专利名称：耐蚀耐磨合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温耐蚀耐磨的铁基合金；特别是涉及一种用作阀座嵌入件的合金。
背景技术：
更为严格的柴油发动机废气排放法律已导致发动机设计发生变化，包括需要高压电子燃料喷射系统。与先前设计相比，根据新设计建造的发动机使用更高的燃烧压力、更高的工作温度和较少的润滑。新设计的组件包括阀座嵌入件(VSI)，其磨损率相当高。排气阀座嵌入件和阀门例如必须能够以最低磨损(例如磨擦、粘着和腐蚀磨损)承受多次阀门冲击过程和燃烧过程。这已促使材料的选择转向与柴油机工业通常使用的阀座嵌入件材料相比耐磨性更高的材料。
在柴油机发展中出现的另一个趋势是使用EGR(排放气体再流通)。采用EGR，排放气被送回至送入的空气流，以减少废气排放物中氮的氧化物(NOx)含量。在柴油机中采用EGR能够提高阀座嵌入件的工作温度。因此，需要在采用EGR的柴油机中使用具有良好高温硬度且成本较低的阀座嵌入件。
此外，由于排放气中含有可能形成酸的氮、硫、氯以及其它元素的化合物，因此，提高了对采用EGR的柴油机中排气阀座嵌入件所用合金的耐腐蚀性要求。酸能够攻击阀座嵌入件和阀门，导致发动机早期失效。早期曾尝试通过使用马氏体不锈钢来改善耐腐蚀性。尽管所述钢具有良好的耐腐蚀性，但是，传统的马氏体不锈钢的耐磨性和高温硬度不充分，无法满足现代柴油机对阀座嵌入件的要求。
已知钴基阀座嵌入件合金具有高温耐磨性和压缩强度。但是，钴基合金的一个主要缺点是价格相对较高。而另一方面，铁基VSI材料典型地随着温度升高，其基体强度和硬度下降，这会导致加速磨损和/或变形。美国专利5,674,449、4,035,159和2,064,155均公开了用于内燃机阀座的铁基合金。
美国专利6,340,377、6,214,080、6,200,688、6,138,351、5,949,003、5,859,376、5,784,681、5,462,573、5,312,475、4,724,000、4,546,737、4,116,684、2,147,122以及日本专利58-058,254、57-073,172和9-209,095均公开了铁基合金组合物。
目前，需要改进的阀座嵌入件用铁基合金，该合金具有充分的高温硬度、高温强度和低成本，并且还具有适合于在采用EGR的柴油机阀座嵌入件场合应用的耐蚀耐磨性能。
发明概述一种具有改善的耐腐蚀性、高温硬度和/或耐磨性的铁基合金。该合金适合用于例如采用EGR的柴油机的排气阀座嵌入件应用。
根据一个实施方案，该铁基合金含有(以重量百分数计)约0.005-0.5％硼，约1.2-1.8％碳，约0.7-1.5％钒，约7-11％铬，约1-3.5％铌，约6-11％钼，余者包括铁和附带杂质。
根据另一个实施方案，一种铁基无钨铸造合金含有(以重量百分数计)约0.1-0.3％硼，约1.4-1.8％碳，约0.7-1.3％硅，约0.8-1.5％钒，约9-11％铬，约0.2-0.7％锰，约0-4％钴，约0-2％镍，约1-2.5％铌，约8-10％钼，余者包括铁和附带杂质。如果需要，可以用铜部分或全部替代钴。
根据又一个实施方案，所述合金含有约0.005-0.5％硼，约1.2-1.8％碳，约0.7-1.5％钒，约7-11％铬，约6-11％钼，至少一种选自于分别由Ti，Zr，Nb，Hf和Ta表示的钛、锆、铌、铪和钽的元素，余者包括铁和附带杂质，使得1％＜(Ti+Zr+Nb+Hf+Ta)＜3.5％。
