CN108842082A - 用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe‑Ni基铸造高温合金，所述纳米TiC颗粒增韧Fe‑Ni基铸造高温合金的化学组成及其质量百分比为：C：≤0.10％；Cr：11.00～16.00％；Ni：34.00～45.00％；W：4.00～8.00％；Al：1.80～2.40％；Ti：3.00～5.00％；TiC：0.01～0.30％；余量为Fe。本发明所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe‑Ni基铸造高温合金，其内生添加了纳米TiC颗粒变质剂来增韧Fe‑Ni基高温合金。本发明还提供一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe‑Ni基铸造高温合金的制备方法，在Fe‑Ni基高温合金熔体中添加纳米TiC铁基中间合金，得到内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe‑Ni基高温合金，在保证Fe‑Ni基高温合金的强度前提下，提高其塑性韧性。

Description

用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高 温合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温合金的制备领域，更具体的是，本发明涉及一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金及其制备方法。

背景技术

车用涡轮增压技术利用发动机排出的废气驱动涡轮，再由涡轮带动离心式压力机从而实现增压。车用涡轮增压器一般工作温度为650℃-950℃，高压比达到3.3MPa，最高转速已达300000r/min。在这种高速高温高压下，涡轮增压器部件承受离心力、气动压力、腐蚀、氧化、共振等一系列作用，特别容易产生裂纹导致断裂，所以为了高温合金的安全可靠，合金必须具备一系列优异的性能，包括强度、蠕变强度、持久强度、抗机械疲劳、热疲劳，以及良好的抗氧化和热腐蚀性能。

涡轮增压器常用材料为Fe基合金、Ni基高温合金、TiAl合金和耐热陶瓷材料，尽管TiAl合金和耐热陶瓷材料密度低，但其成本高并且形状不能得到充分优化，因此应用收受到限制。目前研究应用较多的Fe基合金有12YWT、 14YWT、MA956、MA957等型号的耐热钢，它们的室温强度很高，当温度超过600℃时，强度大幅下降，在800℃时抗拉强度已不足200MPa，所以Fe 基合金的使用温度范围为500-700℃，不适合在高温的车用涡轮增压器上应用。Ni基高温合金广泛应用于涡轮增压器，其中美国Inconel 713C Ni基高温合金具有优良的高温性能而受到广泛使用。但是进口Ni基高温合金严重制约了我国自主知识产权涡轮增压器的发展，又由于Ni的价格昂贵(Inconel 713C Ni基高温合金的含Ni量为75％)因此研发国产性能优良的高温合金迫在眉睫。用Fe代替镍基合金中的部分Ni，既能保证其优异的力学性能，又能降低其成本，所以Fe-Ni基高温合金受到大量关注。

Zhong等人(Microstructural stability and mechanical properties of anewly developed Ni-Fe-base superalloy[J].Materials Science & Engineering A,2015, 622:101-107.)开发了一种新型Fe-Ni基高温合金 (30Fe-17.5Cr-1.8Ti-1.6Al-1.2Nb-0.8Mo-0.02Zr-余Ni)，在800℃时其屈服强度接近700MPa，延伸率为6.8％。我们知道，强度设计是材料设计的一个重要部分，但韧性设计同样关键。Fe-Ni基合金具有较高的强度，但其塑性韧性较低，导致该高温合金制造的车用涡轮增压器涡轮在服役条件下易发生断裂现象，使用寿命较短。此外，涡轮叶轮形状复杂，组织结构和完整性要求高，因此多通过精密制坯技术、特种加工技术以及数控加工技术等整体制造技术制造整体叶轮。由于Fe-Ni基高温合金塑性较差，所以其加工性差，在高的加工温度下，易损坏刀具和降低加工表面质量和精度等。因此提高Fe-Ni基高温合金的塑性易尤为关键。

