一种高强度高硬度气阀合金及其制备方法与流程

本发明涉及气阀合金和气阀钢制造，尤其涉及一种高强度高硬度气阀合金及其制备方法。

背景技术：

1、气阀又称气门，是发动机中的一个关键部件，它们主要负责控制气体进入和离开发动机的量，以维持发动机的正常运行。进气门的功能是将空气送入发动机内部，与燃料混合后再进行燃烧，这一过程产生了发动机的动力。排气门则是负责将燃烧后排出的废气排出发动机，这是为了防止发动机过热和其他潜在问题。气门在工作中面临的环境非常恶劣，需要承受高温、高压以及润滑条件不佳的情况。因此，制作气门的材料需要有很高的强度、刚度、耐磨性以及耐高温和耐腐蚀的特性，才能保证其在极端条件下仍能正常工作。

2、目前，制作气门的材料主要分为气阀钢和气阀合金。其中气阀钢又分为马氏体气阀钢和奥氏体气阀钢。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。

3、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，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。但是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。紧接着新增加了一种气阀合金ni30，它的成分中ni含量只有30％，高温性能介于奥氏体气阀钢和其他气阀合金之间，填补了气阀材料在气阀钢与气阀合金之间的空缺。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供了一种高强度高硬度气阀合金及其制备方法，用以解决现有气阀合金力学性能较差和材料利用率较低的问题。

2、一方面，本发明提供了一种高强度高硬度气阀合金，化学成分按重量百分比计，包括c：0.03～0.15％，si≤0.50％，mn≤0.50％，p≤0.015％，s≤0.015％，cr：16.00～18.00％，ni：26.00～30.00％，al：0.50～2.50％，ti：1.50～3.50％，mo：1.00～7.00％，w：1.00～7.00％，co：1.0～7.00％；且5.00％≤mo+w+co≤12.00％，其余为fe和不可避免的杂质。

3、进一步地，高强度高硬度气阀合金的化学成分按重量百分比计，包括c：0.08～0.12％，si≤0.35％，mn≤0.45％，p≤0.010％，s≤0.010％，cr：16.10～17.90％，ni：26.50～29.30％，al：0.90～2.15％，ti：1.75～3.35％，mo：1.50～5.90％，w：1.30～6.30％，co：1.20～6.35％；且5.00％≤mo+w+co≤12.00％，其余为fe和不可避免的杂质。

4、另一方面，本发明提供了一种高强度高硬度气阀合金的制备方法，通过感应冶炼、电极退火、重熔冶炼、钢锭退火、精整、锻造、表面清理、热轧、固溶、冷拔、校直和磨光进行制备。

5、进一步地，在电极退火和钢锭退火过程中，所述退火温度为1195-1215℃，保温时间为99-101h；炉冷至550～600℃，出炉空冷。

6、进一步地，在锻造过程中，开锻温度为1140-1160℃，终锻温度≥930℃。

7、进一步地，在固溶阶段，经过1045-1055℃×60～70min水冷。

8、进一步地，在冷拔阶段，在气阀合金进入模具之前，在气阀合金上方加装喷淋装置，所述喷淋装置由喷头、润滑油容器、导管、回收盘、油泵、电动机和支架组成。

9、进一步地，在冷拔阶段，喷淋润滑油的气阀合金长度为1.0～1.5m，喷淋润滑油的流量控制在2-3l/min。

10、进一步地，在冷拔阶段，气阀合金拉拔速率为30m～40m/min，变形量为8％～12％。

11、更进一步地，所述气阀合金室温下的性能为：rm：1170～1301mpa，rp0.2：772～905mpa，a：18.0～25.0％，z：21.5～31.5％，hrc：36～42。

12、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

13、1、本发明通过元素之间的相互作用，尤其是增加了mo、w和co元素，形成了固溶强化和沉淀强化，在两种强化相互作用下，不仅提高了气阀合金的室温性能，而且提高了气阀合金的热强性；经过性能的检测，气阀合金室温下的性能为：rm：1170～1301mpa，rp0.2：772～905mpa，a：18.0～25.0％，z：21.5～31.5％，hrc：36～42，抗拉强度和屈服强度比同类气阀合金(ni30)的抗拉强度提高5.9％以上，屈服强度提高8.4％以上，硬度提高5.8％以上；

