專利名稱：一種鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)連接的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦鋁合金 渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)連接的工藝方法。
背景技術(shù)：
一般車用柴油機(jī)增壓器的渦輪轉(zhuǎn)軸采用鑄造鎳基高溫合金K418 材料制作的渦輪葉輪與合金鋼軸42CrMo焊接，其組件整體重量較重。 (K418材料比重為8. 0 g/cin3),而采用鈦鋁合金渦輪葉輪與合金鋼軸 42CrMo制作的增壓器渦輪轉(zhuǎn)軸，組件重量較輕(鈦鉬合金渦輪葉輪材 料比重為3.9 g/cm3)。因而，應(yīng)用鈦鋁合金渦輪葉輪將可以通過減輕 增壓器渦輪的重量，降低渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，達(dá)到提高廢氣渦 輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的加速瞬態(tài)響應(yīng)性、減少起動(dòng)/加速時(shí)冒黑煙和改善發(fā)動(dòng) 機(jī)低速性能、以及提高增壓器軸系可靠性的多重目的。同時(shí)鈦鋁合金 渦輪葉輪高溫強(qiáng)度和抗氧化性能也較好，是增壓器行業(yè)較理想的材料 之一。但鈥鉬合金屬于金屬間化合物，釆用常規(guī)的焊接方法，無法實(shí) 現(xiàn)以往的二體直接連接，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的抗拉伸強(qiáng)度要求。根據(jù)國(guó) 外、國(guó)內(nèi)有關(guān)資料報(bào)道及專利檢索，在連接方法上沒有找到合適的專 利，只發(fā)現(xiàn)了有一公開號(hào)為CN1183334A的專利，其專利原理適合于研
制階段的單件生產(chǎn)，對(duì)于目前批量工程化的生產(chǎn)，保證其連接性能的
穩(wěn)定性、可靠性和可重復(fù)性等，均提出了新的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決鈦鋁合金渦輪葉輪在增壓器行業(yè)工程化應(yīng)用 中，三體連接工藝步驟、過程控制方法等，提出的一種鈦鋁合金渦輪 轉(zhuǎn)軸三體連接的新的工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)由鈦鋁合金渦輪葉 輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸組成，K418高溫合金過渡 套和42CrMo合金鋼軸通過端面進(jìn)行摩擦焊接在一起，然后K418高溫合金 過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸通過外徑和內(nèi)徑的過盈配合連接在一起，其 工藝步驟為(1)鈦鋁合金渦輪葉輪連接部位的機(jī)械加工；
(2 ) K418高溫合金過渡套連接部位的加工； (3) 42CrMo合金鋼軸樣件的加工；
(4 ) 42CrMo合金鋼軸與K418高溫合金過渡套的摩擦焊接； (5)去應(yīng)力熱處理工序；
(6 ) K418高溫合金過渡套與42CrMo合金鋼軸焊接組件的加工；
(7)焊接組件與鈦鋁合金渦輪葉輪的過盈連接。
本發(fā)明的有益效果通過有效的工藝方法解決了三體連接中各環(huán) 節(jié)的主要難題，使得配合過盈量更加精確，連接結(jié)構(gòu)工藝和工序步驟 更加合理，工藝參數(shù)更加準(zhǔn)確，連接強(qiáng)度更加穩(wěn)定和可靠，能夠滿足 批量生產(chǎn)的需求。即首先進(jìn)行K418材料過渡套與合金鋼軸在摩擦焊 機(jī)上進(jìn)行摩擦焊接，再進(jìn)行與鈦鋁合金渦輪葉輪連接的工序步驟和方 法，有效的提高了連接強(qiáng)度，同時(shí)解決了摩擦焊接對(duì)鈦鋁合金渦輪葉 輪根部的沖擊，形成了過盈連接預(yù)備件加工_摩擦焊接_熱處理 - 過 渡套過盈配合尺寸精加工-高頻感應(yīng)加熱-過盈連接的工藝方法。能 夠適合常規(guī)的批量生產(chǎn)要求。特別適合于工程化的應(yīng)用，并且連接工 藝簡(jiǎn)單、抗拉伸強(qiáng)度性能穩(wěn)定可靠。解決了工藝連接的可靠性和穩(wěn)定 性。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例作詳細(xì)描述，鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體 結(jié)構(gòu)由鈦鋁合金渦輪葉輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸 組成，K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸通過端面進(jìn)行摩擦焊 接在一起，然后K418高溫合金過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸通過外徑 和內(nèi)徑的過盈配合連接在一起。 其工藝步驟為
(1) 鈥鋁合金渦輪葉輪的加工獲得鈦鋁合金渦輪葉輪樣件。為 準(zhǔn)備過盈連接，渦輪連接處進(jìn)行凸圓外徑的車削加工，加工尺寸為① 22亳米、長(zhǎng)15亳米，粗糙度為1.6。由于鈦鋁合金渦輪葉輪屬于難加工 材料，使用PVD-TIB2涂層硬質(zhì)合金材料的刀具加工性能較好，主軸轉(zhuǎn) 速n-200轉(zhuǎn)/分，切削深度t-1.5mm。