中国专利CN107805770A提供了一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺，用于提高Fe-Ni基高温合金的塑性，其合金组成为Fe 20-25％，Cr 14-18％，Al 1.5-2.0％，Ti1.5-2.5％，Nb 0.5-2.0％，Mo 0.3-2.0％，W 0.5-2.0％， Ni余量。结果显示，与未经热处理合金相比，过时效热处理后的合金塑性提高50％，但强度降低20％。

因此，在保证Fe-Ni基高温合金的强度前提下，提高其塑性韧性，使高温合金具有良好的综合力学性能，这对Fe-Ni基高温合金在涡轮增压器中的应用发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种用于制造车用涡轮增压器的纳米 TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金，其通过内生添加了纳米TiC颗粒变质剂，以及合金中各组分的百分含量的优化，在保证Fe-Ni基高温合金的强度前提下，提高其塑性韧性。

本发明的另一个目的是设计开发了一种用于制造车用涡轮增压器的纳米 TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，在Fe-Ni基高温合金熔体中添加纳米TiC铁基中间合金，并优化合金中各组分的百分含量，得到内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe-Ni基高温合金，在保证Fe-Ni基高温合金的强度前提下，提高其塑性韧性。

本发明提供的技术方案为：

一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金，所述纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的化学组成及其质量百分比为：C：≤0.10％；Cr：11.00～16.00％；Ni：34.00～45.00％；W：4.00～8.00％； Al：1.80～2.40％；Ti：3.00～5.00％；TiC：0.01～0.30％；余量为Fe。

优选的是，所述纳米TiC颗粒的直径为70～80nm。

一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照质量百分比称取11.00～16.00％的铬，34.00～45.00％的镍， 4.00～8.00％的钨，1.80～2.40％的铝，3.00～5.00％的钛和余量的Fe，在真空环境下加热到1400～1500℃，熔炼30～50min得到熔融合金；

步骤2：向所述熔融合金中加入纳米TiC铁基中间合金，保温10～30min 后浇注成合金铸坯，得到纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金；

其中，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为20～40％，并且通过控制所述纳米TiC铁基中间合金质量使所述纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni 基铸造高温合金中纳米TiC的质量分数为0.01～0.30％。

优选的是，所述纳米TiC铁基中间合金的制备包括如下步骤：

步骤1：按比例称取石墨片、钛粉和铁粉并球磨混合48h；

其中，所述石墨片和钛粉的摩尔比为1:1且所述石墨片和钛粉的总质量百分比为20～40％；

步骤2：将石墨片、钛粉和铁粉的混合合金粉末制成圆柱压块，并置于石墨模具中，在真空环境下加热到950～1000℃，保温10min后冷却至室温，得到纳米TiC铁基中间合金。

优选的是，还包括：对纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金进行固溶热处理，将其加热到1200℃，保温5h后，空冷至室温。

优选的是，还包括：对固溶后的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金进行时效热处理，将其加热到700℃，保温7h后，空冷至室温。

优选的是，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC颗粒的直径为 70～80nm。

优选的是，所述圆柱压块在真空环境下以30℃/min的加热速度加热到 950～1000℃。

优选的是，所述石墨片、钛粉和铁粉混合前，将石墨片球磨预混30min。

优选的是，所述石墨片的粒径为20～30μm、厚度为10～20片层。

优选的是，所述圆柱压块的直径为25mm，高度为30mm。

本发明所述的有益效果：

(1)本发明所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni 基铸造高温合金，其内生添加了纳米TiC颗粒变质剂来增韧Fe-Ni基高温合金。

(2)本发明所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni 基铸造高温合金的制备方法，在Fe-Ni基高温合金熔体中添加纳米TiC铁基中间合金，得到内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe-Ni基高温合金，在保证Fe-Ni基高温合金的强度前提下，提高其塑性韧性。

(3)加入纳米TiC陶瓷颗粒的铸态Fe-Ni基高温合金，其室温伸长率从对比例的3.4％提高到4.0-4.8％，室温塑性相对提高17％～41％，室温强度提高 5％～8％。高温伸长率从对比例的12.6％提高到14.9-19.0％，高温塑性相对提高10％～51％，高温强度略有提高。

