間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該Si之成份比例控制在2%~4%之間，最佳成份比例控制在2.5%~3.25%之間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該Mn之成份比例控制在0.5%~1.5%之間，最佳成份比例控制在0.75%~1%之間。
  10. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該P之成份比例控制在0.05%~0.25%之間，最佳成份比例控制在0.1%~0.2%之間。
  11. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該S之成份比例控制在小於0.05%，最佳成份比例控制在小於0.02%。
  12. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該Ni之成份比例控制在0.5%~1%之間，最佳成份比例控制在0.75%~0.85%之間。
  13. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該 Mo之成份比例控制在0.75%~1.5%之間，最佳成份比例控制在1.1%~1.2%之間。
  14. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該Cu之成份比例控制在0.75%~1.5%之間，最佳成份比例控制在1.1%~1.2%之間。
  15. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該Cr之成份比例控制在0.25%~1%之間，最佳成份比例控制在0.55%~0.7%之間。
  16. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該V之成份比例控制在0.1%~0.75%之間，最佳成份比例控制在0.3%~0.5%之間。
  17. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該Ti之成份比例控制在0.25%~1%之間，最佳成份比例控制在0.5%~0.85%之間。
  18. 如申請專利範圍第6項所述一種轉子引擎三角氣封之製造配方，其中，該B之成份比例控制在0.01%~0.08%之間，最佳成份比例控制在0.03%~0.05%之間。
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