[发明专利]一种低镍奥氏体气阀合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备方法，特别是一种低镍奥氏体气阀合金及其制备方法。

背景技术

内燃机包括汽油机和柴油机，主要应用于汽车、摩托车、拖拉机、船舰、内燃机车、坦克、石油钻机、工程机械、移动电站等，在国民经济中起着重要作用，而气阀又是内燃机的重要零件。我国内燃机气阀钢的开发与生产是随着内燃机的不断推陈出新而发展的。几十年来，内燃机参数的不断提高，使得气阀钢的工作温度提高、承受应力增大、燃气腐蚀严重、气阀锥面磨损加速，气阀工况越来越苛刻， 这些因素一定程度上推动了气阀钢及气阀合金的迅速发展。

Nimonic80A和Inconel751合金材料是因其优越的高温性能使其在气阀上获得了较为广泛的应用，但制备该材料中的合金含量高，故成本也高。用户要求性能好且价格便宜的气阀，这就推动了国内众多气阀钢生产企业进行适应市场的技术改造与升级。如，4Crl4Ni14W2Mo作为基体，锥面堆焊料为Stellite6 钴基合金，制备气阀，成本低，但不能满足高负荷柴油机零部件的使用强度，且产品成品率低。

专利CN103397276A《一种高强度节镍型气阀钢及其制备方法》，因含镍、铬量较低，含镍低于28质量%，室温下合金有着良好的力学性能，但高温性能受其元素成份的限制，尤其是高温耐磨性能，直接影响到气阀合金高温下工作时持久寿命。

专利CN101781741A《节镍型气阀合金材料》，合金元素的选取及含量设计充分考虑了合金高温力学性能，气阀合金不仅工作在高温环境，且长期工作于恶劣的油气等燃烧物环境中，专利CN101781741A中合金镍含量为30-34质量%，铬含量为13-16质量%，其耐高温氧化能力和耐腐蚀能力相对Nimonic80A和Inconel751合金要大大降低，这对气阀合金的工作寿命产生了直接的影响，显然不能满足气阀合金长期使用条件下对耐高温氧化性能和耐腐蚀性能的要求。专利CN101781741A专利提及的制备工艺方法采用的是真空熔炼工艺，这也不利于合金的制备成本的控制。

研制开发具有高温持久强度、抗高温氧化、高耐磨、抗高温腐蚀综合性能优越的高性能镍基气阀合金，已成为我发动机（内燃机）发展急需。

根据气阀的工作状态，气阀在燃烧室内部高温环境下进行往复运动，其失效的方式主要有：气阀变形，气阀表面磨损，气阀表面出现裂纹，气阀在汽缸内受高温气体腐蚀等，尤其是含Ni奥氏体合金在工作时容易被氧化和腐蚀，导致气阀失效。此外，在使用中，气阀表面裂纹产生和扩展也是其失效的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种低镍奥氏体气阀合金，以期获得综合性能优异且价格相对便宜的气阀，解决现有技术的材料不能满足需要的问题。

为实现发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低镍奥氏体气阀合金，其特征在于，化学成分按照重量百分比，含有C：0.02～0.08%，Ni：28.0～35.0%，Cr：12.0～17.0%，Al：1.5～2.5%，Ti：2.5～3.5%，W与Mo重量百分比之和：0.4～1.2%，Nb与Cu重量百分比之和：0.3～0.9%、并且Cu≤0.3%， Y：0.05～0.2%，Hf：0.05～0.3%，B：0.001～0.005%， Mn≤0.4%，Si≤0.3%，S≤0.02%，P≤0.02%，O≤0.02%，N≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述杂质含量≤0.3%。

优选地，所述低镍奥氏体气阀合金化学成分按照重量百分比，含有Ni：31%，Cr：14%，C：0.04%，Al：2%，Ti：2.6%，W：0.1%，Mo：0.7%，Nb：0.7%，Cu：0.1%，Y：0.15%，Hf：0.14%，B：0.003%，Mn：0.3%，Si：0.1%，S≤0.02%，P≤0.02%，O≤0.02%，N≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述杂质含量≤0.3%。

优选地，所述低镍奥氏体气阀合金化学成分按照重量百分比，含有Ni：29%，Cr：15%，C：0.03%，Al：1.8%，Ti：2.7%，W：0.5%，Mo：0.6%，Nb：0.5%，Cu：0.2%，Y：0.13%，Hf：0.12%，B：0.002%，Mn：0.3%，Si：0.2%，S≤0.02%，P≤0.02%，O≤0.02%，N≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述杂质含量≤0.3%。