本发明属于涡轮增压器技术领域，更具体地说，它涉及一种小排量涡轮增压器叶轮及其生产工。
背景技术：
涡轮增压器实际上可以看做是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。
涡轮增压器压器的叶轮属于离心式叶轮，离心式叶轮转速通常很高，高速转子的选材尽量选密度小的轻型材料，同时还要满足材料的刚性较好。目前作为增压装置的叶轮材料最常用的有铸铝、不锈钢和钛合金。
离心式叶轮选材的决定性因素比较多。叶轮直径、转速、叶片表面曲面方向都是选材的依据。同时还要经过大量的计算，才能确定合适的材料强度范围。选材时不能一味的只追求用最高强度的材料，还需要从经济性上考虑，因此一种高强度、低成本及力学性能优异的叶轮材料，是当前市场的研究一个热点。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明目的是在于提供一种小排量涡轮增压器叶轮及其生产工艺，通过优化叶轮材料的组分结构，改进叶轮材料生产工艺，进而提升叶轮材料的机械性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种小排量涡轮增压器叶轮，所述叶轮的材料，采用铬镍铁合金，所述铬镍铁合金，包括以下质量百分比的组分：cu：5.5-6.0％；zr：0.05-0.2％；mn：0.2-0.4％；v：0.05-0.10％；fe：10.0-15.0％；cd：0.15-0.25％；w：0.15-0.25％；p：0.05-0.1％，si：0.05-0.2％；ti：0.05-0.1％；cr：13.0-16.0％；sc：0.15-0.25％；mg：0.15-0.25％，al：0.5-1.0％，其余为ni。
优选的，所述磷的质量百分比为：0.08％。
优选的，所述钨的质量百分比为：0.2％。
优选的，所述钛的质量百分比为：0.07％。
优选的，所述钪的质量百分比为：0.2％。
一种所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，包括以下步骤：原料验收、蜡模制作、组焊、制壳、焙烧、浇注、振壳和抛丸、第一次喷砂、切割、第二次喷砂、初检、磨加工、第三次喷砂、荧光探伤、终检；所述焙烧，将闭式叶轮模壳放入焙烧炉内在1000-1050℃焙烧1-1.5h；所述浇注，将进行冶炼熔融后的铬镍铁合金，注入经过焙烧后的闭式叶轮模壳中，冷却后得到闭式叶轮铸件粗品。
优选的，所述第一次喷砂为使用喷砂机将石英砂喷射到叶轮压铸件粗粗品表面；所述的第二次喷砂为使用喷砂机将铁砂喷射到叶轮压铸件粗品表面；所述的第三次喷砂为使用喷砂机将金刚砂喷射叶轮压铸件粗品表面。
优选的，所述铬镍铁合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、备料，按照铬镍铁合金中各个组分的重量百分比准备原材料；
步骤2、熔解，将fe、cr、ni倒入熔炼炉中升温熔解，温度为1550-1600℃，充分形成熔液后，接着将熔液转入到真空感应炉中，依次加入cu、si、mn、mg，待完全充分熔解后均匀搅拌10min，搅拌过程中温度保持不变；
步骤3、第一次除渣除气，将炉温控制在至1350-1380℃，利用精炼机将除气剂a与液氮均匀排进真空感应炉中，保持15-20min后扒去浮渣；
步骤4、静置：将精炼后的铬镍铁合金熔液静置，待铬镍铁合金熔液温度降至1250℃；
步骤5、第一次精炼，将真空感应炉中温度升温至1450-1500℃，加入zr、v、cd、al，待完全充分熔解后均匀搅拌30-40min；
步骤6、第二次除渣除气，将真空感应炉温控制至1250-1300℃，利用精炼机将除气剂b与液氮均匀排进真空感应炉中，保持15-20min后扒去浮渣；
