一種節(jié)鎳耐高溫氣閥合金的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于節(jié)鎳耐高溫合金材料技術領域，具體涉及一種節(jié)鎳耐高溫氣閥合金， 與現(xiàn)有技術材料相比高溫組織、性能穩(wěn)定性好，800°c高溫強度、硬度下降較小，耐蝕性、抗 氧化性能好，經濟耐用，適用于大功率天然氣及柴油發(fā)動機。
【背景技術】
[0002] 氣閥合金是制造各類車船用內燃機排氣閥的重要合金材料。隨著能源與排放法規(guī) 對內燃機要求的逐步提高，排氣門將承受更強的機械沖擊、熱負荷和溫度突變，工作環(huán)境將 更加惡劣，耐高溫將成為內燃機排氣閥必須跨過的一道門檻。特別是大功率天然氣發(fā)動機， 其渦前排氣溫度高達720°C或以上，排氣閥閥盤的溫度高達800°C，要求氣閥材料在該溫度 下組織、性能穩(wěn)定、有足夠的強度、硬度、抗氧化性與抗硫化物腐蝕性能。
[0003] 高負荷內燃機氣閥用材料通常有3種，一種是以耐熱鋼為基體，在閥面的錐面上 堆焊一層耐磨耐蝕合金，如以4Crl4Nil4W2Mo作為基體，錐面堆焊料為Stellite6鈷基 合金，該類氣閥目前只能用于中等負荷的柴油機排氣閥，其優(yōu)點是成本較低，但缺點是不 能滿足高負荷發(fā)動機零部件的使用強度，生產工藝復雜、產品易損壞、使用壽命低、堆焊 層因焊接缺陷容易脫落、成品合格率低。第二種材料是鎳基合金，如Inconel751 (HEV3) 和Nimonic80A(HEV5)等，該類材料中的合金含量高，如表1所示，其含Ni質量分數超過 70%，故成本較高。隨著油品中含鉛量的大幅降低，國內外都開發(fā)并使用鎳含量較低的鐵 鎳基合金，以降低氣閥的制造成本。在現(xiàn)有技術中，中高負荷發(fā)動機機氣閥用材料為LF2 和NCF3015 (HRV30)，但二者的最高設計服役溫度為760°C，當服役溫度接近800°C時，二者 強度、硬度下降明顯，且隨著服役時間的延長，NCF3015和LF2將發(fā)生組織退化，即主要強 化相Y' [化學式為Ni3(Ti，Al)]不穩(wěn)定一一發(fā)生粗化，并且逐漸失去和基體的共格關系， 對位錯運動的阻礙作用逐漸減弱，導致材料的高溫強度、硬度進一步降低，難以保證日益提 高的服役溫度對氣閥的可靠性要求。而本發(fā)明通過化學成分的調整，即：適當提高Ni含 量（如表1所示，將Ni含量從LF2的24. 5-27. 0 %和NCF3015的29. 5~33. 5 %提高到 34.0~36.0%)，調整〇含量（1^2為17.0-23.0%，從^3015為13.5-15.5%，本發(fā)明為 16. 0-16. 5% )，調整Al、Ti、Nb配比，并添加一定量的Zr，促成組織上的"三增二減"，即增加 y'相質量分數、減小析出尺寸、增加析出相穩(wěn)定性（析出的y"相[化學式為Ni3(Ti，Al， Nb)]，穩(wěn)定性高于Y'）、減少脆性相（LF2易析出LAVES相和SIGMA相），增強晶界與位錯穩(wěn) 定性，從而提高合金組織與性能的熱穩(wěn)定性。雖Ni含量有所提升，制造成本略有增加，但將 合金的服役溫度從LF2和NCF3015的760°C提高到800°C，750°C與800°C的高溫強度與硬 度均高于LF2和NCF3015,可提高發(fā)動機品質并降低售后維護費用。
[0004] 除熱穩(wěn)定性和服役溫度提高外，從表1所示的化學成分對比表還可以看出，本發(fā) 明所提出材料的主要合金元素Ni含量區(qū)間與NCF3015和LF2均無重疊；Cr含量區(qū)間與 NCF3015和LF2均無重疊。LF2合金添加增大冶金難度的稀土，而本發(fā)明合金不添加稀土， LF2合金添加銅元素，而本發(fā)明合金不添加銅元素，LF2合金不添加鉬元素，而本發(fā)明合金 添加固溶強化元素鉬；LF2合金添加鈷元素，而本發(fā)明合金不添加鈷元素；NCF3015不添加 鋯元素，本發(fā)明合金添加鋯元素，用于強化晶界與位錯。
[0005]表1本發(fā)明合金材料與現(xiàn)有技術材料成分對比（wt% )
【主權項】
1. 一種節(jié)鎳耐高溫氣閥合金，其特征在于，化學成分質量百分比為：C:0. 03-0. 08% ;Si:0. 1-0. 5 %；Mn：0. 1-0. 5 % ；Cr: 16. 0-16. 5 %；Ni: 34. 0-36. 0 %；Nb:0. 5-1.5 %； Ti:2. 3-2. 9% ;A1:1. 5-2. 2%，Mo:0? 5-1. 5%，Zr:0? 02-0. 1%，余量為Fe及不可避免的雜 質。
【專利摘要】一種節(jié)鎳耐高溫氣閥合金，屬于節(jié)鎳合金材料技術領域。該氣閥合金材料的化學成分質量百分比為：C:0.03-0.08％；Si:0.1-0.5％；Mn：0.1-0.5％；Cr:16.0-16.5％；Ni:34.0-36.0％；Nb:0.5-1.5％；Ti:2.3-2.9％；Al:1.5-2.2％，Mo:0.5-1.5％,Zr:0.02-0.1％，余量為Fe及不可避免的雜質。本發(fā)明的優(yōu)點在于，具有高溫組織、性能穩(wěn)定性好，800℃高溫強度、硬度下降較小，耐蝕性、抗氧化性能好，經濟耐用，適用于大功率天然氣及柴油發(fā)動機。
【IPC分類】C22C38-50
【公開號】CN104818430
【申請?zhí)枴緾N201510250560
【發(fā)明人】李 權, 劉正東, 王立民, 楊鋼, 包漢生, 唐廣波
【申請人】鋼鐵研究總院
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月15日