專利名稱：TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增壓渦輪與鋼軸的連接方法，具體涉及一種TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法。
背景技術(shù)：
在航空航天、軍用戰(zhàn)車(chē)以及高級(jí)轎車(chē)等領(lǐng)域中，普遍采用渦輪增壓的方法來(lái)改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。增壓渦輪多采用Ni基高溫合金制成，Ni基合金比重大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中容易產(chǎn)生啟動(dòng)、停止響應(yīng)性差的問(wèn)題。要想解決此類問(wèn)題，需要找到一種輕質(zhì)耐高溫材料來(lái)代替Ni基合金。由于TiAl基合金具有密度低、比強(qiáng)度大、比剛度高、高溫力學(xué)性能及抗氧化性能好的優(yōu)點(diǎn)，如能采用輕質(zhì)耐高溫的TiAl基合金代替Ni基合金制造增壓渦輪，將大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油熱效率，為此，需要解決TiAl基合金渦輪與鋼軸連接的技術(shù)問(wèn)題。目前，TiAl基合金渦輪與鋼軸的連接主要采用擴(kuò)散連接、摩擦焊及釬焊的連接方法。實(shí)踐證明，采用擴(kuò)散連接，存在接頭脆性相多、接頭質(zhì)量難以保證，連接時(shí)間長(zhǎng)、連接成本高的問(wèn)題；采用摩擦焊，同樣存在接頭脆性相多的問(wèn)題，并且摩擦焊冷卻速度快易引起鋼中馬氏體轉(zhuǎn)變，在接頭中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力引起接頭開(kāi)裂的問(wèn)題，摩擦焊方法無(wú)法對(duì)小尺寸試件進(jìn)行焊接；專利CN1183334A所采用的方法，需要在TiAl基合金軸上熱鍛壓入Ni基合金套，再對(duì)Ni基合金套與鋼軸進(jìn)行摩擦焊接，由于Ni基合金套與TiAl基合金渦輪之間不是冶金結(jié)合，材料的熱膨脹系數(shù)存在較大的差別，這就使TiAl基合金增壓渦輪與Ni基合金套在高溫、高速旋轉(zhuǎn)條件下工作時(shí)有可能產(chǎn)生脫套現(xiàn)象，并且采用此焊接方法還存在工藝復(fù)雜的問(wèn)題；采用普通釬焊，存在接頭強(qiáng)度低問(wèn)題(如專利EP0837221A2就存在此問(wèn)題)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決采用Ni基高溫合金增壓渦輪存在Ni基合金比重大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中容易產(chǎn)生啟動(dòng)、停止響應(yīng)性差問(wèn)題及采用TiAl基合金渦輪與鋼軸采用擴(kuò)散連接，存在接頭脆性相多、接頭質(zhì)量難以保證問(wèn)題；采用摩擦焊，接頭脆性相多、易引起接頭開(kāi)裂、無(wú)法對(duì)小尺寸試件進(jìn)行焊接問(wèn)題；采用普通釬焊，存在接頭強(qiáng)度低問(wèn)題而提供的一種TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法。它由以下步驟完成a、在TiAl基合金增壓渦輪連接軸1的外壁上加工外螺紋1-1，將鋼軸2沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪4的外螺紋連接軸相配合的內(nèi)螺紋套2-1及與內(nèi)螺紋套2-1相通的軸向工藝通孔2-2；b、在內(nèi)螺紋套2-1的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏3，所述的AgCuNiLi釬料膏3由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9～11∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu22.5～29.5％、Ni1.5～4.5％、Li0.3～1.5％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為1～3∶100的比例混合攪拌制得；c、將所述的TiAl基合金增壓渦輪4的外螺紋連接軸旋入到鋼軸2的內(nèi)螺紋套2-1內(nèi)，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1采用間隙配合，間隙量為Δ；d、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2裝配好后置于Ar氣保護(hù)下釬焊，釬焊加熱溫度為860～950℃，保溫時(shí)間為2～15min，升溫速度為10～50℃/min。
