《一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝》是瀋陽鼓風機集團齒輪壓縮機有限公司於2013年1月30日申請的專利，該專利的公布號為CN103966613A，公布日為2014年8月6日，發明人是孟冬梅、譚朝鑫、刁全、馬欣、王麗。該發明涉及材料領域。
《一種循環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餘量。通過該發明熱處理循環氣壓縮機葉輪熱處理機械性能達到：RP0.2≥900牛/平方毫米，Rm≥1150牛/平方毫米，A≥12，Z≥20，Ak（v）≥34（27）焦，HB330～440。葉輪表面滲硼層深度可達到0.1毫米以上，硬度達到Hv1200以上，滲層均勻牢固。葉輪熱處理預留加工餘量小於0.6毫米。
2017年12月11日，《一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝
- 申請人：瀋陽鼓風機集團齒輪壓縮機有限公司
- 申請日：2013年1月30日
- 申請號：2013100346397
- 公布號：CN103966613A
- 公布日：2014年8月6日
- 發明人：孟冬梅、譚朝鑫、刁全、馬欣、王麗
- 地址：遼寧省瀋陽市經濟技術開發區開發大路16號
- 分類號：C23F17/00(2006.01)I、C22F1/10(2006.01)I、C23C8/68(2006.01)I
- 代理機構：瀋陽科苑專利商標代理有限公司
- 代理人：周秀梅、李穎
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
循環氣壓縮機葉輪用於高溫、腐蝕、粉塵磨損的介質中，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。為達到這一工藝目的，基體材料進行固溶化、分級時效處理，流道滲硼處理。但滲層薄且易脫落。
發明內容
專利目的
該發明的目的在於提供一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝。
技術方案
《一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝》：
1）葉輪毛坯預先固溶化處理：將葉輪毛坯置於加熱到500±10℃的燃氣爐內，再以100±10℃/小時的升溫速度加熱升溫至1040±10℃，待升溫後保溫3.5-4.0小時，出爐水冷降溫並檢測硬度HB≤262，待用；
2）葉輪滲硼處理前清理：將上述預固溶化處理後葉輪毛坯按常規方式電加工後，再拋光處理至粗超度在Ra3.2以下，而後用酒精清洗後乾燥，待用；
3）滲硼處理：將清洗後葉輪埋入滲硼劑中後置於密閉容器中，將密閉容器裝入預熱至500±10℃的電爐中，以100±10℃/小時的加熱速度加熱至960±10℃，保溫17-18小時，進而使滲硼劑中硼元素的擴散滲入基體表面形成滲硼層，隨後爐冷至600±10℃，將密閉容器出爐空冷，冷卻至100℃以下，再打開容器冷卻至室溫，待用；
4）葉輪固溶處理：上述滲硼處理後葉輪於真空爐中，在真空狀態下以1.5℃/分鐘的升溫速率加熱升溫到980±5℃，保溫3-3.5小時，氣冷，其中氣冷的氣壓力2Ibs；
5）葉輪分級時效處理，將上述固溶處理處理後葉輪再於真空爐中真空狀態下加熱到720±5℃保溫8-9小時，而後真空爐中隨爐冷卻至620±5℃，保溫8-9小時，淬火區風冷進行時效處理。
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；填充劑為碳化矽。所述滲硼劑按質量百分比計，5-6％的95％（質量）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％碳化矽（分子式SiC）。
所述密閉容器，由筒體與蓋板組成，所述筒體上端面設有密封槽，蓋板上設有雙密封圈，密封槽與密封圈相互契合使筒體與蓋板有效密封。
改善效果
《一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝》的優點與積極效果為：
1.該發明製造的Ni基高溫合金葉輪可套用於循環氣壓縮機高溫、腐蝕、磨損介質環境。
2.該發明的處理工藝可保證流道硬化效果，滲硼層硬度高達Hv1200以上、硬化層深0.1毫米以上、滲層均勻牢固。
3.採用該發明處理工藝可保證葉輪熱處理後變形量可控制在低於0.6毫米以下範圍。
4.該發明通過專用熱處理工藝技術和工序安排，熱處理粗加工餘量預留，滲硼技術，工裝設計，熱處理變形量控制等，實現循環氣壓縮機葉輪熱處理製造。
附圖說明
圖1為該發明實施例提供的毛坯熱處理的固溶處理工藝曲線圖。
圖2為該發明實施例提供的葉輪滲硼工藝曲線圖。
圖3為該發明實施例提供的滲硼處理的專用裝置示意圖。
圖4為該發明實施例提供的葉輪固溶處理及分級時效曲線圖。
圖5為該發明實施例提供的經滲硼處理後葉輪的滲硼層硬度及深度檢驗圖。
圖6為該發明實施例提供的處理後葉輪滲硼流道效果圖。
權利要求
1.《一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝》其特徵在於：
1）葉輪毛坯預先固溶化處理：將葉輪毛坯置於加熱到500℃的燃氣爐內，再以100±10℃/小時的升溫速度加熱升溫至1040±10℃，待升溫後保溫3.5-4.0小時，出爐水冷降溫並檢測硬度HB≤262，待用；
2）葉輪滲硼處理前清理：將上述預固溶化處理後葉輪毛坯按常規方式電加工後，再拋光處理至粗超度在Ra3.2以下，而後用酒精清洗後乾燥，待用；
3）滲硼處理：將清洗後葉輪埋入滲硼劑中後置於密閉容器中，將密閉容器裝入預熱至500±10℃的電爐中，以100±10℃/小時的加熱速度加熱至960±10℃，保溫17-18小時，進而使滲硼劑中硼元素的擴散滲入基體表面形成滲硼層，隨後爐冷至600±10℃，將密閉容器出爐空冷，冷卻至100℃以下，再打開容器冷卻至室溫，待用；