步骤7、第二次精炼，将真空感应炉中温度升温至1500-1550℃，加入w、ti、sc，待完全充分熔解后均匀搅拌20-25min；
步骤8、第三次除渣除气，将炉温控制至1300-1350℃，利用精炼机将液氮均匀排进真空感应炉中，保持15-20min后扒去浮渣；
步骤9、细化处理，将炉温控制至1600-1630℃，加入p，将液氮均匀排进真空感应炉中，保温20-30min，得到冶炼熔融后的铬镍铁合金。
更优选的，所述步骤3中的除气剂a为caco3。
更能优选的，所述步骤6中的除气剂b为cl2。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明所述的小排量涡轮增压器叶轮，通过采具有优异的耐腐蚀性能，强度和韧性也保持在较高水平，耐高温冲击的铬镍铁合金为材料，可以增加叶轮的寿命，从而降低增压器的维修率，同时在叶轮压铸件粗品表面进行三次喷砂，提高了叶轮工件的抗疲劳性、耐高温冲击性、耐腐蚀性。
2、从实施例可以看出，本发明生产出的铬镍铁合金，抗拉强度679-712mpa、屈服强度509-531mpa、延伸率22-24％、硬度560-580hv，各方面机械性能和钛合金相差不大，而且在延伸率方面表现更好，远优于市售常见铬镍铁合金的机械性能。
本发明中，加入的部分合金组分，对合金性能改进原理，进行如下阐述：
ti，钛元素在铬镍铁合金铸造过程中优先与ni反应，形成ni-ti晶粒细化剂，可使ni晶粒从粗大的树枝状转变为细小均匀的等轴晶，提高铬镍铁合金的强度和塑性；
w，铬镍铁合金中添加适量的钨，可以改善合金的抗氧化性能；
v，钒元素应用在铬镍铁合金中提高了铬镍铁合金的硬度和抗震能力，同时能防止产生颗粒，因此本发明中选用v的含量为：0.05-0.10％；
zr，应用在铬镍铁合金中，提高了铬镍铁合金的耐热性、改进结晶粒微细化，防止热断裂；
sc，应用在铬镍铁合金中提高了合金的耐热性和耐腐蚀性；
p，在铬镍铁合金中加入一定的磷元素，有利于合金的加工性和硬度，在浓度过大时，会造成碎裂，因此本发明选用p的含量为：0.05-0.1％；
具体实施方式
下面将本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种小排量涡轮增压器叶轮，所述叶轮的材料，采用铬镍铁合金，所述铬镍铁合金，包括以下质量百分比的组分：cu：5.5％；zr：0.05％；mn：0.2％；v：0.05％；fe：10.0％；cd：0.15％；w：0.15％；p：0.05％，si：0.05％；ti：0.05％；cr：13.0％；sc：0.15％；mg：0.15％，al：0.5％，其余为ni。
所述铬镍铁合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、备料，按照铬镍铁合金中各个组分的重量百分比准备原材料；
步骤2、熔解，将fe、cr、ni倒入熔炼炉中升温熔解，温度为1550-1570℃，充分形成熔液后，接着将熔液转入到真空感应炉中，依次加入cu、si、mn、mg，待完全充分熔解后均匀搅拌10min，搅拌过程中温度保持不变；
步骤3、第一次除渣除气，将炉温控制在至1350-1370℃，利用精炼机将caco3与液氮均匀排进真空感应炉中，保持15min后扒去浮渣；
步骤4、静置：将精炼后的铬镍铁合金熔液静置，待铬镍铁合金熔液温度降至1250℃；
步骤5、第一次精炼，将真空感应炉中温度升温至1450-1470℃，加入zr、v、cd、al，待完全充分熔解后均匀搅拌30min；
步骤6、第二次除渣除气，将真空感应炉温控制至1250-1270℃，利用精炼机将除气剂cl2与液氮均匀排进真空感应炉中，保持15min后扒去浮渣；
步骤7、第二次精炼，将真空感应炉中温度升温至1500-1520℃，加入w、ti、sc，待完全充分熔解后均匀搅拌20min；
