成果简介：采用注射成形工艺实现复杂形状增压涡轮的近终成形，并满足高性能和低成本的要求。根据注射成形涡轮对零件壁厚的要求，选择 ø52mm 涡轮作为研制对象，并完成了中空蜗轮的结构设计及可靠性校验，中空孔径确定为 ø5mm，孔深 25mm。对比分析实芯涡轮和中空涡轮的离心应力分布可知，采用中空结构的涡轮，其应力分布较原始涡轮应力分布一致，但涡轮离心应力有所增大，中空结构涡轮的最大离心应力为 626MPa，较原始涡轮增加了 20.4%。涡轮采用中空设计后，自振频率变化很小，频率平均变小 0.167%，可近似认为没有变化。中空结构增压涡轮不仅达到了减轻重量的目的，而且大幅度减小了烧结变形。设计了侧向抽芯模具结构，实现了复杂形状增压涡轮的近终成形。采用数值模拟方法对注射成形充模过程进行了模拟，得出了喂料的充模过程，并阐明了涡轮在注射成形过程中产生的缺陷与机理。优化了注射成形工艺参数，得出最佳的注射成形工艺参数为：注射温度为 160℃，注射压力为 60MPa，模温为 80℃，最终制备出了无缺陷的注射成形坯。以平均粒度 15μm 的惰性气体雾化的 K418 镍基高温合金为原料，选用 67%装载量，将粉末与粘结剂（60%石蜡+15%高密度聚乙烯+15%聚丙烯+10%硬脂酸）于 140℃在开放式混炼机中混炼 30min，制备出适合镍基高温合金粉末注射成形的高效粘结剂，制备出了流变性能良好的注射喂料。分析了脱脂方法、脱脂制度和脱脂温度对致密度和最终高温合金性能的影响，掌握了碳、氧含量的精确控制技术。通过烧结+热等静压工艺获得高致密度的粉末高温合金，具有晶粒细小、显微组织均匀、综合力学性能优异等优点。MIM418 合金 1230℃真空烧结相对密度为 97%，热等静压后的样品接近全致密。经过 1200℃固溶/空冷、750℃时效，MIM418 抗拉强度达到 1425MPa，屈服强度为1004MPa，延伸率达到19.4%，与铸造合金性能相比分别提高了70%，30%，120%。制备出满足涡轮使用性能测试要求的涡轮，涡轮尺寸与内部质量良好，达到装机测试要求。涡轮样品在无锡威孚英特迈涡轮增压器公司进行了台架实验，钢轴焊接后接头抗拉破断力达到 18吨，远高于铸造涡轮与钢轴的焊接强度。转速相同时，粉末注射成形涡轮部件测频一致性和气动性能涡端一致性均优于铸造性能，超速飞裂试验停止在 225000转/分与 225000 转/分，增压器拆检的结果可知，超速飞裂试验涡轮表现良好，两套增压器的失效皆由涡轮轴断裂造成。粉末注射成形涡轮样件测频一致性优于铸造涡轮，粉末注射成形涡轮与钢轴联结强度也明显高于铸造涡轮。粉末注射成形MIM418 涡轮在超速飞裂试验中表现不俗，在钢轴断裂 21.5/22.5 万转的状态下，涡轮仍保持完好。粉末注射成形涡轮的涡端试验表明，涡轮部件涡端性能一致性较好，3 组样品涡端的效率曲线基本重合，均在±0.5%的偏差内。 市场分析:注射成形增压涡轮的研发成功将解决复杂形状涡轮的近终注射成形、新型粘结剂设计、高效脱脂、致密度控制、尺寸精确控制和表面强化工艺等粉末高温合金注射成形的关键问题，提升我国车用增压涡轮的制造水平，打破国外在该领域的技术垄断，为涡轮增压技术在我国的推广应用和节能减排目标的实现奠定基础。 成果亮点：1、具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利 10 项，申请 15 项。