本發(fā)明具有以下有益效果一、本發(fā)明在TiAl基合金增壓渦輪連接軸的外壁上加工外螺紋，并將鋼軸沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪的外螺紋連接軸相配合的內(nèi)螺紋套，在內(nèi)螺紋套的內(nèi)壁上均勻涂抹釬料膏，將TiAl基合金渦輪連接軸旋入到鋼軸的內(nèi)螺紋套中，旋入過(guò)程中釬料膏在螺紋的旋轉(zhuǎn)力及摩擦力的作用下能夠均勻的填充于螺紋配合間隙內(nèi)，將TiAl基合金渦輪與鋼軸配合好后，釬焊加熱、釬料熔化，最后凝固形成高強(qiáng)度接頭。二、本發(fā)明的AgCuNiLi釬料膏3由AgCuNiLi釬料粉與粘結(jié)劑按一定重量配比制成，所采用的AgCuNiLi釬料粉與普通的AgCu或AgCuTi釬料粉相比較，本發(fā)明的AgCuNiLi釬料粉中由于含有活性元素Li，可對(duì)鋼表面起到自釬劑的活化作用，在工業(yè)用Ar氣保護(hù)下即可實(shí)現(xiàn)TiAl基合金增壓渦輪與結(jié)構(gòu)鋼軸的釬焊。三、本發(fā)明采用的釬焊與真空釬焊相比較，可解決必須在高真空條件下進(jìn)行釬焊帶來(lái)的運(yùn)行周期長(zhǎng)問(wèn)題；另外由于本發(fā)明的釬料粉中含有Ni元素，可提高接頭的高溫力學(xué)性能，在一定程度上提高了接頭的使用溫度。四、在鋼軸的內(nèi)螺紋套內(nèi)沿軸線方向加工有與內(nèi)螺紋套相通的軸向工藝通孔，其作用是可將AgCuNiLi釬料膏中的粘合劑、水在加熱過(guò)程中通過(guò)工藝通孔揮發(fā)掉；同時(shí)還可降低鋼軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。五、TiAl基合金增壓渦輪連接軸與鋼軸采用螺紋連接，內(nèi)螺紋與外螺紋之間采用間隙配合，AgCuNiLi釬料膏中的粘合劑、水在加熱過(guò)程中可通過(guò)螺紋間隙揮發(fā)掉，該間隙能夠很好的實(shí)現(xiàn)釬焊連接。六、TiAl基合金增壓渦輪連接軸與鋼軸采用螺紋連接，在起到定位作用的同時(shí)，還可起到強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｆ?、本發(fā)明具有連接方法簡(jiǎn)單、容易操作，能夠?qū)崿F(xiàn)TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是TiAl基合金增壓渦輪連接軸1加工有外螺紋1-1的主視圖，圖2是鋼軸2沿軸線方向加工有內(nèi)螺紋套2-1和軸向工藝通孔2-2的主視剖面圖，圖3是在內(nèi)螺紋套2-1的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏3的主視剖面圖，圖4是TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2采用螺紋連接的主視圖，圖5是TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2釬焊在一起的結(jié)構(gòu)圖，圖6是TiAl基合金增壓渦輪連接軸1與內(nèi)螺紋套2-1采用間隙配合的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法由以下步驟完成a、在TiAl基合金增壓渦輪連接軸1的外壁上加工外螺紋1-1，將鋼軸2沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪4的外螺紋連接軸相配合的內(nèi)螺紋套2-1及與內(nèi)螺紋套2-1相通的軸向工藝通孔2-2；b、在內(nèi)螺紋套2-1的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏3，所述的AgCuNiLi釬料膏3由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9～11∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu22.5～29.5％、Ni1.5～4.5％、Li0.3～1.5％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為1～3∶100的比例混合攪拌制得；c、將所述的TiAl基合金增壓渦輪4的外螺紋連接軸旋入到鋼軸2的內(nèi)螺紋套2-1內(nèi)，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1采用間隙配合，間隙量為Δ；d、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2裝配好后置于Ar氣保護(hù)下釬焊，釬焊加熱溫度為860～950℃，保溫時(shí)間為2～15min，升溫速度為10～50℃/min，TiAl基合金增壓渦輪連接軸1的直徑可在10～100mm之間選取。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1、圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的a步驟中，在TiAl基合金增壓渦輪連接軸1的外壁上加工細(xì)牙外螺紋，將鋼軸2沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪4的細(xì)牙外螺紋連接軸相配合的細(xì)牙內(nèi)螺紋套及與細(xì)牙內(nèi)螺紋套相通的軸向工藝通孔2-2。采用細(xì)牙螺紋，可保證TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2的連接強(qiáng)度和剛度。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的b步驟中，在細(xì)牙內(nèi)螺紋套的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏3，所述的AgCuNiLi釬料膏3由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu22.6％、Ni4.4％、Li0.9％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為1∶100的比例混合攪拌制得。采用上述技術(shù)參數(shù)制成的AgCuNiLi釬料膏3適用于TiAl基合金增壓渦輪連接軸1直徑不大的條件下。