步骤8、第三次除渣除气，将炉温控制至1300-1320℃，利用精炼机将液氮均匀排进真空感应炉中，保持15min后扒去浮渣；
步骤9、细化处理，将炉温控制至1600-1610℃，加入p，将液氮均匀排进真空感应炉中，保温20min，得到冶炼熔融后的铬镍铁合金。
实施例2
一种小排量涡轮增压器叶轮，所述叶轮的材料，采用铬镍铁合金，所述铬镍铁合金，包括以下质量百分比的组分：cu：5.7％；zr：0.1％；mn：0.3％；v：0.08％；fe：13％；cd：0.2％；w：0.2％；p：0.08％，si：0.1％；ti：0.7％；cr：14％；sc：0.2％；mg：0.2％，al：0.8％，其余为ni。
所述铬镍铁合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、备料，按照铬镍铁合金中各个组分的重量百分比准备原材料；
步骤2、熔解，将fe、cr、ni倒入熔炼炉中升温熔解，温度为1570-1590℃，充分形成熔液后，接着将熔液转入到真空感应炉中，依次加入cu、si、mn、mg，待完全充分熔解后均匀搅拌10min，搅拌过程中温度保持不变；
步骤3、第一次除渣除气，将炉温控制在至1370-1380℃，利用精炼机将caco3与液氮均匀排进真空感应炉中，保持18min后扒去浮渣；
步骤4、静置：将精炼后的铬镍铁合金熔液静置，待铬镍铁合金熔液温度降至1250℃；
步骤5、第一次精炼，将真空感应炉中温度升温至1470-1490℃，加入zr、v、cd、al，待完全充分熔解后均匀搅拌35min；
步骤6、第二次除渣除气，将真空感应炉温控制至1270-1290℃，利用精炼机将除气剂cl2与液氮均匀排进真空感应炉中，保持18min后扒去浮渣；
步骤7、第二次精炼，将真空感应炉中温度升温至1520-1540℃，加入w、ti、sc，待完全充分熔解后均匀搅拌23min；
步骤8、第三次除渣除气，将炉温控制至1320-1340℃，利用精炼机将液氮均匀排进真空感应炉中，保持18min后扒去浮渣；
步骤9、细化处理，将炉温控制至1610-1620℃，加入p，将液氮均匀排进真空感应炉中，保温25min，得到冶炼熔融后的铬镍铁合金。
实施例3
一种小排量涡轮增压器叶轮，所述叶轮的材料，采用铬镍铁合金，所述铬镍铁合金，包括以下质量百分比的组分：cu：6.0％；zr：0.2％；mn：0.4％；v：0.10％；fe：15.0％；cd：0.25％；w：0.25％；p：0.1％，si：0.2％；ti：0.1％；cr：13.0-16.0％；sc：0.25％；mg：0.25％，al：1.0％，其余为ni。
所述铬镍铁合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、备料，按照铬镍铁合金中各个组分的重量百分比准备原材料；
步骤2、熔解，将fe、cr、ni倒入熔炼炉中升温熔解，温度为1580-1600℃，充分形成熔液后，接着将熔液转入到真空感应炉中，依次加入cu、si、mn、mg，待完全充分熔解后均匀搅拌10min，搅拌过程中温度保持不变；
步骤3、第一次除渣除气，将炉温控制在至1360-1380℃，利用精炼机将caco3与液氮均匀排进真空感应炉中，保持20min后扒去浮渣；
步骤4、静置：将精炼后的铬镍铁合金熔液静置，待铬镍铁合金熔液温度降至1250℃；
步骤5、第一次精炼，将真空感应炉中温度升温至1480-1500℃，加入zr、v、cd、al，待完全充分熔解后均匀搅拌40min；
步骤6、第二次除渣除气，将真空感应炉温控制至1280-1300℃，利用精炼机将除气剂cl2与液氮均匀排进真空感应炉中，保持20min后扒去浮渣；
