專利名稱：一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法。
背景技術(shù)：
高溫合金是以第VIIIA族金屬(鐵、鈷、鎳)為基的具有高的室溫和高溫強(qiáng)度的合金。從高溫合金的產(chǎn)生和發(fā)展至今已經(jīng)歷了 60多年。推動(dòng)其發(fā)展的動(dòng)力是航空和航天工業(yè)燃汽輪機(jī)對(duì)耐熱合金的需求。高溫合金的發(fā)展也帶動(dòng)了合金化學(xué)及合金加工技術(shù)的進(jìn)步。鎳基高溫合金具有更高的高溫強(qiáng)度，它們是在Cr20Ni80合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通常以Cr、Mo、Co、Ti、Al等合金元素來進(jìn)行強(qiáng)化；Cr、Mo、Co等元素的主要作用是強(qiáng)化鎳基固溶體，提高基體的再結(jié)晶溫度，以降低基體中原子的擴(kuò)散速度。Ti、Al的作用在于形成Ni3(AlTi)-Y，強(qiáng)化相，它具有面心立方結(jié)構(gòu)，析出時(shí)與基體共格，聚集長大的速度很小， 具有良好的強(qiáng)化效果。近年來隨著現(xiàn)代粉末冶金加工技術(shù)的應(yīng)用和噴射成形多元多相彌散強(qiáng)化合金的出現(xiàn)，高溫合金在接近材料熔點(diǎn)溫度的同時(shí)，仍能保持高的持久強(qiáng)度，而普通靠Y'相或U + )相強(qiáng)化的高溫合金只能在低溫(600°C 800°C)、中溫(800°C IOOO0C )使用。采用多元多相彌散強(qiáng)化的高溫合金是目前使用溫度最高的合金，如美國的
IN738合金等。目前，美國、日本、德國、英國、法國等國家均投入大量的人力、物力進(jìn)行研究和開發(fā)。國內(nèi)主要有北京航空材料研究院、北京鋼鐵研究總院、中國科學(xué)院金屬研究所、昆明貴金屬研究所等單位從事鎳基高溫合金的研究開發(fā)，但是大多數(shù)成果均為航空、航天和軍工服務(wù)，而為民用工業(yè)的較少。目前，我國在中等負(fù)荷的內(nèi)燃機(jī)中，普遍采用21-4^0 (即5Cr21Mn9Ni4N)作為中、小缸徑的排氣閥用鋼，該鋼的工作溫度在650-750°C之間，氣閥鋼長期使用在高溫下，則會(huì)有層狀析出物增多，由于這種層狀的析出是鉻的碳化物和氮化物，因此大量的析出物會(huì)使氣閥鋼基體貧鉻，導(dǎo)致該鋼在高溫燃?xì)鈼l件下的抗腐蝕性能顯著下降，也會(huì)使氣閥的頸部、盤部、盤錐面形成腐蝕坑，容易使氣閥鋼產(chǎn)生漏氣和盤部開裂，氣閥頸部的腐蝕坑在彎曲疲勞應(yīng)力的作用下，很容易產(chǎn)生疲勞裂紋甚至斷裂?，F(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)高負(fù)荷的內(nèi)燃機(jī)排氣閥用鋼也有資料介紹，例如美國專利4929419文獻(xiàn)介紹的氣閥鋼，該鋼是針對(duì)23-8N鋼進(jìn)行面分調(diào)整，如采用添加C、B、W、Mo元素和提高C、N含量來改變鋼種的使用性能，另外德國在專利文獻(xiàn)DE3704473A1中介紹的是一種改進(jìn)型氣閥鋼，該鋼是在21-4N鋼基礎(chǔ)上添加了5-6% Al、I. 8-2. 5% Nb,O. 8-1. 5% W，N提高到O. 4-0. 6%的成分范圍，再有改進(jìn)形氣閥鋼的技術(shù)還有俄羅斯SU1650762A1專利，該專利文獻(xiàn)介紹了一種在21-4N基礎(chǔ)上添加O. 5-1. 5%Mo ；0. 5-1. 5% Nb ；0. 5-1. 5V和O. 05-0. 20% Zr元素，該類鋼性能只略有所提高，不能滿足高負(fù)荷內(nèi)燃機(jī)排氣閥用鋼的需要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的材料不能滿足需要的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C O. 10-0. 14%, Al 3. 5-4. 5%, W I. 5-2. 5%, Mo 2. 0-4. 0%, Cr 13. 5-15. 5%, VO. 4-0. 6%, Zr O. 10-0. 20%, Nb O. 5-1. 5%, Fe 8. 0-12. 0%, Ta 2. 5-3. 5%, Cu ^ O. 20，Mn彡O. 8，P彡O. 020, S彡O. 015, Si ( O. 3，余量Ni和不可避免雜質(zhì)。