[01635407]增压器涡轮转子及其制造技术

本技术获得山东省科技发展计划“柴油机增压器ZrO2复相陶瓷涡轮（2007GG10004013）”的资助。 涡轮增压器利用了发动机排出的废气产生惯性冲力,来推动涡轮室内的涡轮,涡轮带动同轴的叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入燃烧室,提升发动机动力。涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上,处在高温、高速运转的工作状况下,其工作环境非常恶劣,工作要求比较苛刻,因此对涡轮制造材料及成型工艺提出了更高要求。传统增压器涡轮转子一般采用K418镍基合金,利用精密熔模铸造近净成型。由于涡轮转子的特殊工况,镍基合金在使用过程中受到较大局限：高温、高速的环境工况使镍合金的高温蠕变强度降低,涡轮叶片出现变形和开裂;镍基合金涡轮的重量大,惯性矩小,对油门骤时变化反应迟缓,涡轮出现“滞后响应”,汽车提速慢、提速时烟度大;因此,开发一种新型的既耐高温,重量轻,又能在高速下抵御断裂和热震的涡轮材料来替代镍基合金成为废气涡轮增压器进一步发展的趋势。 本项目创新性解决陶瓷和TiAl合金涡轮转子制造及产业化关键技术： 1、涡轮模具设计与制造工艺与技术：利用AUTOCAD、SOLIDWORKS和五轴五联动加工中心实现了增压器钢制涡轮模具和石墨热压烧结涡轮模具的设计和先进制造技术; 2、陶瓷涡轮转子的成型关键技术：利用氮化硼纳米管增强氧化锆、氮化硅陶瓷,采用凝胶注模成形技术和气压烧结工艺实现了复相陶瓷涡轮转子的产业化生产工艺与技术。经测试,涡轮材料的抗弯强度能达到799.1Mpa,断裂韧性达到12.77MPa?m1/2; 3、陶瓷钛铝合金涡轮转子的成型关键技术：利用变异的L12-Al3Ti金属间化合物纳米粉末增强增韧钛铝合金,断裂韧性达到16.7 Mpa?m1/2,抗弯强度达到680 Mpa,氧化温度达到990℃,采用中温蜡锆英粉精密熔模铸造技术、中频感应电炉真空加热技术制造出钛铝合金涡轮转子,实现了钛铝合金涡轮转子的产业化生产关键技术; 4、涡轮与传动轴的连接技术：采用三面弧结构和嵌铸技术实现了陶瓷涡轮与传动轴的连接。 依靠该项目技术成果已形成年产10000套废气涡轮增压器生产规模,累积完成产值50多亿元,累积完成效益12亿元。该项目的相关技术自2008年开始应用于潍坊富源增压器有限公司、潍坊一力精密铸造有限公司期间,到2010年12月内,新增产值累计322600万元,新增利税累计45594万元。 本项目具有自主知识产权,申请国家专利10项,其中发明专利5项,已授权4项。其中,利用金属Ti、Al、V等离子以及氮化硼纳米管增韧补强陶瓷材料,成功制作出氧化锆/氮化硅/氧化铝复合陶瓷涡轮转子（国家发明专利：ZL200710014794.7、ZL200710014795.1）,这种转子适合高温中速工况;利用L12-Al3Ti增强TiAl合金,成功制造出了柴油机增压器TiAl合金涡轮转子（国家发明专利：ZL200910013908.5、ZL200910013732.3）,并发表SCI、EI论文10篇。这种转子适合高速中低温工况。 “增压器涡轮转子及其制造技术”的研究开发与关键技术的应用,提高了热机效率,降低了能耗,可代替Ni基合金制造涡轮增压器的转子,节约了贵重金属镍,达到了轻量化效果,对推动我国车用增压器发展水平和节约贵重资源消耗做出了突出贡献,经济效益和社会效益显著。