根据一个优选实施方案，所述合金不含钨，其含有(以重量百分数计)最高达1.6％硅和/或最高达约2％锰。优选地，所述合金可以包含约0.1-0.3％硼，约1.4-1.8％碳，约0.8-1.5％钒，约9-11％铬，约1-2.5％铌，最多约4％钴，更优选约1.5-2.5％钴，最多约2％镍，更优选约0.7-1.2％镍，和/或约8-10％钼。根据一个优选实施方案，硼、钒和铌的含量(以重量百分数计)满足条件1.9％＜(B+V+Nb)＜4.3％，其中，B，V和Nb分别代表硼、钒和铌的重量百分含量。
优选地，合金处于淬硬并回火状态，并且合金具有包括一次和二次碳化物的马氏体显微组织。优选地，合金中一次碳化物的宽度小于约10微米，更优选小于约5微米，合金中二次碳化物小于约1微米。合金优选为铸件形式。淬硬并回火的合金的硬度优选至少约42Rockwell C。在800°F下，淬硬并回火的合金的高温维氏硬度优选至少约475，压缩屈服强度至少约100ksi。在1200°F下保持20小时之后，合金的尺寸稳定性低于约0.5×10-3英寸。
根据一个优选实施方案，合金包括一种内燃机部件，例如采用EGR的柴油机阀座嵌入件。阀座嵌入件可以是铸件形式，或者压制或烧结密实体形式。或者，合金可以是阀座嵌入件面上和/或阀座面上的涂层。合金也可以用于耐磨场合，例如滚珠轴承。
根据制备铸造合金的一种优选方法，将合金从温度为约2800-3000°F，优选约2850-2925°F的熔体铸造。合金的热处理工艺可以为加热至约1550-2100°F的温度、淬火并且在约1200-1400°F的温度下回火。
附图简述下面参照附图详细介绍优选实施方案，所述附图中
图1-2示出了处于铸态的本发明合金的一个实施方案的光学显微照片。
图3-4示出了处于淬硬并回火态的本发明合金的一个实施方案的光学显微照片。
图5是阀门组合件的横截面视图。
本发明的优选实施方案详述本发明涉及一种铁基合金。合金的高温硬度、高温强度和耐磨性使其能够应用于各种高温场合。该合金的一个优选应用是内燃机中的阀座嵌入件。优选地，控制合金组成和/或对合金进行处理，以获得应用场合如阀座嵌入件所需的改善的高温硬度、改善的高温压缩强度和/或改善的耐磨性。合金的其它应用场合包括滚珠轴承、涂层等。
合金优选含有(以重量百分数计)0.005-0.5％B，1.2-1.8％C，0.7-1.5％V，7-11％Cr，1-3.5％Nb，6-11％Mo，余量包括Fe和附带杂质。合金还可以含有最多约1.6％Si，最多约2％Mn，最多约2％镍，优选约0.7-1.2％镍和/或最多约4％钴，优选约1.2-2.5％钴。任选地，可以用Cu部分或全部替代Co。合金可以不含W。对于铸件场合，合金优选含有(以重量百分数计)0.1-0.3％B，1.4-1.8％C，0.7-1.3％Si，0.8-1.5％V，9-11％Cr，0.2-0.7％Mn，0-4％Co，0-2％Ni，1-2.5％Nb，8-10％Mo，余量包括Fe和附带杂质。
在铸态条件下，合金包含细胞状枝晶亚结构。为了获得耐腐蚀性、高温硬度和耐磨性，优选对合金进行热处理，以获得包括一次和二次碳化物的马氏体显微组织。优选地，在淬硬并回火状态，合金包括以回火马氏体为主的显微组织。图1-2示出了铸态合金的一个实施方案的显微组织形貌。铸态合金优选具有细小且均匀分布的细胞状枝晶凝固亚结构。图3-4示出了淬硬并回火态合金的一个实施方案的显微组织形貌。图3-4中示出的合金的淬硬并回火的条件是1700°F下加热2.5小时、淬火并且在1300°F加热3.5小时。热处理之后，细胞状枝晶区域转变成以回火马氏体为主的显微组织。在淬硬期间通过固态相变形成马氏体结构。
根据一个优选实施方案，可以对本发明的合金进行处理，使其在淬硬并回火状态获得良好的耐磨性、良好的耐腐蚀性和良好的高温硬度。合金可以采用包括粉末冶金、铸造、热/等离子喷涂、堆焊等的传统技术进行处理。
