[发明专利]一种轴流压缩机动叶片合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种轴流压缩机动叶片合金材料及其制备方法。

背景技术

动叶片是轴流压缩机的高速旋转件，设计要求其在270米/秒线速度超速运转试验，不得有任何变形。动叶片材料普遍采用合金钢锻件铣削焊接或铆接成型，也可采用铝合金锻件铣削焊接成型，上两种方式的缺点是 ：成本高，加工工艺复杂，制作周期长，不利于批量生产，特别是合金钢比重较大，影响转子组转动惯量，长期运转稳定性差。

在这种背景下，需要研制出一种新型铸造铝合金，要求 ：①较小的室温和高温变形性能，②较高的强度和韧性，③较好的工艺性（流动性好、抗杂质能力强），④较宽的温度间隔，⑤抗氟利昂腐蚀（R134a），⑥通过280米/秒线速度超速运转试验。经反复试验，证明 ZL9-1.5 合金材料完全满足以上要求。是轴流压缩机动叶片比较理想的一种材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型铸造铝合金代替合金钢或铝合金锻件制造轴流压缩机动叶片材料及其制备方法。

本发明的技术方案：一种轴流压缩机动叶片合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分 ：Si 8 ～ 10%、Cu 1 ～ 2%、Mn 0.2 ～ 0.8%、Zr ＜ 0.3%、Fe ＜ 0.3%、Zn ＜ 0.2%、Ti＜ 0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

作为优选，所述合金材料包括下述重量百分比的成分 ：Si 8%、Cu 1.5%、Mn 0.45%、Zr ＜ 0.3%、Fe ＜ 0.3%、Zn ＜ 0.2%、Ti ＜ 0.1%、余量的 Al 及杂质元素。

进一步的，所述杂质元素＜0.6%。

进一步的，所述轴流压缩机动叶片合金材料的制备方法，包括以下步骤：

a、合金熔炼 ：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃 ；

升温后加入预热至200～300℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si 中间合金，占总重量的60～70%，升温至其溶化后加入剩余铝锭 ；

待炉温升至 700 ～ 720℃时，将预热至 200 ～ 600℃的 Mn 压入，熔化完毕；将炉温升至730～750℃，将预热至200～300℃的精炼剂压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣 ；

当炉温达到 740 ～ 760℃时，将预热至 200 ～ 300℃的变质剂均匀撒在金属液面上，静置 8～ 10 分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌 8 ～ 12 分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，制得合金铸件 ；

b、合金热处理 ：将铸件放入热处理炉中进行固溶，温度控制在（520～540）±5℃，保温时间6～ 8 小时，水淬、人工时效，制得合金材料。

作为优选，步骤a中所述精炼剂选用六氯乙烷精炼剂，主要成分为C₂Cl₆，按炉料重量的 0.5% 准备。

作为优选，所述a中所述变质剂选用三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K₂ZrF₆，按炉料重量的 1% 准备。

进一步的，所述步骤a中浇铸温度控制在 720 ～ 740℃。

进一步的，所述步骤b中铸件在 200℃进入热处理炉，升温速度≤150℃/小时。

进一步的，所述步骤 b 中水淬工艺为 ：热处理后的铸件淬入 50 ～ 80℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在 15秒内。

进一步的，所述步骤 b 中人工时效工艺为 ：温度 165±5℃，保温 3.5 ～ 4.5 小时，空冷。

本发明的有益效果：

本发明材料性能指标如下：

1、合金单铸试棒（金属型）机械性能

通过上 100 炉以上机械性能分析、统计 ：Rm ：320 ～ 380MPa，Rel ：235 ～ 280MPa，A%）：3 ～8，HB:90 ～ 110。

2、合金物理性能

（1）耐蚀 ：通过工艺试验和长期的机组运转，证明该合金耐氟利昂。

（2）宏观组织 ：外观成型良好，无可见缺陷。加工表面针孔度达 JB/T7946.3-1995标准 2 级以上。

（3）内部质量 ：经 X 射线照相检查无可见缺陷。针孔度达到 GB/T11346-1989 和HB657-1992 标准 2 级以上。

1、本发明通过加入适量的Mn提高了铝合金动叶片的强度。