4）葉輪固溶處理：上述滲硼處理後葉輪於真空爐中，在真空狀態下以1.5℃/分鐘的升溫速率加熱升溫到980±5℃，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後葉輪再於真空爐中真空狀態下加熱到720±5℃保溫8-9小時，而後真空爐中隨爐冷卻至620±5℃，保溫8-9小時，淬火區風冷進行時效處理。
2.按權利要求1所述的循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝，其特徵在於：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；填充劑為碳化矽。
3.按權利要求2所述的循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝，其特徵在於：所述滲硼劑按質量百分比計，5-6％的95％（質量）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％碳化矽（分子式SiC）。
4.按權利要求1所述的循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝，其特徵在於：所述密閉容器，由筒體與蓋板組成，所述筒體上端面設有密封槽，蓋板上設有雙密封圈，密封槽與密封圈相互契合使筒體與蓋板有效密封。
實施方式
循環氣壓縮機高溫合金GH4169葉輪的熱處理製造工藝，具體為：
1）毛坯預先固溶化處理：高溫合金GH4169葉輪毛坯加工後，毛坯裝入加熱到500℃的燃氣爐內，再以100℃/小時的升溫速度加熱升溫至1040℃，保溫3.5小時，出爐後用常溫的清水冷卻，並檢查硬度HB≤262時切取葉輪試驗材料，加工一件15毫米*15毫米*50毫米的滲硼試樣，剩餘試驗材料保留待用（參見圖1）。
2）葉輪電解加工處理及磨粒流加工：將上述試樣採用常規的電解加工和電火花加工相配合的常規葉輪加工工藝。利用金屬在電解液中發生“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。脈衝電壓加到兩極之間，便在當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，在該局部產生火花放電，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，連續不斷地重複放電，工具電極不斷地向工件進給，就可以將工具形狀複製在工件上，加工出葉輪流道，得到相應葉輪；而後將葉輪按常規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）對工件進行表面拋光和去毛刺的處理。
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以下後，用清水清洗葉輪，並利用高壓水槍壓力去除電解液，風乾後用酒精清洗，自然蒸發乾燥後待用；
4）滲硼處理：按質量比例配置滲硼劑，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％碳化矽（分子式SiC）混合，反覆攪拌均勻，滲硼劑裝入密閉容器中，葉輪放置到密閉容器中部並用滲硼劑填埋，葉輪滲硼面處滲硼劑厚度大於5厘米，將密閉容器裝入預熱至500±10℃的電爐中，以100℃/小時的加熱速度加熱至960±10℃，保溫17-18小時，進而使滲硼劑中硼元素的擴散滲入基體表面形成滲硼層，隨後爐冷至600±10℃，將密閉容器出爐空冷，冷卻至100℃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。
5）葉輪固溶化、分級時效處理：真空爐抽真空，加熱至500±10℃，葉輪及剩餘試驗材料裝入真空爐中，加熱升溫到980±10℃，保溫3-3.5小時，氣冷（2Ibs）；而後在真空爐中再進行分級時效處理，真空爐於真空狀態下加熱到720±1.5℃保溫8小時，真空爐中隨爐冷卻至620±5℃，保溫8小時，風冷。對剩餘試樣加工成一個拉力試棒，2個V口衝擊試樣，檢驗機械性能。
其中葉輪基體熱處理採用固溶化、分級時效處理。流道表面硬化採用滲硼工藝技術實現。葉輪滲硼工裝設計成與葉輪匹配的滲硼密封工裝。粗加工餘量為單邊0.6毫米，滲硼部位不留餘量。工序為葉輪毛坯固溶化、葉輪流道及外型線加工，葉輪非滲硼面預留餘量，葉輪滲硼，滲硼後固溶化、分級時效處理。
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，並填滿SiC，再在主體與蓋板連線處用高溫黏土將進行密封（參見圖1）。
由上述滲硼處理後，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。通過常規硬度測試法，對滲硼試塊進行檢測，滲硼層硬度大於Hv1000滲層深度可達到0.15毫米，最外層硬度達到Hv1900以上，滲層均勻牢固（參見圖5和6）。見附圖5、附圖6.
經過上述熱處理工藝後，將把剩餘試驗材料加工成一個拉力試棒做拉伸試驗，兩個衝擊試樣做衝擊試驗，檢驗後械性能達到：RP0.2≥900牛/平方毫米，Rm≥1150牛/平方毫米，A≥12，Z≥20，Ak（v）≥34（27）焦，HB330～440。葉輪表面滲硼層深度可達到0.1毫米以上，硬度達到Hv1200以上，滲層均勻牢固。葉輪熱處理預留加工餘量小於0.6毫米。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種循環氣壓縮機葉輪的熱處理工藝》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