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的b步驟中，在細(xì)牙內(nèi)螺紋套的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏3，所述的AgCuNiLi釬料膏3由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為10∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu29.4％、Ni1.6％、Li0.3％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為2∶100的比例混合攪拌制得。采用上述技術(shù)參數(shù)制成的AgCuNiLi釬料膏3適用于TiAl基合金增壓渦輪連接軸1直徑較大的條件下。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的b步驟中，在細(xì)牙內(nèi)螺紋套的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏3，所述的AgCuNiLi釬料膏3由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為11∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu26.0％、Ni3.0％、Li1.4％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為3∶100的比例混合攪拌制得。采用上述技術(shù)參數(shù)制成的AgCuNiLi釬料膏3適用于TiAl基合金增壓渦輪連接軸1直徑很大的條件下。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的b步驟中，所述的AgCuNiLi釬料膏3由顆粒度為45～75μm的AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9～11∶1的比例混合攪拌制得。采用上述技術(shù)參數(shù)，不僅可保證外螺紋1-1與內(nèi)螺紋2-1相配合時(shí)，AgCuNiLi釬料膏3與TiAl基合金增壓渦輪連接軸1及鋼套2緊密接觸，同時(shí)還可保證TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2高強(qiáng)度的連接在一起。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的b步驟中，所述的AgCuNiLi釬料膏3由顆粒度為46μm的AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9∶1的比例混合攪拌制得。采用上述技術(shù)參數(shù)，可保證AgCuNiLi釬料膏3均勻地覆蓋在TiAl基合金增壓渦輪連接軸1和內(nèi)螺紋套2-1之間的接觸面上，從而保證了TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2高強(qiáng)度的連接在一起。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的b步驟中，所述的AgCuNiLi釬料膏3由顆粒度為74μm的AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為11∶1的比例混合攪拌制得。采用上述技術(shù)參數(shù)，可保證TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2高強(qiáng)度的連接在一起，適合于TiAl基合金增壓渦輪連接軸1軸徑較大的情況下。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的b步驟中，所述的AgCuNiLi釬料膏3由顆粒度為60μm的AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為10∶1的比例混合攪拌制得。采用上述技術(shù)參數(shù)，可保證TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2高強(qiáng)度的連接在一起。
具體實(shí)施方式
十結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的c步驟中，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1配合的間隙量Δ為80～100μm。間隙量Δ在此范圍內(nèi)選取，可保證AgCuNiLi釬料膏3中的粘合劑、水在加熱過(guò)程中從此配合間隙中揮發(fā)掉。
具體實(shí)施方式
十一結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的c步驟中，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1配合的間隙量Δ為90μm。當(dāng)TiAl基合金增壓渦輪連接軸1與鋼套2的內(nèi)螺紋套2-1配合直徑較大時(shí)，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1可選擇較大的間隙量Δ，這樣可保證AgCuNiLi釬料膏3中的粘合劑、水在加熱過(guò)程中從此配合間隙中迅速揮發(fā)掉。
具體實(shí)施方式
十二結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的c步驟中，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1配合的間隙量Δ為80μm。當(dāng)TiAl基合金增壓渦輪連接軸1與鋼套2的內(nèi)螺紋套2-1配合直徑較小時(shí)，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1可選擇較小的間隙量Δ，這樣可保證AgCuNiLi釬料膏3中的粘合劑、水在加熱過(guò)程中從此配合間隙中迅速揮發(fā)掉。
