一種循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地說是一種循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝。包括葉輪心部熱處理工藝、表面硬化處理工藝，表面硬化前清理、葉輪熱處理工裝、葉輪熱處理前粗加工余量。通過本發(fā)明熱處理循環(huán)氣壓縮機葉輪熱處理機械性能達(dá)到：RP0.2≥900N/mm2，Rm≥1150N/mm2，A≥12，Z≥20，Ak（v）≥34(27)J，HB330～440。葉輪表面滲硼層深度可達(dá)到0.1mm以上，硬度達(dá)到Hv1200以上，滲層均勻牢固。葉輪熱處理預(yù)留加工余量小于0.6mm。
【專利說明】一種循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地說是一種循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]循環(huán)氣壓縮機葉輪用于高溫、腐蝕、粉塵磨損的介質(zhì)中，要求葉輪材料具有高溫強度，耐蝕、耐磨特性。所以選用Ni基高溫合金GH4169，葉輪流道表面硬化。為達(dá)到這一工藝目的，基體材料進(jìn)行固溶化、分級時效處理，流道滲硼處理。但滲層薄且易脫落。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為:
[0005]一種循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝:
[0006]I)葉輪毛坯預(yù)先固溶化處理:將葉輪毛坯置于加熱到500±10°C的燃?xì)鉅t內(nèi)，再以100±10°C /h的升溫速度加熱升溫至1040±10°C，待升溫后保溫3.5-4.0小時，出爐水冷降溫并檢測硬度HB ( 262，待用；
[0007]2)葉輪滲硼處理前清理:將上述預(yù)固溶化處理后葉輪毛坯按常規(guī)方式電加工后，再拋光處理至粗超度在Ra3.2以下，而后用酒精清洗后干燥，待用；
[0008]3)滲硼處理:將清洗后葉輪埋入滲硼劑中后置于密閉容器中，將密閉容器裝入預(yù)熱至500±10°C的電爐中，以100±10°C /h的加熱速度加熱至960±10°C，保溫17_18h，進(jìn)而使?jié)B硼劑中硼元素的擴(kuò)散滲入基體表面形成滲硼層，隨后爐冷至600±10°C，將密閉容器出爐空冷，冷卻至100°C以下，再打開容器冷卻至室溫，待用；
[0009]4)葉輪固溶處理:上述滲硼處理后葉輪于真空爐中，在真空狀態(tài)下以1.50C /分鐘的升溫速率加熱升溫到980±5°C，保溫3-3.5小時，氣冷，其中氣冷的氣壓力21 bs ；
[0010]5)葉輪分級時效處理，將上述固溶處理處理后葉輪再于真空爐中真空狀態(tài)下加熱到720 ± 5 °C保溫8-9小時，而后真空爐中隨爐冷卻至620 ± 5 °C，保溫8_9小時，淬火區(qū)風(fēng)冷進(jìn)行時效處理。
[0011]滲硼劑由供硼劑、活化劑和填充劑組成；其中，供硼劑為無定型硼粉；活化劑為氟鋁酸鈉和氧化鈰；填充劑為碳化硅。所述滲硼劑按質(zhì)量百分比計，5-6%的95% (質(zhì)量)無定形硼粉(分子式B)、5-6%氟鋁酸鈉(分子式Na3SiF, Na3AlF6)、2-3%氧化鈰(分子式Ce2O3)和88-85%碳化硅(分子式SiC)。
[0012]所述密閉容器，由筒體與蓋板組成，所述筒體上端面設(shè)有密封槽，蓋板上設(shè)有雙密封圈，密封槽與密封圈相互契合使筒體與蓋板有效密封。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為:
[0014]1.本發(fā)明制造的Ni基高溫合金葉輪可應(yīng)用于循環(huán)氣壓縮機高溫、腐蝕、磨損介質(zhì)環(huán)境。
[0015]2.本發(fā)明的處理工藝可保證流道硬化效果，滲硼層硬度高達(dá)Hvl200以上、硬化層深0.1mm以上、滲層均勻牢固。
[0016]3.采用本發(fā)明處理工藝可保證葉輪熱處理后變形量可控制在低于0.6mm以下范圍。