所示制備方法包括采用電爐冶煉、澆注以及熱處理生產(chǎn)工藝，分述如下(I)按上述原料配比進(jìn)行中頻感應(yīng)爐冶煉，冶煉溫度為1570-1600°C，熔清后取樣分析成分，然后進(jìn)行成分調(diào)整；將中頻感應(yīng)爐熔化的鎳基合金進(jìn)行輸入氣體精煉，精煉溫度1620-16400C，精煉時(shí)間O. 5-1小時(shí)，達(dá)到除氣、除磷、除硫，摻合各種微 量合金的目的，使鎳基合金的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。(2)調(diào)整澆注溫度至約1510_1530°C，澆注成坯。(3)對(duì)鑄坯進(jìn)行清理后進(jìn)行熱處理，固溶處理?xiàng)l件為加熱至1240-1260°C，保溫3-5h，空冷到室溫；時(shí)效處理方式為先加熱至1150-1170°C，保溫l_3h，然后再加熱至900-920°C，保溫 18-24h。本發(fā)明具有如下有益效果(I)控制每種合金元素的含量，特別是不加或少加昂貴合金元素，如Co，以節(jié)省成本，滿足民用高溫合金對(duì)成本的要求，但通過添加多種合金元素，使得各種合金元素之間的技術(shù)效果相互協(xié)同，從而使得高溫合金的綜合性能優(yōu)異。(2)針對(duì)所設(shè)計(jì)的合金成分，調(diào)整了熔煉工藝，特別是熔煉和精煉的溫度，以及澆注溫度；并配合專門為該合金設(shè)計(jì)的熱處理制度，使得合金的優(yōu)異性能得以發(fā)揮。(3)本發(fā)明的高溫合金內(nèi)部組織致密，非金屬夾雜總量比同種鋼錠低20%左右，化學(xué)成份偏差及內(nèi)部金相組織缺陷等減少，提高了金屬的機(jī)械性能。經(jīng)對(duì)鋼坯進(jìn)行金相組織測試，達(dá)到了氣門鋼的各種性能指標(biāo)，滿足生產(chǎn)要求。(4)產(chǎn)品成分設(shè)計(jì)合理，綜合性能好、尤其高溫強(qiáng)度、高溫耐蝕性能好,極耐燃?xì)飧g，滿足高負(fù)荷內(nèi)燃機(jī)排氣閥用鋼的需要。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C O. 10%, Al 4. 5%, W I. 5%, Mo 4. 0%, Cr 13. 5%, V O. 6%, Zr O. 10%, Nb I. 5%,Fe 8. 0%,Ta 3. 5%, Cu ^ O. 20，Mn 彡 O. 8，P 彡 O. 020，S 彡 O. 015，Si ( O. 3，余量 Ni 和不可避免雜質(zhì)；所示制備方法包括采用電爐冶煉、澆注以及熱處理生產(chǎn)工藝，分述如下(I)按上述原料配比進(jìn)行中頻感應(yīng)爐冶煉，冶煉溫度為1600°C，熔清后取樣分析成分，然后進(jìn)行成分調(diào)整；將中頻感應(yīng)爐熔化的鎳基合金進(jìn)行輸入氣體精煉，精煉溫度1640°C，精煉時(shí)間O. 5小時(shí)，達(dá)到除氣、除磷、除硫，摻合各種微量合金的目的，使鎳基合金的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)整澆注溫度至1510°C，澆注成坯；(3)對(duì)鑄坯進(jìn)行清理后進(jìn)行熱處理，固溶處理?xiàng)l件為加熱至1240°C，保溫5h，空冷到室溫；時(shí)效處理方式為先加熱至1150°C，保溫3h然后再加熱至900°C，保溫24h。
實(shí)施例二一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C O. 14%, Al 3. 5%, W 2. 5%, Mo 2. 0%, Cr 15. 5%, V O. 4%, Zr O. 20%, Nb O. 5%,Fe 12. 0%, Ta 2. 5%, Cu ^ O. 20，Mn 彡 O. 8，P 彡 O. 020，S 彡 O. 015，Si ( O. 3，余量 Ni 和不可避免雜質(zhì)；所示制備方法包括采用電爐冶煉、澆注以及熱處理生產(chǎn)工藝，分述如下(I)按上述原料配比進(jìn)行中頻感應(yīng)爐冶煉，冶煉溫度為1600°C，熔清后取樣分析成分，然后進(jìn)行成分調(diào)整；將中頻感應(yīng)爐熔化的鎳基合金進(jìn)行輸入氣體精煉，精煉溫度1620°C，精煉時(shí)間I小時(shí)，達(dá)到除氣、除磷、除硫，摻合各種微量合金的目的，使鎳基合金的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)整澆注溫度至1530°C，澆注成坯；(3)對(duì)鑄坯進(jìn)行清理后進(jìn)行熱處理，固溶處理?xiàng)l件為加熱至1260°C，保溫3h，空冷到室溫；時(shí)效處理方式為先加熱至1170°C，保溫Ih然后再加熱至920°C，保溫18h。 