步骤7、第二次精炼，将真空感应炉中温度升温至1530-1550℃，加入w、ti、sc，待完全充分熔解后均匀搅拌25min；
步骤8、第三次除渣除气，将炉温控制至1330-1350℃，利用精炼机将液氮均匀排进真空感应炉中，保持20min后扒去浮渣；
步骤9、细化处理，将炉温控制至1620-1630℃，加入p，将液氮均匀排进真空感应炉中，保温30min，得到冶炼熔融后的铬镍铁合金。
实施例4
一种小排量涡轮增压器叶轮，所述叶轮的材料，采用铬镍铁合金，所述铬镍铁合金，包括以下质量百分比的组分：cu：6.0％；zr：0.05％；mn：0.2％；v：0.10％；fe：10.0％；cd：0.25％；w：0.15％；p：0.05％，si：0.2％；ti：0.06％；cr：16.0％；sc：0.15％；mg：0.25％，al：0.5％，其余为ni。
所述铬镍铁合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、备料，按照铬镍铁合金中各个组分的重量百分比准备原材料；
步骤2、熔解，将fe、cr、ni倒入熔炼炉中升温熔解，温度为1590-1600℃，充分形成熔液后，接着将熔液转入到真空感应炉中，依次加入cu、si、mn、mg，待完全充分熔解后均匀搅拌10min，搅拌过程中温度保持不变；
步骤3、第一次除渣除气，将炉温控制在至1350-1360℃，利用精炼机将caco3与液氮均匀排进真空感应炉中，保持19min后扒去浮渣；
步骤4、静置：将精炼后的铬镍铁合金熔液静置，待铬镍铁合金熔液温度降至1250℃；
步骤5、第一次精炼，将真空感应炉中温度升温至1470-1490℃，加入zr、v、cd、al，待完全充分熔解后均匀搅拌31min；
步骤6、第二次除渣除气，将真空感应炉温控制至1280-1290℃，利用精炼机将除气剂cl2与液氮均匀排进真空感应炉中，保持19min后扒去浮渣；
步骤7、第二次精炼，将真空感应炉中温度升温至1510-1530℃，加入w、ti、sc，待完全充分熔解后均匀搅拌21min；
步骤8、第三次除渣除气，8将炉温控制至1330-1340℃，利用精炼机将液氮均匀排进真空感应炉中，保持15-20min后扒去浮渣；
步骤9、细化处理，将炉温控制至1605-1615℃，加入p，将液氮均匀排进真空感应炉中，保温22min，得到冶炼熔融后的铬镍铁合金。
对比例1
参照实施例2进行，组分一致；生产方法中的步骤s3-s9的操作，直接将全部合金组分一起加入到真空感应炉中，进行熔融处理，温度为1600-1650，时间为1-1.5h；
对比例2
市售铬镍铁合金；
对比例3
市售钛合金；
实施例5
采用实施例2制备出的冶炼熔融后的铬镍铁合金来生产叶轮；
一种所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，包括以下步骤：原料验收、蜡模制作、组焊、制壳、焙烧、浇注、振壳和抛丸、第一次喷砂、切割、第二次喷砂、初检、磨加工、第三次喷砂、荧光探伤、终检；所述焙烧，将闭式叶轮模壳放入焙烧炉内在1000-1050℃焙烧1.5h；所述浇注，将进行冶炼熔融后的铬镍铁合金，注入经过焙烧后的闭式叶轮模壳中浇注温度为1570-1590℃，浇筑速度为4s，冷却后得到闭式叶轮铸件粗品。
其中，所述第一次喷砂为使用喷砂机将石英砂喷射到叶轮压铸件粗粗品表面；所述的第二次喷砂为使用喷砂机将铁砂喷射到叶轮压铸件粗品表面；所述的第三次喷砂为使用喷砂机将金刚砂喷射叶轮压铸件粗品表面。
实施例6
采用对比例1制备出的冶炼熔融后的铬镍铁合金来生产叶轮；
