پروژه ریخته‌گری دقیق قطعات توربینی آلیاژ مقاوم به حرارت برای توربوشارژرهای خودرو

1. زمینه پروژه

با توسعه سریع صنعت خودروسازی جهانی و الزامات فزاینده برای صرفه‌جویی در انرژی و کاهش انتشار آلاینده‌ها، فناوری توربوشارژر به یکی از روش‌های اصلی برای افزایش بازده موتور و کاهش انتشار دوده تبدیل شده است. توربین‌های توربوشارژر، به عنوان اجزای اصلی و کلیدی، نیازمند مواد آلیاژی مقاوم در برابر دمای بالا هستند که دارای مقاومت عالی در برابر خستگی در دمای بالا، اکسیداسیون و خزش می‌باشند. در حال حاضر، ریخته‌گری دقیق قطعات توربین از آلیاژهای مقاوم در برابر دمای بالا در بازار داخلی با مشکلاتی از جمله دقت پایین در شکل‌دهی، نرخ بالای عیوب و عملکرد ناپایدار مواجه است و عمدتاً به واردات وابسته است. شرکت جیانگسو بویوئه آلیاژ، با تکیه بر تجربه فنی عمیق خود در زمینه ذوب آلیاژهای نیکلی و پردازش دقیق، این پروژه ریخته‌گری دقیق را راه‌اندازی کرده تا شکاف موجود در تولید قطعات توربین توربوشارژر خودروهای پیشرفته در داخل کشور را پر کند و رقابت‌پذیری اصلی صنعت قطعات خودروی داخلی را ارتقا دهد.

۲. اهداف پروژه

- توسعه مواد آلیاژی با دمای بالا بر پایه نیکل K418 مناسب برای توربین‌های توربوشارژر خودرو، با عملکرد پایدار و مطابق با الزامات فنی درجه خودرو (مقاومت کششی ≥۹۵۰ مگاپاسکال در دمای ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد، مقاومت در برابر اکسیداسیون ≥۱۰۰۰ ساعت در دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد).

- ایجاد خط تولید ریخته‌گری دقیق با ظرفیت سالانه ۵۰۰۰۰ عدد قطعات توربین آلیاژی با دمای بالا، که پوشش کامل فرآیند از ذوب مواد، ساخت قالب، ریخته‌گری دقیق تا پردازش پس‌از ریخته‌گری را فراهم می‌کند.

- دستیابی به نرخ صلاحیت ریخته‌گری ≥۹۸٫۵٪، دقت ابعادی ±۰٫۰۲ میلی‌متر، و تأمین موفقیت‌آمیز این قطعات به سازندگان مطرح داخلی و خارجی توربوشارژر خودرو، با نرخ جایگزینی واردات به میزان ۷۵٪.

۳. اجرای پروژه

- توسعه و تحقیق مواد آلیاژی خاص: همکاری با موسسات تحقیقاتی متخصص برای بهینه‌سازی نسبت ترکیب آلیاژ مقاوم در برابر دمای بالا بر پایه نیکل K418 (Ni≥۷۳٪، Cr ۱۳–۱۴٪، Mo ۴–۵٪)، تقویت فاز تقویت‌کننده رسوبی و بهبود عملکرد جامع این ماده در دماهای بالا. استفاده از فناوری ذوب القایی در خلأ برای اطمینان از خلوص آلیاژ، کاهش محتوای ناخالصی به زیر ۳۰ قسمت در میلیون (ppm) و رفع مشکلات جدایی اجزا و دانه‌های درشت در روش‌های سنتی ذوب.

- ارتقای فرآیند ریخته‌گری دقیق: معرفی نرم‌افزار شبیه‌سازی ریخته‌گری Magma برای شبیه‌سازی میدان دمای جریان در هنگام ریخته‌گری و میدان دمای فاز مایع در هنگام انجماد، بهینه‌سازی سیستم ریخته‌گری از پایین، و تنظیم دمای ریخته‌گری روی ۱۵۵۰ درجه سانتی‌گراد به منظور تضمین ظرفیت پرکردن مناسب مایع آلیاژ. استفاده از فناوری ریخته‌گری تلفیقی (Investment Casting) همراه با قالب‌سازی چاپ سه‌بعدی برای دستیابی به شکل‌دهی سریع و با دقت بالا برای ساختارهای پیچیده پره‌های توربین، کاهش ۴۰ درصدی چرخه توسعه قالب و کاهش ۳۰ درصدی هزینه‌های تولید نمونه‌سازی.

- کنترل کیفیت و پردازش پس از تولید: مجهز به آنالیزورهای طیفی، میکروسکوپ‌های متالوگرافی و دستگاه‌های آزمون کشش برای انجام بازرسی کیفیت در تمام مراحل، از جمله تشخیص ترکیب مواد، تحلیل ساختار متالوگرافی و آزمون عملکرد مکانیکی. از فناوری‌های سنباده‌زنی دقیق و صیقل‌دهی سطحی برای اطمینان از اینکه زبری سطح قطعات توربین برابر یا کمتر از Ra ۰٫۶ باشد، استفاده می‌شود و همچنین عملیات حرارتی در خلاء انجام می‌گیرد تا چگالی ساختاری و عمر خستگی قطعات افزایش یابد.

۴. دستاوردهای پروژه

- عملکرد بازار: پس از راه‌اندازی پروژه، ارزش تولید سالانه‌ای معادل ۱۸۰ میلیون یوان دارد و روابط همکاری بلندمدتی با سازندگان مطرح توربوشارژر داخلی و خارجی ایجاد کرده است؛ محصولات این پروژه به مناطق اروپا و جنوب شرق آسیا صادر می‌شوند و حجم صادرات سالانه آن ۱۵۰۰۰ مجموعه است.

- نوآوری فناوری: ایجاد ۸ اصل اختراع (از جمله ۳ اصل اختراع از نوع اختراع) و تسلط بر فناوری‌های کلیدی ریخته‌گری دقیق قطعات توربینی آلیاژهای مقاوم به حرارت، به‌طوری‌که عملکرد محصولات تولیدی قابل مقایسه با محصولات وارداتی است و انحصار فنی خارجی در این حوزه شکسته شده است. فرآیند ریخته‌گری و پارامترهای طراحی‌شده در تولید صنعتی مورد تأیید قرار گرفته‌اند و می‌توانند به‌عنوان طرح راهنمایی برای تولید واقعی به‌کار روند.

- ترویج صنعتی: تحریک توسعه صنایع زنجیره‌ای بالادستی و پایین‌دستی از جمله قطعات خودرو، ساخت قالب و تجهیزات آزمایشی، تسریع فرآیند بومی‌سازی اجزای اصلی توربوشارژرهای خودرویی پیشرفته و کمک به دستیابی صنعت خودروسازی داخلی به اهداف صرفه‌جویی در انرژی، کاهش انتشار آلاینده‌ها و توسعه باکیفیت.