(4)加入纳米TiC颗粒的Fe-Ni基高温合金并经热处理后，其室温伸长率从对比例的2.9％提高到8.5-10.0％，室温塑性相对提高93％～240％，室温强度略有下降。高温伸长率从对比例的7.2％提高到16.7-19.0％，高温塑性相对提高90％～160％，高温强度提高5％～9％。

附图说明

图1为本发明所述对比例即没有进行纳米TiC颗粒增韧的Fe-Ni基高温合金的铸态金相组织图。

图2为本发明实施例1所述纳米TiC颗粒增韧的Fe-Ni基高温合金的铸态金相组织图。

图3为本发明实施例2所述纳米TiC颗粒增韧的Fe-Ni基高温合金的铸态金相组织图。

图4为本发明实施例3所述纳米TiC颗粒增韧的Fe-Ni基高温合金的铸态金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金，所述纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的化学组成及其质量百分比为：C：≤0.10％；Cr：11.00～16.00％；Ni：34.00～45.00％；W： 4.00～8.00％；Al：1.80～2.40％；Ti：3.00～5.00％；TiC：0.01～0.30％；余量为 Fe。所述TiC的直径为70～80nm。

本发明所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金，其内生添加了纳米TiC颗粒变质剂来增韧Fe-Ni基高温合金。

本发明还提供一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni 基铸造高温合金的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：使用粒径20-30微米、厚度约10～20片层的石墨微片作为碳源，在球磨机上以200转/分钟的速度预混30分钟。

步骤2：按比例称取石墨微片、Ti粉和Fe粉，其中石墨微片和Ti粉的摩尔比为1:1，石墨微片和Ti粉的总质量百分比为20～40％。

步骤3：将称取好石墨微片、Ti粉和Fe粉的混合合金粉末放入球磨机中，以50转/分钟的速度混合48h。

步骤4：将一定质量的球磨好的混合合金粉末置于铝箔中，压制成直径 25mm，高30mm的圆柱压块。

步骤5：将圆柱压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空环境加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到950～1000℃，保温10min后随炉冷却至室温，得到纳米TiC铁基中间合金，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC 的质量分数为20～40％，TiC陶瓷颗粒的直径为70～80nm。

步骤6：按组分质量百分比称取原料，将11.00～16.00％的Cr、34.00～45.00％的Ni、4.00～8.00％的W、1.80～2.40％的Al、3.00～5.00％的Ti和余量的Fe置于真空感应炉中，加热到1400～1500℃进行真空熔炼30～50分钟得到熔融合金。

步骤7：从真空感应熔炼炉上方加料漏斗处加入一定质量的纳米TiC铁基中间合金(所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为20～40％)，使纳米尺寸TiC陶瓷颗粒变质剂加入量为总合金质量百分数的0.01～0.30，保温10～30分钟后熔体浇注成合金铸坯，得到了内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe-Ni基高温合金。

步骤8：对纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金进行固溶热处理，将其放入热处理炉中，加热到1200℃，保温5个小时后，空冷至室温。

步骤9：对固溶热处理后的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金进行时效热处理，将其放入热处理炉中，加热到700℃，保温7个小时后，空冷至室温。

对比例1

一种用于制造车用涡轮增压器的Fe-Ni基高温合金(没有添加纳米TiC 颗粒增韧)，其主要化学成分按质量百分比：C:0.021％；Cr:12.73％；Ni:44.31％； W:7.32％；Al:2.19％；Ti:4.90％；Fe:余％；B:0.14％；Si:0.31％；Mn:0.24％； S:0.010％；P:0.012％。

其制备方法包括如下步骤：

步骤1：按组分质量百分比称取原料，将12.73％的Cr、44.31％的Ni、7.32％的W、2.19％的Al、4.90％的Ti和余量的Fe置于真空感应炉中，加热到1500℃进行真空熔炼30分钟，熔体浇注成合金铸坯。