實(shí)施例三一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C O. 12%, Al 4. 0%, W 2. 0%, Mo 3. 0%, Cr 14. 5%, V O. 5%, Zr O. 15%, Nb I. 0%,Fe 10. 0%, Ta 3. 0%, Cu ^ O. 20，Mn 彡 O. 8，P 彡 O. 020，S 彡 O. 015，Si ( O. 3，余量 Ni 和不可避免雜質(zhì)；所示制備方法包括采用電爐冶煉、澆注以及熱處理生產(chǎn)工藝，分述如下(I)按上述原料配比進(jìn)行中頻感應(yīng)爐冶煉，冶煉溫度為1585°C，熔清后取樣分析成分，然后進(jìn)行成分調(diào)整；將中頻感應(yīng)爐熔化的鎳基合金進(jìn)行輸入氣體精煉，精煉溫度1630°C，精煉時(shí)間I小時(shí)，達(dá)到除氣、除磷、除硫，摻合各種微量合金的目的，使鎳基合金的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)整澆注溫度至1520°C，澆注成坯；(3)對(duì)鑄坯進(jìn)行清理后進(jìn)行熱處理，固溶處理?xiàng)l件為加熱至1250°C，保溫4h，空冷到室溫；時(shí)效處理方式為先加熱至1160°C，保溫2h然后再加熱至910°C，保溫21h。申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法，其特征在于，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成c 0. 10-0. 14 %, Al 3. 5-4. 5 %, W I. 5-2. 5 %, Mo 2. 0-4. 0 %,Cr 13. 5-15. 5 %, V 0. 4-0. 6 %, Zr 0. 10-0. 20 %, Nb 0. 5-1. 5 %, Fe 8. 0-12. 0 %, Ta.2.5-3. 5%, Cu ^ 0. 20，Mn ^ 0. 8, P ^ 0. 020，S ( 0. 015，Si ( 0. 3，余量 Ni 和不可避免雜質(zhì)。所示制備方法包括采用電爐冶煉、澆注以及熱處理生產(chǎn)工藝，分述如下 (1)按上述原料配比進(jìn)行中頻感應(yīng)爐冶煉，冶煉溫度為1570-1600°C，熔清后取樣分析成分，然后進(jìn)行成分調(diào)整；將中頻感應(yīng)爐熔化的鎳基合金進(jìn)行輸入氣體精煉，精煉溫度1620-1640°C，精煉時(shí)間0. 5-1小時(shí)，達(dá)到除氣、除磷、除硫，摻合各種微量合金的目的，使鎳基合金的化學(xué)成份達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
(2)調(diào)整澆注溫度至約1510-1530°C，澆注成坯。
(3)對(duì)鑄坯進(jìn)行清理后進(jìn)行熱處理，固溶處理?xiàng)l件為加熱至1240-1260°C，保溫.3-5h，空冷到室溫；時(shí)效處理方式為先加熱至1150-1170°C，保溫l_3h，然后再加熱至.900-920°C，保溫 18-24h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種排氣閥用鎳基高溫合金的制備方法，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C0.10-0.14％，Al3.5-4.5％，W1.5-2.5％，Mo2.0-4.0％，Cr13.5-15.5％，V0.4-0.6％，Zr0.10-0.20％，Nb0.5-1.5％，F(xiàn)e8.0-12.0％，Ta2.5-3.5％，Cu≤0.20，Mn≤0.8，P≤0.020，S≤0.015，Si≤0.3，余量Ni和不可避免雜質(zhì)。所示制備方法分述如下(1)按上述原料配比進(jìn)行中頻感應(yīng)爐冶煉，冶煉溫度為1570-1600℃，然后精煉，精煉溫度1620-1640℃，精煉時(shí)間0.5-1小時(shí)。(2)調(diào)整澆注溫度至約1510-1530℃澆注。(3)進(jìn)行熱處理，加熱至1240-1260℃，保溫3-5h，空冷到室溫；再加熱至1150-1170℃，保溫1-3h，然后再加熱至900-920℃，保溫18-24h。
文檔編號(hào)C22C19/05GK102808111SQ20121030586
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者楊學(xué)焦 申請(qǐng)人:楊學(xué)焦