[发明专利]一种节镍型气阀合金及其制备方法

说明书

一种节镍型气阀合金及其制备方法，属于气阀合金和气阀钢制造技术领域。气阀合金的化学成分重量百分比为：C：0.03～0.10％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.20～1.00％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：21.00～26.50％，Ni：24.50～32.00％，Al：0.50～1.80％，Ti：2.20～3.00％，Nb：0.85～2.50％，V：0.20～0.50％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用中频感应炉+电渣重熔冶炼。优点在于，通过减少Ni元素含量，降低了气阀合金的原材料成本。通过适当添加强化元素，获得了由金属间化合物和碳化物复合强化的气阀合金。采用合理的冶炼方法，生产出的气阀具有更高的强度和硬度。

技术领域

本发明属于气阀合金和气阀钢制造技术领域，特别涉及一种节镍型气阀合金及其制备方法，用于制造舰船、火车、汽车、摩托车用柴油机、汽油机以及天然气发动机的进气门和排气门。

背景技术

气阀材料是制作气阀，又称作气门的原材料，气阀材料可以分为气阀钢和气阀合金。气阀钢按组织又分为马氏体气阀钢和奥氏体气阀钢。马氏体气阀钢是世界上最早发展起来的气阀钢，国内最先引进的是前苏联的气阀钢，如上世纪五十年代，引进的4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo(эц107)等。奥氏体气阀钢和气阀合金是随着内燃机的不断进步以及对气阀材料的要求不断提高而发展起来的。上世纪七、八十年代是我国开始开发和引进奥氏体气阀钢和气阀合金的黄金时期，相继研制了LF钢，21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)，21-2N、21-4NWNb、21-12N、23-8N，ResisTEL、Incone751以及Nimonic 80A等。目前国内马氏体气阀钢多用于制作低负荷、工况条件一般的发动机进气门和排气门，如农用车、摩托车等。奥氏体气阀钢的热强性和抗腐蚀性优于马氏体气阀钢，因此常常被用来制作较高负荷和工况较恶劣的发动机的进气门和排气门，如家用轿车、高级轿车或者部分商用车。气阀合金是气阀材料中耐高温腐蚀性能以及高温长时性能最好的材料，因此被用来制作高档乘用车的排气阀和部分商用车的排气阀。

气阀合金是随着气阀钢的发展而发展起来的，气阀合金主要指镍基高温合金和铁镍基高温合金，镍基高温合金是20世纪40年代开始研制的。1941年，英国率先生产出Nimonic 75镍基合金。通过增加Ni含量，出现Nimonic 80镍基合金，蠕变强度提高。美国在Inconel X-750合金的基础上増加了铝含量研制出Inconel 751气阀合金。英国首先在高级轿车上采用Nimonic80A，日本也在一部分赛车上使用Nimonic 90。一些新型合金被开发出，如钛合金被用在进气阀中，TiAl基合金用在排气阀中，与传统的钛合金以及镍基合金相比，TiAl基合金在800-900℃时的高温抗氧化性能明显高于钛合金和不锈钢，但由于其热加工性较差且成本高，成分和工艺还需进一步调整。由于高参数内燃机的发展以及其他方面的需要，世界各国都在发展气阀合金，牌号有Inconel 751、Nimonic 80A、N-155、VMS-513、NiFe25Cr20NbTi、RS417、R914等等，大多是Al、Ti沉淀硬化型合金，合金量高、生产难度大，由于Ni含量较高，故价格昂贵，但是具有高温性能优越、使用寿命长的优点。目前为止，国内气阀钢棒材标准中只有两个牌号，一个是Inconel 751，另一个是Nimonic 80A。这两种气阀合金具有优良的高温强度和抗高温腐蚀能力，所以被用来制造高档轿车的排气阀或者高功率商用车排气阀。但这两种气阀合金中合金元素镍的含量都超过了65％，使得其原材料成本大大增加，限制了其应用。