合金可以通过包括球磨组元粉末或雾化形成预合金化粉末的各种技术来形成粉末材料。可以将粉末材料压制成要求形状并烧结。可以使用烧结工艺以使部件获得要求性能。
部件例如阀座嵌入件和滚珠轴承优选通过铸造进行制造，铸造是一种众所周知的方法，包括熔炼合金组元和将熔融的混合物浇注至铸型中。优选地，在加工成最终形状之前，对合金进行淬硬和回火。
在一个优选实施方案中，使用所述合金制造阀座嵌入件，所述阀座嵌入件包括在柴油机，例如采用或没有采用EGR的柴油机中使用的排气阀座嵌入件。合金可以应用在其它场合，包括但不限于，为汽油、天然气或者替代燃料内燃机制造的阀座嵌入件。所述阀座嵌入件可以采用传统技术制造。此外，合金可以应用在高温性能为优势的其它场合，例如，耐磨涂层、内燃机组件和柴油机组件。
可以对合金进行热处理，以便在保持细晶粒马氏体显微组织的同时，获得改善的耐腐蚀性，所述细晶粒马氏体显微组织尤其能够在高温下提供优异的耐磨性和硬度。
硼，在铁中的溶解度极低(例如约0.01wt.％)，它可以用来获得高的高温硬度。小含量的硼能够通过析出硬化(例如硼的碳化物、硼的氮化物、硼的碳氮化物)改善合金的强度，并且能够提高晶粒细化。硼可以在晶内(晶粒内部)和晶间(沿晶界)分布。但是，过多的硼会向晶界偏聚，降低钢的韧性。通过控制硼与其它合金添加剂的添加量，能够使硼在晶内饱和，促进硼的化合物在晶界形成。这些硼的化合物能够有效提高晶界强度。合金中硼含量优选约0.005-0.5wt.％，更优选约0.1-0.3wt.％。不希望受到理论限制，可以认为不论是在固溶体中还是通过形成硼的化合物(例如，与C，N，Fe，Cr和/或Mo的化合物)，硼都有利于通过固溶硬化和优选沿凝固结晶亚结构边界和原奥氏体晶界析出硬化来强化钢。
据认为碳含量和铬含量有助于合金具有有益性能。合金中碳含量优选约1.2-1.8wt.％，更优选约1.4-1.8wt.％，最优选约1.5-1.7wt.％。
耐磨性的提高可以归因于合金的显微组织和硬度。合金的化学组成(如碳浓度)能够影响一次碳化物的形成并且促进二次碳化物的形成。一次碳化物典型地在块状材料凝固期间形成。相反，二次碳化物在块状材料凝固之后，例如热处理期间形成。另外的因素例如热处理温度和淬火/冷却速度能够影响一次和二次碳化物的相对形成。碳能够与B，V，Cr，Nb，Mo和Fe形成一次和二次碳化物，这会有助于合金的强度。如果存在，其它元素如Ti，Zr，Hf，Ta和W，也会与碳形成碳化物。优选合金中一次碳化物的宽度小于约10微米，更优选小于约5微米。合金中的二次碳化物优选小于约1微米。
合金中铬含量优选约7-11wt.％，更优选约9-11wt.％。铬含量优选提供所希望的耐腐蚀性、淬透性、耐磨性及抗氧化性的组合。不希望受理论所限，据认为合金中的铬在合金表面形成致密的保护性氧化铬层，其抑止高温氧化并使磨损和腐蚀程度最小。
合金中可以存在镍，其量为对合金的要求性能无不利影响。镍有利于提高抗氧化性和耐铅(Pb)腐蚀性能，并且还能够通过第二相强化提高合金的硬度和强度。但是，过多的镍会加大铁-铬-镍体系中的奥氏体区的尺寸，这会增大合金的热膨胀系数并降低低温耐磨性。当用作尺寸稳定性部件时，合金优选具有低的热膨胀系数。对于承受温度波动的尺寸稳定性部件而言，不希望热膨胀系数大。镍也会增加低温磨损并增加合金的成本。因此，优选限制镍含量低于2wt.％，更优选约0.7-1.2wt.％。
合金中的钼含量优选约6-11wt.％，更优选约8-10wt.％。钼的添加量应能够有效促进合金的固溶硬化，并且在合金暴露在高温下时提供抗蠕变性。钼也能够与碳结合形成一次和二次碳化物。
合金中可以添加钴以改善高温硬度。合金中的钴含量优选低于约4wt.％，更优选约1.5-2.5wt.％。虽然钴可以改善性能如高温硬度，但是添加钴会加大成本。