[0017]4.本發(fā)明通過專用熱處理工藝技術(shù)和工序安排，熱處理粗加工余量預(yù)留，滲硼技術(shù)，工裝設(shè)計，熱處理變形量控制等，實現(xiàn)循環(huán)氣壓縮機葉輪熱處理制造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例提供的毛坯熱處理的固溶處理工藝曲線圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例提供的葉輪滲硼工藝曲線圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例提供的滲硼處理的專用裝置示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實施例提供的葉輪固溶處理及分級時效曲線圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實施例提供的經(jīng)滲硼處理后葉輪的滲硼層硬度及深度檢驗圖。
[0023]圖6為本發(fā)明實施例提供的處理后葉輪滲硼流道效果圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合圖片對本實用新型作進(jìn)一步詳述。
[0025]本發(fā)明循環(huán)氣壓縮機葉輪熱處理工藝技術(shù)，包括葉輪熱處理工藝、流道硬化工藝、熱處理前后工序安排、熱處理變形量控制、工裝設(shè)計。
[0026]實施例1
[0027]循環(huán)氣壓縮機高溫合金GH4169葉輪的熱處理制造工藝，具體為:
[0028]I)毛坯預(yù)先固溶化處理:高溫合金GH4169葉輪毛坯加工后，毛坯裝入加熱到500°C的燃?xì)鉅t內(nèi)，再以100°C /h的升溫速度加熱升溫至1040°C，保溫3.5小時，出爐后用常溫的清水冷卻，并檢查硬度HB ( 262時切取葉輪試驗材料，加工一件15mm*15mm*50mm的滲硼試樣，剩余試驗材料保留待用(參見圖1)。
[0029]2)葉輪電解加工處理及磨粒流加工:將上述試樣采用常規(guī)的電解加工和電火花加工相配合的常規(guī)葉輪加工工藝。利用金屬在電解液中發(fā)生“陽極溶解”的原理，工件被加工表面的金屬按工具陰極形狀迅速溶解。脈沖電壓加到兩極之間，便在當(dāng)時條件下相對某一間隙最小處或絕緣強度最低處擊穿介質(zhì)，在該局部產(chǎn)生火花放電，瞬時高溫使工具和工件表面都蝕除掉一部分金屬，各自形成一個小凹坑，這樣隨著很高的頻率，連續(xù)不斷地重復(fù)放電，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，就可以將工具形狀復(fù)制在工件上，加工出葉輪流道，得到相應(yīng)葉輪；而后將葉輪按常規(guī)方式用具有流動性的粘彈性材料(由聚合物載體和磨料組成)對工件進(jìn)行表面拋光和去毛刺的處理。
[0030]3)葉輪滲硼面清理:將上述拋光處理至試樣表面粗超度在Ra3.2以下后，用清水清洗葉輪，并利用高壓水槍壓力去除電解液，風(fēng)干后用酒精清洗，自然蒸發(fā)干燥后待用；
[0031] 4)滲硼處理:按質(zhì)量比例配置滲硼劑，5%的95%無定形硼粉(分子式B)、5%氟鋁酸鈉(分子式Na3SiF，Na3AlF6)、2%氧化鈰(分子式Ce2O3)和88%碳化硅(分子式SiC)混合，反復(fù)攪拌均勻，滲硼劑裝入密閉容器中，葉輪放置到密閉容器中部并用滲硼劑填埋，葉輪滲硼面處滲硼劑厚度大于5cm，將密閉容器裝入預(yù)熱至500± 10°C的電爐中，以100°C /h的加熱速度加熱至960±10°C，保溫17-18h，進(jìn)而使?jié)B硼劑中硼元素的擴(kuò)散滲入基體表面形成滲硼層，隨后爐冷至600±10°C，將密閉容器出爐空冷，冷卻至100°C以下，再打開容器冷卻至室溫，取出葉輪及試樣，對試樣檢測滲硼層厚度及硬度。
[0032]5)葉輪固溶化、分級時效處理:真空爐抽真空，加熱至500± 10°C，葉輪及剩余試驗材料裝入真空爐中，加熱升溫到980±10°C，保溫3-3.5小時，氣冷(2Ibs);而后在真空爐中再進(jìn)行分級時效處 理，真空爐于真空狀態(tài)下加熱到720±1.5°C保溫8小時，真空爐中隨爐冷卻至620±5°C，保溫8小時，風(fēng)冷。對剩余試樣加工成一個拉力試棒，2個V 口沖擊試樣，檢驗機械性能。