14、2、本发明气阀合金通过感应冶炼、电极退火、重熔冶炼、钢锭退火、精整、锻造、表面清理、热轧、固溶、冷拔、校直和磨光等进行制备，需要控制各步骤之间的参数，尤其是优化的冷拔工艺，不仅保证了气阀合金的强度，而且提高了气阀合金的材料利用率，材料利用率达到90％以上；

15、3、在冷拔阶段，在气阀合金进入模具之前，在气阀合金上方加装喷淋装置，喷淋装置由喷头、润滑油容器、导管、回收盘、油泵、电动机、过滤网和支架组成。

16、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种高强度高硬度气阀合金，其特征在于，化学成分按重量百分比计，包括c：0.03～0.15％，si≤0.50％，mn≤0.50％，p≤0.015％，s≤0.015％，cr：16.00～18.00％，ni：26.00～30.00％，al：0.50～2.50％，ti：1.50～3.50％，mo：1.00～7.00％，w：1.00～7.00％，co：1.0～7.00％；且5.00％≤mo+w+co≤12.00％，其余为fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述高强度高硬度气阀合金，其特征在于，化学成分按重量百分比计，包括c：0.08～0.12％，si≤0.35％，mn≤0.45％，p≤0.010％，s≤0.010％，cr：16.10～17.90％，ni：26.50～29.30％，al：0.90～2.15％，ti：1.75～3.35％，mo：1.50～5.90％，w：1.30～6.30％，co：1.20～6.35％；且5.00％≤mo+w+co≤12.00％，其余为fe和不可避免的杂质。

3.一种如权利要求1或2所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，通过感应冶炼、电极退火、重熔冶炼、钢锭退火、精整、锻造、表面清理、热轧、固溶、冷拔、校直和磨光进行制备。

4.根据权利要求3所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，在电极退火和钢锭退火过程中，所述退火温度为1195-1215℃，保温时间为99-101h；炉冷至550～600℃，出炉空冷。

5.根据权利要求3所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，在锻造过程中，开锻温度为1140-1160℃，终锻温度≥930℃。

6.根据权利要求3所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，在固溶阶段，经过1045-1055℃×60～70min水冷。

7.根据权利要求3所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，在冷拔阶段，在气阀合金进入模具之前，在气阀合金上方加装喷淋装置，所述喷淋装置由喷头、润滑油容器、导管、回收盘、油泵、电动机和支架组成。

8.根据权利要求3所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，在冷拔阶段，喷淋润滑油的气阀合金长度为1.0～1.5m，喷淋润滑油的流量控制在2-3l/min。

9.根据权利要求3所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，在冷拔阶段，气阀合金拉拔速率为30m～40m/min，变形量为8％～12％。

10.根据权利要求3所述高强度高硬度气阀合金的制备方法，其特征在于，所述气阀合金室温下的性能为：rm：1170～1301mpa，rp0.2：772～905mpa，a：18.0～25.0％，z：21.5～31.5％，hrc：36～42。

技术总结
本发明涉及一种高强度高硬度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。高强度高硬度气阀合金包括C：0.03～0.15％，Si≤0.50％，Mn≤0.50％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：16.00～18.00％，Ni：26.00～30.00％，Al：0.50～2.50％，Ti：1.50～3.50％，Mo：1.00～7.00％，W：1.00～7.00％，Co：1.0～7.00％；且5.00％≤Mo+W+Co≤12.00％。通过元素之间的相互作用，形成了固溶强化和沉淀强化，在两种强化相互作用下，不仅提高了气阀合金的室温性能，而且提高了气阀合金的热强性。

技术研发人员：王立民,包汉生,何西扣,赵吉庆,程杰锋,李权,陈正宗,唐正焮,李根,车洪艳,刘正东
受保护的技术使用者：钢铁研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7