具體實(shí)施方式
十三結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的c步驟中，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1配合的間隙量Δ為100μm。當(dāng)TiAl基合金增壓渦輪連接軸1與鋼套2的內(nèi)螺紋套2-1配合直徑很大時(shí)，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1可選擇大的間隙量Δ，這樣可保證AgCuNiLi釬料膏3中的粘合劑、水在加熱過(guò)程中從此配合間隙中迅速揮發(fā)掉。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的d步驟中，釬焊加熱溫度為900～930℃，保溫時(shí)間為5～8min，升溫速度為20～30℃/min。采用上述技術(shù)參數(shù)，可提高TiAl基合金增壓渦輪連接軸1與鋼套2的連接強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的d步驟中，釬焊加熱溫度為910℃，保溫時(shí)間為6min，升溫速度為25℃/min。采用上述技術(shù)參數(shù)，可保證TiAl基合金增壓渦輪連接軸1與鋼套2高強(qiáng)度連接。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的a步驟中，TiAl基合金增壓渦輪4由以下組分并按照原子百分比組成Ti23～68％、Al22～69％、V1.0～3.0％、Cr1.5～2.5％、Nb1.5～2.5％?？杀ＷCTiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2的連接強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十六的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的a步驟中，TiAl基合金增壓渦輪4由以下組分并按照原子百分比組成Ti24％、Al68％、V3.0％、Cr2.5％、Nb2.5％。可保證TiAl基合金增壓渦輪連接軸1的強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十六的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的a步驟中，TiAl基合金增壓渦輪4由以下組分并按照原子百分比組成Ti67％、Al26.5％、V2.5％、Cr2.0％、Nb2.0％?？杀ＷCTiAl基合金增壓渦輪連接軸1的強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十六的不同點(diǎn)是本實(shí)施方式的a步驟中，TiAl基合金增壓渦輪4由以下組分并按照原子百分比組成Ti65％、Al30％、V1.8％、Cr1.6％、Nb1.6％?？杀ＷCTiAl基合金增壓渦輪連接軸1的強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
二十結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法由以下步驟完成a、待焊的TiAl基合金增壓渦輪4由以下組分并按照原子百分比組成Al46.5％、V2.5％、Cr1.5％、Ti余量，在待焊的TiAl基合金增壓渦輪盤(pán)直徑為155mm、連接軸直徑為25mm的TiAl基合金增壓渦輪4的連接軸外壁上加工出外螺紋1-1，螺紋大徑為18mm，螺紋長(zhǎng)度為30mm；將待焊的直徑為25mm的42CrMo鋼軸沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪4的外螺紋連接軸相配合的內(nèi)螺紋套2-1及與內(nèi)螺紋套2-1相通的軸向工藝通孔2-2，內(nèi)螺紋套2-1的螺紋長(zhǎng)度為35mm，軸向工藝通孔2-2的直徑為6mm；b、將外螺紋連接軸及內(nèi)螺紋套2的螺紋配合部位進(jìn)行清洗，即先在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，再分別進(jìn)行酸洗，酸洗可采用稀鹽酸或稀硫酸，清洗后在內(nèi)螺紋套2-1的內(nèi)壁上涂抹3.2～3.6g的AgCuNiLi釬料膏3；c、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2通過(guò)螺紋連接在一起，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1的配合間隙Δ為95μm；d、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2裝配好后置于Ar氣保護(hù)下的釬焊爐內(nèi)加熱、釬焊，釬焊加熱溫度為900～930℃，最佳加熱溫度為910℃；保溫時(shí)間為5～8min，最佳保溫時(shí)間為6min；升溫速度為20～30℃/min，最佳升溫速度為25℃/min；凝固形成高強(qiáng)度接頭。
TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2的釬焊接頭拉伸測(cè)試結(jié)果常溫拉伸力201.6KN、折合成等截面接頭拉伸強(qiáng)度為410.9Mpa；高溫拉伸力190.1KN(高溫拉伸溫度為400℃)、折合成等截面接頭拉伸強(qiáng)度為387.5MPa。
