[发明专利]用于阀座嵌件的镍铌金属间合金

说明书

镍铌金属间合金含有以重量百分比计约1.5％至约3.5％的硅；5％至约15％的铬；约45％至约75％的镍；约14％至约30％的铌；至多约7％的钴；以及至多约10％的铁；其中镍加铌的含量为约70％至约90％，硅、铬、钴和铁的总含量为约10％至约30％。该合金可以具有至少95体积％的金属间相和不超过约5体积％的固溶相的铸造微结构。金属间相可以包括Ni₃Nb和Ni₈Nb₇的棒状金属间相。微结构可以是层状微结构和/或微结构可以具有小于5体积％的富Ni‑Fe和Ni‑Co的金属间相。

背景技术

许多引擎部件需要具有高温耐磨性、耐腐蚀性和抗热震性，如阀座嵌件(VSI)、阀、阀导管、涡轮衬套和涡轮轴。通常，马氏体工具钢、初次碳化物强化镍(例如J96)或钴基合金(J6)以及部分金属间基体(J10)用于这些应用。

发明内容

本发明公开了一种镍铌金属间合金，其含有以重量百分比计约1.5％至约3.5％的硅；5％至约15％的铬；约45％至约75％的镍；约14％至约30％的铌；至多约7％的钴；以及至多约10％的铁；其中镍加铌的含量为约70％至约90％，硅、铬、钴和铁的总含量为约10％至约30％。

根据各种可选的实施方案，合金可含有至多3％的总其他元素和无法避免或偶然的杂质，包括碳、锰、磷、硫、铜、氮、氧、硼、钨、钼、钒、钽、钛、铪、锆、铍、铋、铝、钙、铅、硒、钇、稀土金属。

在一个实施方案中，该合金可基本上由约1.75％至约3％的硅、约7％至约15％的铬、至多约6.5％的钴、约0.05％至约10％的铁、约14％至约29％的铌、约48％至约73％的镍组成，以及余量至多3％的其他元素和偶然或无法避免的杂质。在一个实施方案中，可以添加镍、钴、铌和铬，使得镍加钴与铌加铬的比率为约1.5至约3。

在一个实施方案中，可用于内燃机的阀座嵌件可由上述合金制成。例如，由该合金制成的铸件(例如铸造阀座插件)和该合金可以具有至少95体积％的金属间相和不超过约5体积％的固溶相的铸态微结构。金属间相可以包括Ni₃Nb和Ni₈Nb₇的棒状金属间相。微结构可以是层状微结构和/或微结构可以具有小于5体积％的富Ni-Fe和Ni-Co的金属间相。

可通过形成合金熔体、将熔体倒入模具并冷却熔体以形成铸件来制造合金铸件。在冷却过程中，熔体可以凝固成至少95体积％的金属间相的微结构，具有均匀的微结构。在一个实施方案中，熔体可基本上由约1.75％至约3％的硅、约7％至约15％的铬、至多约6.5％的钴、约0.05％至约10％的铁、约14％至约29％的铌、约48％至约73％的镍组成，以及余量至多3％的总其他元素和偶然或无法避免的杂质，该合金具有约70％至约90％的镍加铌总含量和约10％至约30％的硅、铬、钴和铁总含量。

附图说明

图1显示了100X下Jonesite 19的背散射电子图像。

图2显示了在1500X下Jonesite19的背散射电子图像。

图3显示了在1500X下共晶反应物图像和三种潜在不同的共晶反应。

图4显示了图3中相a的EDS分析。

图5显示了图3中相b的EDS分析。

图6显示了图3中相c的EDS分析。

图7显示了5000X下初次共晶间反应物区域的SEM图像。

图8A显示了图7中标记的点1的EDS分析结果，图8B显示了重量和原子百分比。

图9A显示了图7中标记的区域2的EDS分析结果，图9B显示了重量和原子百分比。

图10A显示了图7中标记的区域3的EDS分析结果，图10B显示了重量和原子百分比。