(2) 高溫合金K418材料過渡套的加工將K418材料外徑進(jìn)行精密 車削加工到①36亳米、長(zhǎng)20亳米，內(nèi)孔車鏜孔至①20亳米(留1.83亳米余量)、長(zhǎng)15亳米，粗糙度為1.6。外徑和內(nèi)孔一次裝夾車成，可使
同軸度保證在O. lmm范圍內(nèi)。
(3) 合金鋼軸42CrMo樣件的加工將42CrMo合金鋼軸外徑車削加工 到①36亳米、長(zhǎng)255亳米尺寸要求，粗糙度為3. 2。
(4) 合金鋼軸42CrMo與K418材料過渡套的摩擦焊對(duì)接將42CrMo 合金鋼軸和K418材料分別裝夾在C-25型號(hào)摩擦焊機(jī)的主軸端和夾具端 進(jìn)行摩擦焊焊接，使之成為42"Mo材料與K418材料為一整體組件。摩 擦焊接參數(shù)為轉(zhuǎn)速n-765轉(zhuǎn)/分，摩擦壓力Pr = 3. 5Mpa，摩擦?xí)r間Sr = 8 秒，頂鍛壓力D一4. 5 Mpa。保壓時(shí)間Sb-6秒。
(5) 去應(yīng)力熱處理工序焊接后在普通回火爐內(nèi)進(jìn)行460。保溫2
小時(shí)去應(yīng)力回火處理。
(6) 組件的加工將熱處理后的組件K418材料一端，內(nèi)孔車鏜削
成①21.83亳米、長(zhǎng)15毫米的尺寸，準(zhǔn)備與精密鑄造獲得鈦鋁渦輪加工 后的樣件進(jìn)行過盈連接，過盈量為0.17士0. Olmm。
(7) 焊接組件與鈦鋁合金渦輪葉輪的連接將鈦鋁合金渦輪葉輪 裝夾在CA6140車床主軸上，將加工后的組件裝夾在該車床的尾座上， 在過渡套K418材料的外部環(huán)繞20亳米長(zhǎng)的感應(yīng)線圈并且與普通的 BGY-FB型號(hào)的高頻感應(yīng)設(shè)備相連接，當(dāng)高頻感應(yīng)設(shè)備運(yùn)行12秒后，過 渡套K418材料瞬間溫度為1000 土80。(可用測(cè)溫儀進(jìn)行監(jiān)測(cè))，此時(shí)立 即旋轉(zhuǎn)尾座手柄，將焊接組件向前推入鈦鋁渦輪軸徑內(nèi)，隨空氣自然 冷卻至室溫，完成鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸的三體連接。
本發(fā)明中應(yīng)用的最佳鈦鋁材料主要成分比為Ti: 50%、 AL: 46%、 Cr: 1.7%、 V: 2.3%，合金鋼材料為國(guó)標(biāo)42CrMo;高溫合金過渡套材 料為國(guó)標(biāo)K418。
本發(fā)明介紹了三體結(jié)構(gòu)的連接，提供了實(shí)現(xiàn)連接的成熟的工藝優(yōu) 化方法，可適合批量生產(chǎn)的要求，連接抗拉伸強(qiáng)度性能穩(wěn)定可靠。
權(quán)利要求
1、一種鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)連接的工藝方法，其特征在于鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)由鈦鋁合金渦輪葉輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸組成，K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸通過端面進(jìn)行摩擦焊接在一起，然后K418高溫合金過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸通過外徑和內(nèi)徑的過盈配合連接在一起，其工藝步驟為(1)鈦鋁合金渦輪葉輪連接部位的機(jī)械加工；(2)K418高溫合金過渡套連接部位的加工；(3)42CrMo合金鋼軸樣件的加工；(4)42CrMo合金鋼軸與K418高溫合金過渡套的摩擦焊對(duì)接；(5)去應(yīng)力熱處理工序；(6)K418高溫合金過渡套與42CrMo合金鋼軸焊接組件的加工；(7)焊接組件與鈦鋁渦輪的過盈連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)連接的 工藝方法，所述的鈦鋁材料主要成分最佳比為Ti: 50%、 AL: 46%、 Cr: 1. 7%、 V: 2. 3%。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)連接的工藝方法。鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸三體結(jié)構(gòu)由鈦鋁合金渦輪葉輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸組成，K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸通過端面進(jìn)行摩擦焊接在一起，然后K418高溫合金過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉(zhuǎn)軸通過外徑和內(nèi)徑的過盈配合連接在一起，本發(fā)明的有益效果工藝簡(jiǎn)單、抗拉伸強(qiáng)度性能穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)F01D5/02GK101596665SQ200810110548
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者洪 何, 姜明智, 繼 張, 王新英, 王晉偉, 王秀娟 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第七○研究所;鋼鐵研究總院