1. Contesto del progetto
Con lo sviluppo rapido dell’industria automobilistica globale e con requisiti sempre più stringenti in materia di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, la tecnologia di sovralimentazione è diventata un mezzo fondamentale per migliorare l’efficienza del motore e ridurre le emissioni di scarico. Le turbine dei turbocompressori, essendo componenti chiave, richiedono materiali in lega ad alta temperatura dotati di eccellente resistenza alla fatica a elevate temperature, resistenza all’ossidazione e resistenza alla deformazione viscosa (creep). Attualmente, nella produzione nazionale di componenti per turbine di turbocompressori ad alta temperatura mediante fusione di precisione si riscontrano problemi quali bassa accuratezza di formatura, elevata percentuale di difetti e prestazioni instabili, rendendo il settore fortemente dipendente dalle importazioni. Jiangsu Boyue Alloy, sfruttando la propria consolidata esperienza nella fusione di leghe a base di nichel e nella lavorazione di precisione, ha avviato questo progetto di fusione di precisione per colmare il divario nazionale nella produzione di componenti di alta gamma per turbine di turbocompressori automobilistici e rafforzare la competitività strategica del settore nazionale dei componenti automobilistici.
2. Obiettivi del progetto
- Sviluppare materiali in lega ad alta temperatura a base di nichel K418, adatti alle turbine per turbocompressori automobilistici, con prestazioni stabili e conformi ai requisiti tecnici della qualità automobilistica (resistenza a trazione ≥950 MPa a 600 ℃, resistenza all’ossidazione ≥1000 ore a 800 ℃).
- Realizzare una linea di produzione per fusione di precisione con una capacità annua di 50.000 unità di componenti per turbine in lega ad alta temperatura, coprendo l’intero processo, dalla fusione del materiale, alla realizzazione degli stampi, alla fusione di precisione fino alle lavorazioni successive.
- Raggiungere un tasso di accettazione della fusione ≥98,5 %, un’accuratezza dimensionale di ±0,02 mm e fornire con successo i prodotti a noti produttori nazionali e internazionali di turbocompressori per autoveicoli, con un tasso di sostituzione delle importazioni pari al 75 %.
3. Attuazione del progetto
- Ricerca e sviluppo di materiali speciali in lega: collaborazione con istituti di ricerca specializzati per ottimizzare la composizione della lega ad alta temperatura a base di nichel K418 (Ni ≥ 73 %, Cr 13–14 %, Mo 4–5 %), potenziare la fase di indurimento per precipitazione e migliorare le prestazioni complessive del materiale ad alte temperature. Adozione della tecnologia di fusione ad induzione in vuoto per garantire l’elevata purezza della lega, ridurre il contenuto di impurezze a meno di 30 ppm e risolvere i problemi di segregazione degli elementi e di grana grossolana tipici della fusione tradizionale.
- Aggiornamento del processo di fusione di precisione: introduzione del software di simulazione di fusione Magma per simulare il campo di temperatura del fluido durante la colata e il campo di temperatura della fase liquida durante la solidificazione, ottimizzazione del sistema di colata dal basso e impostazione della temperatura di colata a 1550 ℃ per garantire un’ottima capacità di riempimento del metallo fuso. Adozione della fusione a cera persa + tecnologia di stampa 3D degli stampi per realizzare la formatura rapida ad alta precisione di strutture complesse di pale di turbina, riducendo del 40% il ciclo di sviluppo degli stampi e del 30% i costi di produzione sperimentale.
- Controllo qualità e lavorazione finale: Dotato di analizzatori spettrali, microscopi metallografici e macchine per prove di trazione per effettuare ispezioni qualitative su tutto il processo produttivo, compresi il rilevamento della composizione dei materiali, l’analisi della struttura metallografica e i test sulle prestazioni meccaniche. Adotta tecnologie di rettifica di precisione e lucidatura superficiale per garantire che la rugosità superficiale dei componenti della turbina sia ≤Ra 0,6 ed esegue trattamenti termici in vuoto per migliorare la densità strutturale e la durata a fatica dei componenti.
4. Risultati del progetto
- Performance sul mercato: Dopo l’avvio della produzione del progetto, il valore annuo della produzione ammonta a 180 milioni di yuan; sono state stabilite relazioni di collaborazione a lungo termine con rinomati produttori nazionali e internazionali di turbocompressori, e i prodotti vengono esportati in Europa, nel Sud-Est asiatico e in altre regioni, con un volume annuo di esportazioni pari a 15.000 unità.
- Innovazione tecnologica: sviluppo di 8 brevetti fondamentali (3 brevetti per invenzione), acquisizione delle tecnologie chiave per la fusione di precisione di componenti turbine in lega ad alta temperatura; le prestazioni del prodotto sono paragonabili a quelle dei prodotti importati, rompendo così il monopolio tecnologico straniero in questo settore. Il processo di fusione e i relativi parametri progettati sono stati verificati mediante produzione industriale e possono essere utilizzati come schema guida per la produzione effettiva.
- Promozione industriale: impulso allo sviluppo delle industrie a monte e a valle, quali componenti per autoveicoli, produzione di stampi e apparecchiature di prova; promozione della localizzazione dei componenti fondamentali per turbocompressori per autoveicoli di fascia alta e supporto all’industria automobilistica nazionale per raggiungere obiettivi di risparmio energetico, riduzione delle emissioni e sviluppo di alta qualità.
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