气门及其耐高温合金的制作方法

本发明涉及合金材料，具体涉及用于制造内燃发动机气门尤其是排气门的合金材料。

背景技术：

1、用于制造内燃发动机气门或提升阀(puppet valve)的合金材料各种各样，包括铁基合金、镍基合金、钛基合金等等。从兼顾相关力学性能尤其是高温力学性能和制造成本角度考虑，改进用于锻造气门的铁基合金一直是本领域的研究热点。

2、cn105579607a、cn101484597b、cn110578088b、cn110592456b等涉及高镍含量(25％以上)的铁基合金的改性。cn102159744b、cn102395696b、cn103710642b、us6635128b1、us10677109b2等涉及较低镍含量(20％以下)的铁基合金的改性。这些气门合金各具特色，主要是因为合金成分的细微改变往往就会导致包括金相、强化相等物理结构在内的突变，从而显著影响其相应力学性能。通过缜密的设计验证，这些合金多可形成适于锻造气门的奥氏体基质。

3、但是，在用于锻造经常处于高温恶劣条件下的排气门时，除了成本因素以外，现有气门合金在高温硬度、高温强度、高温蠕变性能、高温抗氧化性能等方面很难达到综合理想效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铁基合金材料，其非常适于制造内燃发动机气门尤其是排气门或排气阀。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种合金，其组成为：

3、c：0.45～0.55(wt)％；      si：0～0.45(wt)％；

4、mn：8.00～10.00(wt)％；    p：0～0.040(wt)％；

5、s：0～0.030(wt)％；        cr：24.00～26.00(wt)％；

6、ni：8.00～13.00(wt)％；    n：0.40～0.60(wt)％；

7、w：0.80～1.50(wt)％；      nb+ta：1.80～2.50(wt)％；

8、v：0～0.15(wt)％；         co：0～0.1(wt)％；

9、mo：0～0.25(wt)％；        以及

10、余量为fe(及不可避免的杂质)。

11、根据本发明的合金，其中以元素重量百分比为基准，优选满足下列条件：7w≤ni≤1.5mn。通过对铁基合金的长期深入研究和系列性能测试，发明人最终发现，对于这类高铬含量(25％左右)的铁基合金，满足该条件后获得的综合优良高温性能奥氏体合金非常适用于锻造气门尤其是排气门。

12、根据本发明的合金，钒、钴和钼的含量优选为：v：0.08～0.15(wt)％；co：0.05～0.1(wt)％；mo：0.10～0.25(wt)％。这些元素的添加与碳、氮以及铌/钽等元素相互协调作用，进一步稳定奥氏体基质，改善了合金的高温性能。

13、根据本发明的合金，其中以元素重量百分比为基准，进一步优选满足下列条件：1≤2mo+w≤1.8。这对于该合金的高温硬度、高温蠕变性能、高温疲劳尤其重要。

14、根据本发明的合金材料，具有如下优异高温性能：优良的常温及高温硬度，其硬度明显高于普通的铁基奥氏体耐热钢；较高的高温抗拉强度及屈服强度；优良的抗蠕变性能，即使在850℃、120mpa的条件下能持续50h不断裂，且相对变形率只有5％左右；以及优良的高温抗氧化性能。另外，根据本发明的合金材料的成本相对目前常用的奥氏体耐热钢没有明显增加，但比高镍合金的成本具有显著优势。

15、根据本发明的第二方面，还提供了一种内燃发动机气门，其至少部分由上述合金锻造形成。

16、根据本发明的气门，具有如下优点：较好的高温硬度带来气门密封面优良的高温耐磨性能；优良的高温强度、高温蠕变性能及高温疲劳性能，能保证气门在较高的温度(780℃)、较高的载荷(180mpa≈3倍的乘用车排气门的工作载荷)下运行1亿次不断裂，且气门没有明显的塑性变形；以及优良的高温抗氧化化性能。

技术特征：

1.一种合金，其组成为：

2.根据权利要求1的合金，其中以元素重量百分比为基准：7w≤ni≤1.5mn。

3.根据权利要求1的合金，其中钒、钴和钼的含量为：v：0.08～0.15(wt)％；co：0.05～0.1(wt)％；mo：0.10～0.25(wt)％。

4.根据权利要求1-3之一的合金，其中以元素重量百分比为基准：1≤2mo+w≤1.8。

5.一种用于内燃发动机的气门，包括由根据权利要求1-4之一所述的合金一体锻造制成的喇叭状头部和圆柱状杆身。

技术总结
气门及其耐高温合金。该合金的组成为：C：0.45～0.55(wt)％；Si：0～0.45(wt)％；Mn：8.00～10.00(wt)％；P：0～0.040(wt)％；S：0～0.030(wt)％；Cr：24.00～26.00(wt)％；Ni：8.00～13.00(wt)％；N：0.40～0.60(wt)％；W：0.80～1.50(wt)％；Nb+Ta：1.80～2.50(wt)％；V：0～0.15(wt)％；Co：0～0.1(wt)％；Mo：0～0.25(wt)％；以及余量为Fe。本发明的合金材料在高温抗氧化性、高温硬度、高温强度和高温蠕变性能上均能满足排气门日益苛刻、不断升级的实际工况要求以及混合动力内燃机排气门长时间高温的工作环境。

技术研发人员：万时旺,彭勇
受保护的技术使用者：重庆三爱海陵实业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12