一种所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，包括以下步骤：原料验收、蜡模制作、组焊、制壳、焙烧、浇注、振壳和抛丸、第一次喷砂、切割、初检、磨加工、荧光探伤、终检；所述焙烧，将闭式叶轮模壳放入焙烧炉内在1000-1050℃焙烧1.5h；所述浇注，将进行冶炼熔融后的铬镍铁合金，注入经过焙烧后的闭式叶轮模壳中浇注温度为1570-1590℃，浇筑速度为4s，冷却后得到闭式叶轮铸件粗品。
其中，所述第一次喷砂为使用喷砂机将石英砂喷射到叶轮压铸件粗粗品表面。
实施例7
采用对比例2的市售铬镍铁合金，进行熔融后，加入到浇注工艺中，其他操作过程按照实施例5来进行；
实施例8
采用对比例3的市售钛合金，进行熔融后，加入到浇注工艺中，其他操作过程按照实施例5来进行；
试验1材料的性能检测
(1)按照gb/t16865标准测试实施例1-4，对比例1-3所得的铬镍铁合金、铬镍铁合金、钛合金的强度和韧性，测试结果；(2)按is04628-1评级方法评定实施例1-4，对比例1-4所得铬镍铁合金、铬镍铁合金、钛合金进行测试，试验时箱温保持在35℃±2℃，盐水浓度为50g/l±10g/l，喷雾量为1-2ml/(80cm2·h)；(3)1150℃高温气流冲击(20h)下，实施例1-4，对比例1-4所得铬镍铁合金、市售铬镍铁合金、市售钛合金进行测试；上述检测结果汇总如下表1所示：
表1材料的性能检测结果
其中：实施例1-4，对比例1是直接制备得到熔融的铬镍铁合金，将熔融的铬镍铁合金，按照常规工艺压铸成合金，进行材料的性能测试。
(1)机械性能测试
从表1可以看出，本发明实施例1-4制备出的铬镍铁合金，抗拉强度679-712mpa、屈服强度509-531mpa、延伸率22-24％、硬度560-580hv，实施例1-4制备出的铬镍铁合金各方面机械性能和钛合金相差不大，而且在延伸率方面表现更好，远优于市售常见铬镍铁合金的机械性能；对比例1缺少了步骤3-9，造成了抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度不同程度的降低，影响了铬镍铁合金的性能。
(2)耐腐蚀性能测试
从表1可以看出，本发明实施例1-4制备出的铬镍铁合金，在耐腐蚀方面，腐蚀率为0.04-0.06mg/cm·d，优于钛合金对比例4的0.15mg/cm·d，同样表现也好于市售铬镍铁合金对比例3为0.55mg/cm·d；对比例1为0.65mg/cm·d，说明分别缺少了步骤3-9，降低了造成了铬镍铁合金的性能，耐腐蚀性的降低，影响了铬镍铁合金的性能。
(3)高温冲击测试
从表1可以看出，本发明实施例1-4制备出的铬镍铁合金，在1150℃高温气流冲击下，无明显变化，对钛合金比例3冲击15h后，表面出现微型孔洞；市售铬镍铁合金对比例2在冲击6h后，表面出现孔洞，耐高温性能较差；对比例1缺少了步骤3-9，冲击8h后，表面出现孔洞，说明生产方法中缺少步骤3-9，将降低本产品的耐高温冲击能力。
实验2叶轮性能检测
对实施例5-8制备出的叶轮，分别进行冲蚀磨损试验，冲蚀的条件为：冲蚀速度为10m/s、冲蚀角为70°、冲蚀时间为连续96小时，接着观察叶轮的表面情况，观察是否有剥离现象。
经过试验发现，实施5制备得到的叶轮的表面完好，并无剥离现象；
所述实施例6-7制备得到的叶轮在48小时后出现了少量的剥离现象，在80小时后，出现较明显的剥离现象；
所述实施例8制备得到的叶轮在48小时内，未出现剥离现象；在90小时后，出现了少量的剥离现象。
因此可以看出实施例3制备出叶轮在经过三次喷砂后，改表了叶轮压铸件粗品表面的结构和表面形态，同时结合具有优异机械性能的铬镍铁合金，是的制备出的叶轮具有优异的防冲击、耐腐蚀性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种小排量涡轮增压器叶轮，所述叶轮的材料，采用铬镍铁合金，所述铬镍铁合金，包括以下质量百分比的组分：cu：5.5-6.0％；zr：0.05-0.2％；mn：0.2-0.4％；v：0.05-0.10％；fe：10.0-15.0％；cd：0.15-0.25％；w：0.15-0.25％；p：0.05-0.1％，si：0.05-0.2％；ti：0.05-0.1％；cr：13.0-16.0％；sc：0.15-0.25％；mg：0.15-0.25％，al：0.5-1.0％，其余为ni。