[0033]其中葉輪基體熱處理采用固溶化、分級時效處理。流道表面硬化采用滲硼工藝技術(shù)實現(xiàn)。葉輪滲硼工裝設(shè)計成與葉輪匹配的滲硼密封工裝。粗加工余量為單邊0.6_，滲硼部位不留余量。工序為葉輪毛坯固溶化、葉輪流道及外型線加工，葉輪非滲硼面預(yù)留余量，葉輪滲硼，滲硼后固溶化、分級時效處理。
[0034]滲硼處理裝置，由主體與蓋板組成，所述主體上部與蓋板上分別設(shè)有相互契合的凸起與凹槽，使兩者能夠有效密封。將基體與滲硼劑裝入箱體，并填滿SiC，再在主體與蓋板連接處用高溫黏土將進(jìn)行密封(參見圖1)。
[0035]由上述滲硼處理后，提高了 Ni基高溫合金滲硼層深度、硬度、均勻性、降低脆性的特性。通過常規(guī)硬度測試法，對滲硼試塊進(jìn)行檢測，滲硼層硬度大于HvlOOO滲層深度可達(dá)到0.15mm，最外層硬度達(dá)到Hvl900以上，滲層均勻牢固(參見圖5和6)。見附圖5、附圖6.[0036]經(jīng)過上述熱處理工藝后，將把剩余試驗材料加工成一個拉力試棒做拉伸試驗，兩個沖擊試樣做沖擊試驗，檢驗后械性能達(dá)到:RPC1.2≥900N/mm2, Rm≥1150N/mm2, A≥12,Z≥20,Ak (V)≥34(27) J，HB330~440。葉輪表面滲硼層深度可達(dá)到0.1mm以上，硬度達(dá)到Hvl200以上，滲層均勻牢固。葉輪熱處理預(yù)留加工余量小于0.6mm。
【權(quán)利要求】
1.一種循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝，其特征在于: 1)葉輪毛坯預(yù)先固溶化處理:將葉輪毛坯置于加熱到500°c的燃?xì)鉅t內(nèi)，再以100±10°C /h的升溫速度加熱升溫至1040±10°C，待升溫后保溫3.5-4.0小時，出爐水冷降溫并檢測硬度HB ( 262，待用； 2)葉輪滲硼處理前清理:將上述預(yù)固溶化處理后葉輪毛坯按常規(guī)方式電加工后，再拋光處理至粗超度在Ra3.2以下，而后用酒精清洗后干燥，待用； 3)滲硼處理:將清洗后葉輪埋入滲硼劑中后置于密閉容器中，將密閉容器裝入預(yù)熱至500土 10°C的電爐中，以100土 10°C /h的加熱速度加熱至960± 10°C，保溫17_18h，進(jìn)而使?jié)B硼劑中硼元素的擴(kuò)散滲入基體表面形成滲硼層，隨后爐冷至600±10°C，將密閉容器出爐空冷，冷卻至100°C以下，再打開容器冷卻至室溫，待用； 4)葉輪固溶處理:上述滲硼處理后葉輪于真空爐中，在真空狀態(tài)下以1.50C /分鐘的升溫速率加熱升溫到980±5°C，保溫3-3.5小時，氣冷； 5)葉輪分級時效處理，將上述固溶處理處理后葉輪再于真空爐中真空狀態(tài)下加熱到720 ± 5 °C保溫8-9小時，而后真空爐中隨爐冷卻至620 ± 5 °C，保溫8_9小時，淬火區(qū)風(fēng)冷進(jìn)行時效處理。
2.按權(quán)利要求1所述的循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝，其特征在于:滲硼劑由供硼劑、活化劑和填充劑組成；其中，供硼劑為無定型硼粉；活化劑為氟鋁酸鈉和氧化鈰；填充劑為碳化娃。
3.按權(quán)利要求2所述的循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝，其特征在于:所述滲硼劑按質(zhì)量百分比計，5-6 %的95 % (質(zhì)量)無定形硼粉(分子式B)、5-6 %氟鋁酸鈉(分子式Na3SiF,Na3AlF6X2-3%氧化鈰(分子式Ce2O3)和88-85%碳化硅(分子式SiC)。
4.按權(quán)利要求1所述的循環(huán)氣壓縮機葉輪的熱處理工藝，其特征在于:所述密閉容器，由筒體與蓋板組成，所述筒體上端面設(shè)有密封槽，蓋板上設(shè)有雙密封圈，密封槽與密封圈相互契合使筒體與蓋板有效密封。
【文檔編號】C23C8/68GK103966613SQ201310034639
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月30日
【發(fā)明者】孟冬梅, 譚朝鑫, 刁全, 馬欣, 王麗 申請人:沈陽鼓風(fēng)機集團(tuán)齒輪壓縮機有限公司