合金中的铜含量优选低于约4wt.％，如不使用钴时更优选低于约2wt.％。铜可以部分或者全部替代钴。铜可以溶解在Fe基体中，并且改善合金的尺寸稳定性。但是，铜含量过高，如高于约4wt.％，会降低合金的机械强度。
合金中的铌含量优选约1-3.5wt.％，更优选约1-2.5wt.％。当合金作为铸件凝固和/或对合金进行热处理时，铌可以在合金基体中及晶界处形成细小的二次碳化物。二次碳化物的存在能够提高高温蠕变断裂强度。
合金中的钒含量优选约0.7-1.5wt.％，更优选约0.8-1.5wt.％。同铌一样，钒可以形成二次碳化物，这能够提高高温耐磨性。但是，钒含量过高会降低韧性。
硼、钒、铬、铌和钼均为碳化物形成元素。一次和二次碳化物相能够在铁固溶体基体中形成，并且能够控制晶粒大小和通过析出硬化改善合金的强度。钒、铌和钼的添加量优选能够提供显微组织细化。例如，据认为，铌能够提供细小的二次碳化物分布。根据一个优选实施方案，硼、钒和铌的含量(wt.％)满足条件1.9％＜(B+V+Nb)＜4.3％。虽然优选硼、钒、铌和钼，但是合金中可以存在其它的碳化物形成元素(例如钛、锆、铪、钽和钨)。根据又一个实施方案，合金含有约约0.005-0.5％硼，约1.2-1.8％碳，约0.7-1.5％钒，约7-11％铬，约6-11％钼，至少一种选自于分别由Ti，Zr，Nb，Hf和Ta表示的钛、锆、铌、铪和钽的元素，余者包括铁和附带杂质，使1％＜(Ti+Zr+Nb+Hf+Ta)＜3.5％。
可以调整碳及碳化物形成元素的量，以使碳化物的形成量能够有效控制合金在高温暴露期间发生晶粒长大。可以选择碳及碳化物形成元素的量，以获得碳与碳化物形成元素之间的化学计量比或近化学计量比，使得可以获得处于固溶体中的要求量的碳。但是，过量的碳化物形成元素可能有益。例如，过量的铌能够在空气中在高温热循环期间形成抗剥落的氧化铌。
根据一个优选实施方案，合金不含钨。如果需要，合金可以含有钨，以改善合金的高温耐磨性。但是，过高的钨含量会使合金脆化、降低可铸造性和/或降低韧性。
就铸造合金而言，硅含量可以最高达约1.6wt.％，优选约0.7-1.6wt.％，更优选约0.7-1.3wt.％，并且合金中的锰含量可以最高达约2wt.％，优选约0.2-0.8wt.％，更优选约0.2-0.7wt.％。
硅和锰能够与铁形成固溶体，并且通过固溶强化提高合金强度，并提高抗氧化性。当通过铸造将合金成型为部件时，添加硅和锰能够有助于合金的脱氧和/或脱气。硅还能够改善材料的铸造性能。但是，优选限制硅与锰含量分别低于1.6wt.％和0.8wt.％，以便减少合金的脆化。对于非铸造的部件而言，可以降低硅与锰的含量，或者将它们从合金中除掉。
合金的余量优选是铁(Fe)和附带杂质。合金可以含有痕量(例如每种最多约0.1wt.％)的硫、氮、磷和/或氧。合金中可以添加对合金的腐蚀、磨损和/或硬度性能无不利影响的其它合金添加元素。
本发明的铁基合金优选通过对具有选定合金组分的粉末和/或固体块进行电弧熔炼、空气感应熔炼、或真空感应熔炼形成，熔炼在合适的坩埚，如ZrO2坩埚中，在例如约2800-3000°F，优选约2850-2925°F的温度下进行。熔融合金优选浇注至具有所需部件构形的铸型，例如砂型、石墨型等中。
可以对铸态合金进行热处理。例如，铸态合金可以在约1550-2100°F，优选约1550-1750°F的温度下加热约2-4小时，在适当介质如空气、油、水或盐浴中淬火，之后，在约1200-1400°F，优选约1200-1350°F的温度下回火约2-4小时。热处理可以在惰性、氧化性或还原性气氛(如氮气、氩气、空气或氮氢混合气体)中、真空中、或盐浴中进行。优选热处理能够最大程度地减少合金中的残余奥氏体的量。