2.根据权利要求1所述小排量涡轮增压器叶轮，其特征在于，所述磷的质量百分比为：0.08％。
3.根据权利要求1所述小排量涡轮增压器叶轮，其特征在于，所述钨的质量百分比为：0.2％。
4.根据权利要求1所述小排量涡轮增压器叶轮，其特征在于，所述钛的质量百分比为：0.07％。
5.根据权利要求1所述小排量涡轮增压器叶轮，其特征在于，所述钪的质量百分比为：0.2％。
6.一种如权利要求1-5任一项所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：原料验收、蜡模制作、组焊、制壳、焙烧、浇注、振壳和抛丸、第一次喷砂、切割、第二次喷砂、初检、磨加工、第三次喷砂、荧光探伤、终检；所述焙烧，将闭式叶轮模壳放入焙烧炉内在1000-1050℃焙烧1-1.5h；所述浇注，将进行冶炼熔融后的铬镍铁合金，注入经过焙烧后的闭式叶轮模壳中，冷却后得到闭式叶轮铸件粗品。
7.根据权利要求6所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，其特征在于，所述第一次喷砂为使用喷砂机将石英砂喷射到叶轮压铸件粗粗品表面；所述的第二次喷砂为使用喷砂机将铁砂喷射到叶轮压铸件粗品表面；所述的第三次喷砂为使用喷砂机将金刚砂喷射叶轮压铸件粗品表面。
8.根据权利要求6所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，其特征在于，所述铬镍铁合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、备料，按照铬镍铁合金中各个组分的重量百分比准备原材料；
步骤2、熔解，将fe、cr、ni倒入熔炼炉中升温熔解，温度为1550-1600℃，充分形成熔液后，接着将熔液转入到真空感应炉中，依次加入cu、si、mn、mg，待完全充分熔解后均匀搅拌10min，搅拌过程中温度保持不变；
步骤3、第一次除渣除气，将炉温控制在至1350-1380℃，利用精炼机将除气剂a与液氮均匀排进真空感应炉中，保持15-20min后扒去浮渣；
步骤4、静置：将精炼后的铬镍铁合金熔液静置，待铬镍铁合金熔液温度降至1250℃；
步骤5、第一次精炼，将真空感应炉中温度升温至1450-1500℃，加入zr、v、cd、al，待完全充分熔解后均匀搅拌30-40min；
步骤6、第二次除渣除气，将真空感应炉温控制至1250-1300℃，利用精炼机将除气剂b与液氮均匀排进真空感应炉中，保持15-20min后扒去浮渣；
步骤7、第二次精炼，将真空感应炉中温度升温至1500-1550℃，加入w、ti、sc，待完全充分熔解后均匀搅拌20-25min；
步骤8、第三次除渣除气，将炉温控制至1300-1350℃，利用精炼机将液氮均匀排进真空感应炉中，保持15-20min后扒去浮渣；
步骤9、细化处理，将炉温控制至1600-1630℃，加入p，将液氮均匀排进真空感应炉中，保温20-30min，得到冶炼熔融后的铬镍铁合金。
9.根据权利要求8所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，其特征在于，所述步骤3中的除气剂a为caco3。
10.根据权利要求8所述小排量涡轮增压器叶轮的生产工艺，其特征在于，所述步骤6中的除气剂b为cl2。
技术总结