步骤2:取一部分铸态高温合金进行固溶热处理，将其放入热处理炉中，加热到1200℃，保温5个小时后，空冷至室温。

步骤3:取固溶后的铸态高温合金进行时效热处理，将其放入热处理炉中，加热到700℃，保温7个小时后，空冷至室温。

对铸态高温合金和热处理后的高温合金进行力学性能测试：没有加入纳米TiC颗粒增韧的Fe-Ni基高温合金，铸态时的室温抗拉强度为962.1MPa，延伸率为3.4％；而热处理后后的室温抗拉强度为1204.7MPa，延伸率为2.9％。高温时(900℃)，铸态时的抗拉强度为421.0MPa，延伸率为19.0％；而热处理后的室温抗拉强度为496.8MPa，延伸率为7.2％。其铸态金相组织如图1 所示。

实施例1

一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基高温合金，其主要化学成分按质量百分比：C:0.037％；Cr:11.69％；Ni:42.98％；W:7.03％； Al:1.92％；Ti:4.36％；Fe:余；B:0.12％；Si:0.29％；Mn:0.18％；S:0.009％；P:0.011％；纳米尺寸TiC颗粒含量：0.01％。

其制备方法包括以下步骤：

步骤1：使用粒径20-30微米、厚度约10-20片层的石墨微片作为碳源，在球磨机上以200转/分钟的速度预混30分钟。

步骤2：按比例称取石墨微片、Ti粉和Fe粉，其中石墨微片和Ti粉的摩尔比为1:1，石墨微片和Ti粉的总质量百分比为30％。

步骤3：将称取好的合金粉末放入球磨机中，以50转/分钟的速度混合 48h。

步骤4：将一定质量的混合合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高 30mm的圆柱压块。

步骤5：将圆柱压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空环境加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到980℃，保温10min后随炉冷却至室温，得到纳米TiC铁基中间合金，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％，TiC陶瓷颗粒的直径为70～80nm。

步骤6：按组分质量百分比称取原料，将11.69％的Cr、42.98％的Ni、7.03％的W、1.92％的Al、4.36％的Ti和余量的Fe置于真空感应炉中，加热到1500℃进行真空熔炼30分钟得到熔融合金。

步骤7：从真空感应熔炼炉上方加料漏斗处加入一定质量的纳米TiC铁基中间合金(所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％)，使纳米尺寸TiC陶瓷颗粒变质剂加入量为总合金质量的0.01％，保温20分钟后熔体浇注成合金铸坯，得到了内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe-Ni基高温合金。

步骤8：取一部分铸态高温合金进行固溶热处理，将其放入热处理炉中，加热到1200℃，保温5个小时后，空冷至室温。

步骤9：取固溶后的铸态高温合金进行时效热处理，将其放入热处理炉中，加热到700℃，保温7个小时后，空冷至室温。

对铸态高温合金和热处理后的高温合金进行力学性能测试：加入质量百分数为0.01％的纳米TiC颗粒的Fe-Ni基高温合金，铸态高温合金的室温强度和塑性同时小幅提高；高温强度略有提高，高温塑性大幅提高，在900℃时延伸率达到19.0％，对比对比例1(没有进行纳米TiC颗粒增韧的Fe-Ni基高温合金)的12.6％提高了51％。热处理后的高温合金的室温强度基本相当的情况下，室温塑性大幅提高，室温延伸率达到10.0％，对比对比例1的2.9％提高了240％；高温强度小幅提高，高温塑性大幅提高，在900℃时延伸率达到19.0％，对比对比例1的7.2％提高了160％。其铸态金相组织如图2所示。

实施例2

一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基高温合金，其主要化学成分按质量百分比：C:0.043％；Cr:12.07％；Ni:44.59％；W:6.76％； Al:2.32％；Ti:4.63％；Fe:余；B:0.10％；Si:0.25％；Mn:0.19％；S:0.008％； P:0.014％；纳米尺寸TiC颗粒含量：0.08％。