图5示出了一个示例性发动机阀门组件2。阀门组件2包括滑动支撑在阀门导向杆6内孔中的阀门4。阀门导向杆6具有管状结构，其安装在汽缸盖8内。箭头示出了阀门4的运动方向。
阀门4包括介于阀门4的帽12与阀颈14之间的阀座面10。阀杆16位于阀颈14上方，并且处于阀门导向杆6内。具有阀座嵌入件面10′的阀座嵌入件18例如通过压力装配固定在发动机的汽缸盖8内。汽缸盖通常包括铸铁、铝或铝合金的铸件。优选，嵌入件18(以横截面形式示出)为环状，阀座嵌入件面10′在阀门4运动期间与阀座面10啮合。
实施例根据标准铸造技术铸造具有如表I所示组成的合金。采用标准浇注头(直径3/4″)，以及SiMn(2盎司/100磅)，FeV(3盎司/100磅)和/或CeLa(1盎司/100磅)孕育剂，将合金铸造成50磅每批(炉次)。试验性炉次A在2882°F下铸造。在淬硬并回火的条件下，炉次A的显微组织包括马氏体和珠光体。炉次A在1600°F下淬硬处理约3小时，在流动空气中淬火并且在1200°F下回火约3.5小时。为了改善炉次A的抗氧化性能，制备了C和Mo含量较低的试验性炉次B(在2850°F下浇注)。炉次B还含有B和Nb，以便提高淬硬并回火后的硬度。为了获得韧性比炉次B好的合金，制备了第三种合金，即本发明的炉次C(在2850°F下浇注)。炉次C表现出改善的硬度和改善的韧性。炉次C的特征在于它是一种低B、高Cr、高Mo的Fe基合金。炉次C的铸造性能优异，可在含氧气氛(例如空气)中，高达1850°F的温度下进行热处理，产生可接受量的氧化。具有良好的韧性和尺寸稳定性，并且展示出有利的耐磨性和高温硬度。
通过系统地改变本发明炉次C的组成，探讨了组成变化的影响，以便制备本发明炉次1-11。例如，参照表I，炉次2的C含量相对较低，而炉次3的B含量相对较高。
下面讨论合金的性能。未测量炉次C的硅含量。
表I
na＝未测得表II将本发明合金的组合物(总起来说指J130)与其它钢进行了比较，所述其它钢包括J125(一种铸造马氏体不锈钢)、J120V(一种铸造高速钼工具钢)和J3(一种铸造钴基合金)，每种钢均由本申请的受让人L.E.Jones Co.提供。
表II
硬度测试了具有如表I所示组成的合金在铸态、淬硬态以及淬硬并回火态条件下的显微硬度和整体硬度(bulk hardness)。对于炉次A，淬硬和回火的温度分别为1600°F和1200°F。炉次B在1600-1750°F的温度下淬硬，在约1350°F下回火。对于炉次C，淬硬和回火的温度分别为1750°和1350°F。炉次1-11在约1550°F下加热，空气中淬火，并且在1350°F下回火。炉次A-C以及1-11的加热气氛均为空气。硬度结果汇总在表III中。可以看出在淬硬并回火状态，含有最少量碳的炉次2的显微硬度最低，而硼含量最高的炉次3具有最高的显微硬度。
表IV示出了硼对淬透性的影响。给出了处于铸态、淬硬态以及淬硬并回火态的一系列试样的平均整体硬度结果。除了硼含量根据表III中所示数值变化之外，试样还具有如下标称组成(以wt.％计)1.6％C，1％Si，1.3％V，9.75％Cr，0.45％Mn，1％Ni，1.9％Nb，9％Mo，余量包括Fe和附带杂质。每个炉次的浇注温度均为约2865-2885°F，采用0.5盎司的SiMn和0.5盎司的FeV孕育。试样在1700°F下淬硬并且在1300°F下回火。表IV的数据表明J130合金的淬透性和硬度是硼含量的函数。
表III
表IV
所测试合金展现出优异的高温硬度，其值相当于或者超过所测试的工具钢在所有高温下的值。参照ASTM标准实验方法E92-72，在各种温度增量下，进行了炉次8合金试样在氩气中各温度保持30分钟之后的高温硬度测试。硬度测量采用棱锥型压头、10kg载荷下进行，所用压头具有136度的Vickers金刚石面角，每个试样至少进行3次压入。表V示出了各温度下高温硬度的平均结果以及J125，J120V和J3的对照数据。
