專(zhuān)利名稱(chēng)：一種排氣閥用鎳基高溫合金的制作方法
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。
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(lái)的，通常以Cr、Mo、Co、Ti、Al等合金元素來(lái)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(zhǎng)大的速度很小， 具有良好的強(qiáng)化效果。近年來(lái)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 + Y ')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(guó)的IN738合金等。目前，美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家均投入大量的人力、物力進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)主要有北京航空材料研究院、北京鋼鐵研究總院、中國(guó)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(kāi)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(guó)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(zhǎng)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(pán)部、盤(pán)錐面形成腐蝕坑，容易使氣閥鋼產(chǎn)生漏氣和盤(pán)部開(kāi)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(guó)專(zhuān)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(lái)改變鋼種的使用性能，另外德國(guó)在專(zhuān)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% AlU. 8-2. 5 % Nb、0. 8-1. 5 % W，N提高至Ij 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(zhuān)利，該專(zhuān)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(lèi)鋼性能只略有所提高，不能滿(mǎn)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，以解決現(xiàn)有技術(shù)的材料不能滿(mǎn)足需要的問(wèn)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，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成CO. 10-0. 14%, Al 3. 5-4. 5%, W I. 5-2. 5%, Mo 2. 0-4. 0%,Cr 13. 5-15. 5%, V O. 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 ( O. 8，P彡O. 020，S彡O. 015，Si ( O. 3，余量Ni和不可避免雜質(zhì)。優(yōu)選，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成C O. 11-0. 13%, Al 3. 8-4. 2%,W I. 8-2. 2 %, Mo 2. 5-3. 5 %, Cr 14. 0-15. O %, V O. 45-0. 55 %, Zr O. 13-0. 17 %, NbO. 8-1. 2%, Fe 9. 0-11. 0%, Ta 2. 8-3. 2%, 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)。最優(yōu)選，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%, W2. 0%, Mo 3. 0%, Cr 14. 5%, V O. 50%, 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)。本發(fā)明在成分中調(diào)整了合金元素的含量，本發(fā)明通過(guò)增加新元素及調(diào)整其他元素的含量形成了新的相結(jié)構(gòu)，從而抑制和改變了原來(lái)鉻與碳形成的層狀析出。并且新相的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效后的屈服強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和高溫彎曲疲勞強(qiáng)度明顯高于現(xiàn)有技術(shù)中高負(fù)荷的內(nèi)燃機(jī)排氣閥用鋼。本發(fā)明提高碳元素含量，主要考慮到碳既是奧氏體化元素，又是間隙強(qiáng)化的元素，碳與鉻可以形成碳化物，能有效的提高強(qiáng)化效果，而且碳比較廉價(jià)，因此增加碳含量是本發(fā)明以低成本獲得高性能的手段之一本發(fā)明調(diào)整鉻元素，充分保證該鋼中具有良好的抗氧化化和抗燃?xì)飧邷馗g性能，鉻與碳化合形成化合物，既提高了強(qiáng)度又提高硬度從而提高耐磨性，但又避免添加過(guò)多導(dǎo)致成本增加。本發(fā)明加入Ta提高合金的高溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，因?yàn)榇蟛糠諸a溶入Y '相而強(qiáng)化Y /相，增加Y /相的沉淀強(qiáng)化效果；同時(shí)，小部分的Ta進(jìn)入Y基體，起固溶強(qiáng)化作用，Ta還可以改善抗熱腐蝕性能,補(bǔ)償由于Cr含量的適當(dāng)降低而對(duì)抗熱腐蝕性能帶來(lái)的不利影響。本發(fā)明調(diào)整鋁元素，鋁在奧氏體不銹鋼中的作用，能提高不銹鋼的耐腐蝕性能，提高鋼在低溫下的韌性、抗氧化性。本發(fā)明調(diào)整鋯和鈮元素，達(dá)到防止敏化態(tài)晶間腐蝕的目的。在上述合金元素的基礎(chǔ)上，添加適量的提高高溫性能作用的鎢和鑰元素。添加適量的釩以改善碳化物分布和形態(tài)，從而改善性能。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(mǎn)足民用高溫合金對(duì)成本的要求，但通過(guò)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)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(cè)試，達(dá)到了氣門(mén)鋼的各種性能指標(biāo)，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。(3)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(mǎn)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，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成CO. 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)。實(shí)施例二一種排氣閥用鎳基高溫合金，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%, Fe12. 0%,Ta 2. 5%, Cu ( O. 20,Mn ( O. 8, P ( O. 020, S ^ O. 015, Si ( O. 3，余量 Ni 和不可避免雜質(zhì)。實(shí)施例三一種排氣閥用鎳基高溫合金，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成CO. 11%, Al 4. 2%, W I. 8%, Mo 3. 5%, Cr 14. 0%, V O. 55%, Zr O. 13%, Nb I. 2%, Fe
9.0%, Ta 3. 2%, 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)。實(shí)施例四一種排氣閥用鎳基高溫合金，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成CO. 13%, Al 3. 8%, W 2. 2%, Mo 2. 5%, Cr 15. 0%, V O. 45%, Zr O. 17%, Nb O. 8%, Fe11. 0%,Ta 2. 8%, Cu ( O. 20,Mn ( O. 8, P ( O. 020, S ( O. 015, Si ( O. 3，余量 Ni 和不可避免雜質(zhì)。實(shí)施例五一種排氣閥用鎳基高溫合金，所述合金以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成CO. 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 ( O. 015，Si ( O. 3，余量 Ni 和不可
避免雜質(zhì)。申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)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(lài)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(kāi)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種排氣閥用鎳基高溫合金，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%, V0.4-0. 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彡0. 8，P彡0. 020, S彡0. 015，Si ( 0. 3，余量Ni和不可避免雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種排氣閥用鎳基高溫合金，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. 11-0. 13%, Al 3. 8-4. 2%, W I. 8-2. 2%, Mo 2. 5-3. 5%,Cr 14. 0-15. 0%, V 0. 45-0. 55%, Zr 0. 13-0. 17%, Nb 0. 8-1. 2%, Fe 9. 0-11. 0%, Ta2.8-3. 2%, Cu ^ 0. 20，Mn ^ 0. 8, P ^ 0. 020，S 彡 0. 015，Si ( 0. 3，余量 Ni 和不可避免雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1-2所述的一種排氣閥用鎳基高溫合金，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. 12%,Al 4. 0%,ff 2. 0%,Mo 3. 0%,Cr 14. 5%,V 0. 50%,Zr 0. 15%, Nb I. 0%,Fe 10. 0%,Ta 3. 0%，Cu 彡 0. 20，Mn 彡 0. 8，P 彡 0. 020，S 彡 0. 015，Si ( 0. 3，余量Ni和不可避免雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種排氣閥用鎳基高溫合金，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 1.5-2.5％，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％，F(xiàn)e 8.0-12.0％，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)。
文檔編號(hào)C22C19/05GK102808112SQ201210305869
公開(kāi)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