其制备方法包括以下步骤：

步骤1：使用粒径20-30微米、厚度约10-20片层的石墨微片作为碳源，在球磨机上以200转/分钟的速度预混30分钟。

步骤2：按比例称取石墨微片、Ti粉和Fe粉，其中石墨微片和Ti粉的摩尔比为1:1，石墨微片和Ti粉的总质量百分比为30％。

步骤3：将称取好的合金粉末放入球磨机中，以50转/分钟的速度混合 48h。

步骤4：将一定质量的混合合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高 30mm的圆柱压块。

步骤5：将圆柱压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空环境加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到980℃，保温10min后随炉冷却至室温，得到纳米TiC铁基中间合金，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％，TiC陶瓷颗粒的直径为70～80nm。

步骤6：按组分质量百分比称取原料，将12.07％的Cr、44.59％的Ni、6.76％的W、2.32％的Al、4.63％的Ti和余量的Fe置于真空感应炉中，加热到1500℃进行真空熔炼30分钟。

步骤7：从真空感应熔炼炉上方加料漏斗处加入一定质量的纳米TiC铁基中间合金(所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％)，使纳米尺寸TiC陶瓷颗粒变质剂加入量为总合金质量的0.08％，保温20分钟后熔体浇注成合金铸坯，得到了内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe-Ni基高温合金。

步骤8：取一部分铸态高温合金进行固溶热处理，将其放入热处理炉中，加热到1200℃，保温5个小时后，空冷至室温。

步骤9：取固溶后的铸态高温合金进行时效热处理，将其放入热处理炉中，加热到700℃，保温7个小时后，空冷至室温。

对铸态高温合金和固溶并时效热处理后的高温合金进行力学性能测试：加入质量百分数为0.08％的纳米TiC颗粒的Fe-Ni基高温合金，铸态合金室温强度和塑性同时小幅提高；900℃强度小幅提高，塑性明显提高，高温延伸率达到15.5％，对比对比例1(没有进行纳米TiC颗粒增韧的Fe-Ni基高温合金) 的12.6％提高了23％。热处理后的高温合金的室温强度基本相当的情况下，室温塑性大幅提高，室温延伸率达到7.5％，对比对比例1的2.9％提高了159％； 900℃强度小幅提高，塑性大幅提高，高温延伸率达到17.4％，对比对比例1 的7.2％提高了142％。其铸态金相组织如图3所示。

实施例3

一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基高温合金，其主要化学成分按质量百分比：C:0.021％；Cr:12.73％；Ni:44.31％；W:7.32％； Al:2.19％；Ti:4.90％；Fe:余；B:0.14％；Si:0.31％；Mn:0.24％；S:0.010％； P:0.012％；纳米尺寸TiC颗粒含量：0.30％。

其制备方法包括以下步骤：

步骤1：使用粒径20-30微米、厚度约10-20片层的石墨微片作为碳源，在球磨机上以200转/分钟的速度预混30分钟。

步骤2：按比例称取石墨微片、Ti粉和Fe粉，其中石墨微片和Ti粉的摩尔比为1:1，石墨微片和Ti粉的总质量百分比为30％。

步骤3：将称取好的合金粉末放入球磨机中，以50转/分钟的速度混合 48h。

步骤4：将一定质量的混合合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高 30mm的圆柱压块。

步骤5：将圆柱压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空环境加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到980℃，保温10min后随炉冷却至室温，得到纳米TiC铁基中间合金，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％，TiC陶瓷颗粒的直径为70～80nm。

步骤6：按组分质量百分比称取原料，将12.73％的Cr、44.31％的Ni、7.32％的W、2.19％的Al、4.90％的Ti和余量的Fe置于真空感应炉中，加热到1500℃进行真空熔炼30分钟。