具體實(shí)施方式
二十一結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法由以下步驟完成a、待焊的TiAl基合金增壓渦輪4由以下組分并按照原子百分比組成Al46.5％、V2.5％、Cr1.5％、Ti余量，在待焊的TiAl基合金增壓渦輪盤(pán)直徑為85mm、連接軸直徑為20mm的TiAl基合金增壓渦輪4的連接軸外壁上加工出外螺紋1-1，螺紋大徑為16mm，螺紋長(zhǎng)度為28mm；將待焊的直徑為20mm的42CrMo鋼軸沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪4的外螺紋連接軸相配合的內(nèi)螺紋套2-1及與內(nèi)螺紋套2-1相通的軸向工藝通孔2-2，內(nèi)螺紋套2-1的螺紋長(zhǎng)度為32mm，軸向工藝通孔2-2的直徑為6mm；b、將外螺紋連接軸及內(nèi)螺紋套2的螺紋配合部位進(jìn)行清洗，即先在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，再分別進(jìn)行酸洗，酸洗可采用稀鹽酸或稀硫酸，清洗后在內(nèi)螺紋套2-1的內(nèi)壁上涂抹2.0～2.8g的AgCuNiLi釬料膏3；c、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2通過(guò)螺紋連接在一起，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1的配合間隙Δ為86μm；d、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2裝配好后置于Ar氣保護(hù)下的釬焊爐內(nèi)加熱、釬料熔化、凝固形成高強(qiáng)度接頭，釬焊加熱溫度為900～930℃，最佳加熱溫度為910℃；保溫時(shí)間為5～8min，最佳保溫時(shí)間為6min；升溫速度為20～30℃/min，最佳升溫速度為25℃/min。
TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2的釬焊接頭拉伸測(cè)試結(jié)果常溫拉伸力128.8KN、折合成等截面接頭拉伸強(qiáng)度為410.2Mpa；高溫拉伸力116.5KN(高溫拉伸溫度為400℃)、折合成等截面接頭拉伸強(qiáng)度為371.0Mpa。
具體實(shí)施方式
二十二結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法由以下步驟完成a、待焊的TiAl基合金增壓渦輪4由以下組分并按照原子百分比組成Al46.5％、V2.5％、Cr1.5％、Ti余量，在待焊的TiAl基合金增壓渦輪盤(pán)直徑為95mm、連接軸直徑為18mm的TiAl基合金增壓渦輪4的連接軸的外壁上加工出外螺紋1-1，螺紋大徑為14mm，螺紋長(zhǎng)度為25mm；將待焊的直徑為18mm的42CrMo鋼軸沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪4的外螺紋連接軸相配合的內(nèi)螺紋套2-1及與內(nèi)螺紋套2-1相通的軸向工藝通孔2-2，內(nèi)螺紋套2-1的螺紋長(zhǎng)度為32mm，軸向工藝通孔2-2的直徑為6mm；b、將外螺紋連接軸及內(nèi)螺紋套2的螺紋配合部位進(jìn)行清洗，即先在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，再分別進(jìn)行酸洗，酸洗可采用稀鹽酸或稀硫酸，清洗后在內(nèi)螺紋套2-1的內(nèi)壁上涂抹1.5～2.0g的AgCuNiLi釬料膏3；c、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2通過(guò)螺紋連接在一起，內(nèi)螺紋2-1-1與外螺紋1-1的配合間隙Δ為82μm；d、將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2裝配好后置于Ar氣保護(hù)下的釬焊爐內(nèi)加熱、釬料熔化、凝固形成高強(qiáng)度接頭，釬焊加熱溫度為900～930℃，最佳加熱溫度為910℃；保溫時(shí)間為5～8min，最佳保溫時(shí)間為6min；升溫速度為20～30℃/min，最佳升溫速度為25℃/min。
TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2的釬焊接頭拉伸測(cè)試結(jié)果常溫拉伸力105.7KN、折合成等截面接頭拉伸強(qiáng)度為415.6Mpa；高溫拉伸力96.0KN(高溫拉伸溫度為400℃)、折合成等截面接頭拉伸強(qiáng)度為377.4Mpa。
權(quán)利要求
1.一種TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于它由以下步驟完成a、在TiAl基合金增壓渦輪連接軸(1)的外壁上加工外螺紋(1-1)，將鋼軸(2)沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪(4)的外螺紋連接軸相配合的內(nèi)螺紋套(2-1)及與內(nèi)螺紋套(2-1)相通的軸向工藝通孔(2-2)；b、在內(nèi)螺紋套(2-1)的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏(3)，所述的AgCuNiLi釬料膏(3)由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9～11∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu22.5～29.5％、Ni1.5～4.5％、Li0.3～1.5％