表V
如表V所示，在所测量的整个温度范围内，炉次8合金显示出的高温硬度比J125和J120V钢高，并且与J3钴基合金相当。
表VI-VIII比较了炉次1合金与J125，J120V和J3材料的室温及高温性能。
压缩屈服强度压缩试验由Westmoreland Mechanical Testing&Research(Youngstown，PA)进行。压缩屈服强度数据如表VI所示。
表VI
高温耐腐蚀性能通常，钴基合金具有非常好的耐腐蚀性。例如，合金J3展示出优异的耐腐蚀性。此外，合金J125展示出与Co基合金相当的耐腐蚀性。硫化(sulfidation)实验包括将试样(0.5英寸直径×0.5英寸长)暴露在由10份CaSO4、6份BaSO4、2份Na2SO4、2份NaCl和1份石墨构成的混合物中。测量于815°F下浸泡在上述混合物中的试样的失重与时间的关系。炉次8经过10、50和100小时实验时的归一化失重(试样试验之前的单位面积的失重)分别为约0.2、0.9和2.3mg/mm2。与其它铁基材料相比，炉次8所代表的J130合金有利。
磨损试验室温下采用销盘式(pin-on-disk)磨损试验固定装置实施单一运动磨损试验3个小时。单一运动磨损试验模拟VSI场合的滑动磨损机制。单一运动磨损试验使用3/8″宽的静止合金板材，其位于直径1/2″的Sil1材料制成的旋转的圆柱体上。实验速度为1725转/分。板材损失(炉次8，J125和J120V材料)以及总材料损失(板材+柱体)用失重表示，单位为毫克。不同施加载荷时的结果如表VII所示。
表VII
磨损结果表明与柴油机工业中通常使用的不锈钢例如J125相比，炉次8合金具有改善的耐磨性。
尺寸稳定性采用尺寸稳定性实验条件(1200°F时效20小时)测试了炉次C以及1-9的多个试样的尺寸稳定性。炉次1-9处于淬硬并回火的状态(1550°F下淬硬处理，流动空气中淬火，并在1350°F下回火)。表VIII示出了尺寸稳定性试验的平均结果，其单位为千分之一英寸。
表VIII
参看表VIII，炉次1-9中的每种合金均通过了尺寸试验判据(最大尺寸变化量小于0.0005英寸)。尺寸稳定性试验确保热循环不会例如通过冶金相变引起部件出现不可接受的尺寸变化。只有炉次6(高Si，低Cr+Mo)的尺寸变化大于0.0001英寸。
尽管已结合其优选实施方案对本发明进行了描述，但是，本领域的专业人员将会意识到只要不偏离附后权利要求中规定的本发明的精神和范围，可以进行未专门介绍的添加、删除、修正和替换。
权利要求
1.一种铁基合金，其以重量百分数计含有约0.005-0.5％硼，约1.2-1.8％碳，约0.7-1.5％钒，约7-11％铬，约1-3.5％铌，约6-11％钼，余者包括铁和附带杂质。
2.根据权利要求1的铁基合金，其中，所述合金不含钨。
3.根据权利要求1的铁基合金，其还含有最多约1.6％Si和/或最多约2％Mn。
4.根据权利要求1的铁基合金，其中，硼含量约0.1-0.3％。
5.根据权利要求1的铁基合金，其中，碳含量约1.4-1.8％。
6.根据权利要求1的铁基合金，其中，钒含量约0.8-1.5％。
7.根据权利要求1的铁基合金，其中，铬含量约9-11％。
8.根据权利要求1的铁基合金，其中，铌含量约1-2.5％。
9.根据权利要求1的铁基合金，其还含有最多约2％镍。
10.根据权利要求1的铁基合金，其还含有约0.7-1.2％镍。
11.根据权利要求1的铁基合金，其中，钼含量约8-10％。
12.根据权利要求1的铁基合金，其还含有最多约4％钴。
13.根据权利要求1的铁基合金，其还含有约1.5-2.5％钴。