步骤7：从真空感应熔炼炉上方加料漏斗处加入一定质量的纳米TiC铁基中间合金(所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％)，使纳米尺寸TiC陶瓷颗粒变质剂加入量为总合金质量的0.30％，保温20分钟后熔体浇注成合金铸坯，得到了内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe-Ni基高温合金。

步骤8：取一部分铸态高温合金进行固溶热处理，将其放入热处理炉中，加热到1200℃，保温5个小时后，空冷至室温。

步骤9：取固溶后的铸态高温合金进行时效热处理，将其放入热处理炉中，加热到700℃，保温7个小时后，空冷至室温。

对铸态高温合金和固溶并时效热处理后的高温合金进行力学性能测试：加入质量百分数为0.30％的纳米TiC颗粒的Fe-Ni基高温合金，铸态合金室温强度和塑性同时小幅提高；900℃强度提高，塑性提高，高温延伸率为14.9％。热处理后的高温合金的室温在强度基本相当的情况下，室温塑性大幅提高，室温延伸率达到5.6％，对比对比例1的2.9％提高了93％；900℃强度小幅提高，塑性大幅提高，高温延伸率达到13.7％，对比对比例1的7.2％提高了90％。其铸态金相组织如图4所示。

对比例2

一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒变质Fe-Ni基高温合金，其主要化学成分按质量百分比：C:0.028％；Cr:13.55％；Ni:42.40％；W:7.56％； Al:2.38％；Ti:4.61％；Fe:余；B:0.10％；Si:0.27％；Mn:0.21％；S:0.011％； P:0.013％；纳米尺寸TiC颗粒含量：0.40％。

其制备方法包括以下步骤：

步骤1：使用粒径20-30微米、厚度约10-20片层的石墨微片作为碳源，在球磨机上以200转/分钟的速度预混30分钟。

步骤2：按比例称取石墨微片、Ti粉和Fe粉，其中石墨微片和Ti粉的摩尔比为1:1，石墨微片和Ti粉的总质量百分比为30％。

步骤3：将称取好的合金粉末放入球磨机中，以50转/分钟的速度混合 48h。

步骤4：将一定质量的混合合金粉末置于铝箔中，压制成直径25mm，高 30mm的圆柱压块。

步骤5：将圆柱压块放入石墨模具中，并将石墨模具置于真空环境加热炉中，以30℃/min的加热速度加热到980℃，保温10min后随炉冷却至室温，得到纳米TiC铁基中间合金，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％，TiC陶瓷颗粒的直径为70～80nm。

步骤6：按组分质量百分比称取原料，将13.55％的Cr、42.40％的Ni、7.56％的W、2.38％的Al、4.61％的Ti和余量的Fe置于真空感应炉中，加热到1500℃进行真空熔炼30分钟。

步骤7：从真空感应熔炼炉上方加料漏斗处加入一定质量的纳米TiC铁基中间合金(所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为30％)，使纳米尺寸TiC陶瓷颗粒变质剂加入量为总合金质量的0.40％，保温20分钟后熔体浇注成合金铸坯，得到了内生纳米TiC陶瓷颗粒变质Fe-Ni基高温合金。

步骤8：取一部分铸态高温合金进行固溶热处理，将其放入热处理炉中，加热到1200℃，保温5个小时后，空冷至室温。

步骤9：取固溶后的铸态高温合金进行时效热处理，将其放入热处理炉中，加热到700℃，保温7个小时后，空冷至室温。

对铸态高温合金和热处理后的高温合金进行力学性能测试：加入质量百分数为0.40％的纳米TiC颗粒的Fe-Ni基高温合金，铸态合金室温强度小幅提高，塑性略降低；900℃强度提高，塑性大幅降低，高温延伸率仅为6.1％，对比对比例1的12.6％降低了52％。热处理后的高温合金的室温强度基本相当，室温塑性基本不变；900℃强度小幅提高，塑性大幅降低，高温延伸率仅为4.1％，对比对比例1的7.2％降低了43％。