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為1～3∶100的比例混合攪拌制得；c、將所述的TiAl基合金增壓渦輪(4)的外螺紋連接軸旋入到鋼軸(2)的內(nèi)螺紋套(2-1)內(nèi)，內(nèi)螺紋(2-1-1)與外螺紋(1-1)采用間隙配合，間隙量為(Δ)；d、將TiAl基合金增壓渦輪(4)與鋼軸(2)裝配好后置于Ar氣保護(hù)下釬焊，釬焊加熱溫度為860～950℃，保溫時(shí)間為2～15min，升溫速度為10～50℃/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于a步驟中，在TiAl基合金增壓渦輪連接軸(1)的外壁上加工細(xì)牙外螺紋，將鋼軸(2)沿軸線方向加工出與TiAl基合金增壓渦輪(4)的細(xì)牙外螺紋連接軸相配合的細(xì)牙內(nèi)螺紋套及與細(xì)牙內(nèi)螺紋套相通的軸向工藝通孔(2-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于a步驟中，所述的TiAl基合金增壓渦輪(4)由以下組分并按照原子百分比組成Ti23～68％、Al22～69％、V1.0～3.0％、Cr1.5～2.5％、Nb1.5～2.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于b步驟中，在細(xì)牙內(nèi)螺紋套的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏(3)，所述的AgCuNiLi釬料膏(3)由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu22.6％、Ni4.4％、Li0.9％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為1∶100的比例混合攪拌制得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于b步驟中，在細(xì)牙內(nèi)螺紋套的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏(3)，所述的AgCuNiLi釬料膏(3)由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為10∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu29.4％、Ni1.6％、Li0.3％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為2∶100的比例混合攪拌制得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于b步驟中，在細(xì)牙內(nèi)螺紋套的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏(3)，所述的AgCuNiLi釬料膏(3)由AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為11∶1的比例混合攪拌制得，所述的AgCuNiLi釬料粉由以下組分并按照重量百分比組成Cu26.0％、Ni3.0％、Li1.4％、Ag余量，所述的粘合劑由羥乙基纖維素和蒸餾水按照重量配比為3∶100的比例混合攪拌制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于b步驟中，所述的AgCuNiLi釬料膏(3)由顆粒度為45～75μm的AgCuNiLi釬料粉和粘合劑按照重量配比為9～11∶1的比例混合攪拌制得。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于c步驟中，內(nèi)螺紋(2-1-1)與外螺紋(1-1)配合的間隙量(Δ)為80～100μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于d步驟中，釬焊加熱溫度為900～930℃，保溫時(shí)間為5～8min，升溫速度為20～30℃/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，其特征在于d步驟中，釬焊加熱溫度為910℃，保溫時(shí)間為6min，升溫速度為25℃/min。
全文摘要
TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接方法，它涉及一種增壓渦輪與鋼軸的連接方法。本發(fā)明解決了Ni基合金增壓渦輪使用中存在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止響應(yīng)性差問(wèn)題及TiAl基合金渦輪與鋼軸采用擴(kuò)散連接，存在接頭質(zhì)量難以保證問(wèn)題；采用摩擦焊接存在接頭易開(kāi)裂問(wèn)題；采用普通釬焊，存在接頭強(qiáng)度低問(wèn)題。它由以下步驟完成a.在TiAl基合金增壓渦輪連接軸1上加工外螺紋1－1，在鋼軸2上加工內(nèi)螺紋套2－1和軸向工藝通孔2－2；b.在內(nèi)螺紋套2－1的內(nèi)壁上涂覆AgCuNiLi釬料膏3；c.將TiAl基合金增壓渦輪4與鋼軸2裝配在一起；d.將裝配好后的工件釬焊。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強(qiáng)度連接。
文檔編號(hào)B23K1/00GK1748931SQ20051001040
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者馮吉才, 何鵬, 李玉龍, 張九海 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)