14.根据权利要求12的铁基合金，其中，铜部分或者全部替代钴。
15.根据权利要求1的铁基合金，其中，硼、钒和铌以重量百分数计的含量分别用B，V和Nb代表，且满足下述条件1.9％＜(B+V+Nb)＜4.3％。
16.根据权利要求1的铁基合金，其中，合金处于淬硬并回火状态，并且合金具有包括一次和二次碳化物的马氏体显微组织。
17.根据权利要求16的铁基合金，其中，一次碳化物的宽度小于约10微米，且二次碳化物小于约1微米。
18.根据权利要求1的铁基合金，其中，合金为铸件形式。
19.根据权利要求1的铁基合金，其中，合金处于淬硬并回火状态，其硬度至少约42 Rockwell C。
20.根据权利要求1的铁基合金，其中，合金处于淬硬并回火状态，其在800°F下的高温维氏硬度至少约475。
21.根据权利要求1的铁基合金，其中，合金处于淬硬并回火状态，其在800°F下的高温压缩屈服强度至少约100ksi。
22.根据权利要求1的铁基合金，其中，合金的尺寸稳定性为在1200°F下20小时之后低于约0.5×10-3英寸。
23.一种包含根据权利要求1的铁基合金的内燃机部件。
24.一种包含根据权利要求1的铁基合金的阀门座嵌入件。
25.一种包含根据权利要求1的铁基合金的柴油机阀门座嵌入件。
26.一种包含根据权利要求1的铁基合金的采用EGR的柴油机的阀门座嵌入件。
27.一种包含根据权利要求1的铁基合金的阀门座嵌入件，其中，所述阀门座嵌入件为铸件形式。
28.一种包含根据权利要求1的铁基合金的阀门座嵌入件，其中，所述阀门座嵌入件为压制并烧结的密实体形式。
29.一种具有根据权利要求1的铁基合金涂层的阀门座嵌入件。
30.一种包含根据权利要求1的铁基合金的阀门座嵌入件，其在800°F下的维氏硬度至少约475，压缩屈服强度至少约100ksi。
31.一种包含根据权利要求1的合金的滚珠轴承。
32.一种铁基无钨铸造合金，其以重量百分数计含有约0.1-0.3％硼，约1.4-1.8％碳，约0.7-1.3％硅，约0.8-1.5％钒，约9-11％铬，约0.2-0.7％锰，约0-4％钴，约0-2％镍，约1-2.5％铌，约8-10％钼，余者包括铁和附带杂质。
33.一种制备根据权利要求1的铁基合金的方法，其中，由在约2800-3000°F下的熔体铸造所述合金。
34.一种制备根据权利要求1的铁基合金的方法，其中，由在约2850-2925°F下的熔体铸造所述合金。
35.一种制备根据权利要求1的铁基合金的方法，其中，将所述合金加热至约1550-2100°F，淬火并且在约1200-1400°F下回火。
36.一种铁基合金，其以重量百分数计含有约0.005-0.5％硼，约1.2-1.8％碳，约0.7-1.5％钒，约7-11％铬，约6-11％钼，至少一种选自于分别由Ti，Zr，Nb，Hf和Ta表示的钛、锆、铌、铪和钽的元素，余者包括铁和附带杂质，使得1％＜(Ti+Zr+Nb+Hf+Ta)＜3.5％。
全文摘要
一种耐蚀耐磨铁基合金。该合金可以含有(以重量百分数计)0.005－0.5％硼，1.2－1.8％碳，0.7－1.5％钒，7－11％铬，1－3.5％铌，6－11％钼，余者包括铁和附带杂质。或者，所述Nb含量可以用Ti，Zr，Hf和/或Ta替代或者与上述各元素组合，使得1％＜(Ti+Zr+Nb+Hf+Ta)≤3.5％。所述合金具有改善的高温硬度和高温压缩强度，适合应用于高温场合例如柴油机阀座嵌入件。
文档编号C22C38/26GK1745184SQ200480003217
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者乔从跃, T·特鲁迪奥 申请人:L·E·琼斯公司