[发明专利]CrNi合金基材料、半成品、内燃机的组件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造半成品以作为形成内燃机、特别是大型柴油发动机的组件的起始物料的CrNi合金基材料，由根据本发明的材料制成的半成品，以及由该半成品制造的内燃机组件。此外，本发明还涉及材料的制备方法以及通过等静压法制造半成品的方法。

背景技术

用于内燃机、特别是柴油发动机的组件的起始物料的半成品可以通过例如热等静压法（HIP）由合适的材料制成。其中，这些柴油发动机组件的实例有四冲程发动机、特别是柴油发动机、尤其是大型柴油发动机的预燃室，或各种类型的两冲程和四冲程发动机的燃油雾化器或燃油喷嘴头等。

关于这一点，利用前述HIP法，可以制备无法用熔融冶金术或其它方法制备、或者要花费很大成本才能很复杂地制备的合金。

例如，在用作轮船的驱动集合体或在固定装置中用于产生功率的大型柴油发动机的情况下，通过喷油嘴将燃油（它通常是重油或其它柴油机燃油）引入到燃烧室中。这些喷嘴通常包括部分突出到燃烧室中的喷嘴头，该燃烧室又称为雾化器。喷嘴头是磨损部件，它易于集高的热、机械和化学负载于一身。取决于负载程度，会对喷嘴头造成一定的损坏，如因腐蚀、侵蚀和/或磨损而造成材料去除，或者还会产生裂缝而甚至导致其破裂。

机械负载也可以是由总计超过一千巴的高喷射压力引起的。材料损耗也可能因空蚀和/或侵蚀而出现在喷嘴头内部。热负载是由燃烧室内的高温以及燃烧温度与新进的清扫空气的温度之间的巨大的温度变化引起的。在用于引入燃油的喷嘴头内部，间歇喷射也会导致温度的突然变化。喷嘴头的化学负载主要是由高温腐蚀或热腐蚀引起的。热腐蚀主要是由燃油中包含的钒、钠和硫引起的，它会加速材料消减。特别是腐蚀，它是造成喷嘴头在工作几千个小时之后就已经不能使用而必须更换的原因。

如今，通常使用钢、或诸如Stellite 6的镍或钴基合金作为大型柴油发动机的喷嘴头的材料。如今，利用Stellite 6钴基合金，可以实现在侵蚀、磨损和空蚀方面的可接受的组件寿命时间（特别是喷嘴头的钻孔）。

关于这一点，已经显示，具有高铬和镍含量的合金（其中铬和镍的含量总计为例如约50重量%）、尤其是铬含量大于50重量%的合金（如Cr/Ni 65/35合金）在上述高温腐蚀和热腐蚀问题上显然具有很好的特性，这些合金是通过上面提到的HIP法之一制造的。EP 1 353 061中已经公开并详细描述了这种具有高铬含量并且在高温腐蚀和热腐蚀方面具有优良的化学特性的材料。

但是同时，通过HIP法制造的这些材料往往具有相当差的韧性，这表示它们本身的例如缺口冲击功很低。即，这些已知合金相对较脆，并且延展性不太好，众所周知，这会导致缺口冲击功较低。

因此，存在改善上述材料尤其是在它们的脆性或延展性方面的空间。特别是因为随着发动机构造的发展，尤其是在双冲程大型柴油发动机的情况下，预期在将来会出现甚至更强大的发动机，尤其是对诸如喷嘴头或预燃室的高负载部件的机械负载要求也将进一步增加。这意味着，将需要越来越多的新材料或改良材料，但是同时必须保持上述已知材料在高温腐蚀或热腐蚀方面的优良的化学特性。

发明内容

因此，本发明的目的是提出这样一种材料和由该材料制造的组件、特别是发动机组件、尤其是用于喷射燃油的喷嘴头或预燃室，它能够更好地对付大型柴油发动机中的高负载集合，并且特别是与已知材料相比具有高延展性及因此造成的显著增加的缺口冲击功，同时该材料应当在高温腐蚀和热腐蚀方面具有优良的化学特性。

本发明的满足该目的的主题由相应类别中的独立权利要求的特征表征。

因此，提出一种用于制造半成品以作为形成内燃机、特别是大型柴油发动机的组件的起始物料的CrNi合金基材料，其中该材料的化学组成为

[Cr_xNi_yA_z]N_k，其中x+y+z+k=100%，

并且组分A_z是来自由{La, Ce, Y, Hf, Sc, Si, C, S, P, Al, Zr, B, Mo, Fe, Mn, O及稀土元素}组成的化学元素组中的一种或多种元素。材料的Cr含量按重量百分比计为50%< x < 100%，材料的Ni含量按重量百分比计为y > 0%，并且材料中组分A_z的含量按重量百分比计为0%≤z <50%。根据本发明，材料的氮含量按重量百分比计为0.01%≤k≤0.1%。