实施例1-3与对比例1-2的力学性能数据如表1所示。

表1 实施例1-3与对比例1-2的力学性能数据

由表可知，纳米碳化钛颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金与未加纳米碳化钛颗粒的Fe-Ni基高温合金相比，加入质量百分数为0.01～0.30％的纳米TiC 陶瓷颗粒的铸态Fe-Ni基高温合金，其室温伸长率从对比例的3.4％提高到 4.0-4.8％，室温塑性相对提高17％～41％，室温强度提高5％～8％。高温伸长率从对比例的12.6％提高到14.9-19.0％，高温塑性相对提高10％～51％，高温强度略有提高。加入0.01～0.30％质量百分数的纳米TiC颗粒的Fe-Ni基高温合金并经热处理后，其室温伸长率从对比例的2.9％提高到8.5-10.0％，室温塑性相对提高93％～240％，室温强度基本保持不变。高温伸长率从对比例的7.2％提高到16.7-19.0％，高温塑性相对提高90％～160％，高温强度提高5％～9％。能够在保证Fe-Ni基高温合金的强度前提下，提高其塑性韧性。而当纳米TiC 颗粒加入量为0.40％时，变质后的Fe-Ni基高温合金塑性大幅度降低。

本发明所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，在Fe-Ni基高温合金熔体中添加纳米TiC铁基中间合金，得到内生纳米TiC陶瓷颗粒变质剂增韧Fe-Ni基高温合金，在保证Fe-Ni 基高温合金的强度前提下，大幅提高其塑性韧性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金，其特征在于，所述纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的化学组成及其质量百分比为：C：≤0.10％；Cr：11.00～16.00％；Ni：34.00～45.00％；W：4.00～8.00％；Al：1.80～2.40％；Ti：3.00～5.00％；TiC：0.01～0.30％；余量为Fe。

2.如权利要求1所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金，其特征在于，所述纳米TiC颗粒的直径为70～80nm。

3.一种用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：按照质量百分比称取11.00～16.00％的铬，34.00～45.00％的镍，4.00～8.00％的钨，1.80～2.40％的铝，3.00～5.00％的钛和余量的Fe，在真空环境下加热到1400～1500℃，熔炼30～50min得到熔融合金；

步骤2：向所述熔融合金中加入纳米TiC铁基中间合金，保温10～30min后浇注成合金铸坯，得到纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金；

其中，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC的质量分数为20～40％，并且通过控制所述纳米TiC铁基中间合金质量使所述纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金中纳米TiC的质量分数为0.01～0.30％。

4.如权利要求3所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，所述纳米TiC铁基中间合金的制备包括如下步骤：

步骤1：按比例称取石墨片、钛粉和铁粉并球磨混合48h；

其中，所述石墨片和钛粉的摩尔比为1:1且所述石墨片和钛粉的总质量百分比为20～40％；

步骤2：将石墨片、钛粉和铁粉的混合合金粉末制成圆柱压块，并置于石墨模具中，在真空环境下加热到950～1000℃，保温10min后冷却至室温，得到纳米TiC铁基中间合金。

5.如权利要求4所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，还包括：对纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金进行固溶热处理，将其加热到1200℃，保温5h后，空冷至室温。

6.如权利要求5所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，还包括：对固溶热处理后的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金进行时效热处理，将其加热到700℃，保温7h后，空冷至室温。

7.如权利要求6所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，所述纳米TiC铁基中间合金中纳米TiC颗粒的直径为70～80nm。

8.如权利要求7所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，所述圆柱压块在真空环境下以30℃/min的加热速度加热到950～1000℃。

9.如权利要求8所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，所述石墨片、钛粉和铁粉混合前，将石墨片球磨预混30min。

10.如权利要求9所述的用于制造车用涡轮增压器的纳米TiC颗粒增韧Fe-Ni基铸造高温合金的制备方法，其特征在于，所述石墨片的粒径为20～30μm、厚度为10～20片层。