一种节镍耐高温气阀合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于节镍耐高温合金材料技术领域，具体涉及一种节镍耐高温气阀合金， 与现有技术材料相比高温组织、性能稳定性好，800°c高温强度、硬度下降较小，耐蚀性、抗 氧化性能好，经济耐用，适用于大功率天然气及柴油发动机。
【背景技术】
[0002] 气阀合金是制造各类车船用内燃机排气阀的重要合金材料。随着能源与排放法规 对内燃机要求的逐步提高，排气门将承受更强的机械冲击、热负荷和温度突变，工作环境将 更加恶劣，耐高温将成为内燃机排气阀必须跨过的一道门槛。特别是大功率天然气发动机， 其涡前排气温度高达720°C或以上，排气阀阀盘的温度高达800°C，要求气阀材料在该温度 下组织、性能稳定、有足够的强度、硬度、抗氧化性与抗硫化物腐蚀性能。
[0003] 高负荷内燃机气阀用材料通常有3种，一种是以耐热钢为基体，在阀面的锥面上 堆焊一层耐磨耐蚀合金，如以4Crl4Nil4W2Mo作为基体，锥面堆焊料为Stellite6钴基 合金，该类气阀目前只能用于中等负荷的柴油机排气阀，其优点是成本较低，但缺点是不 能满足高负荷发动机零部件的使用强度，生产工艺复杂、产品易损坏、使用寿命低、堆焊 层因焊接缺陷容易脱落、成品合格率低。第二种材料是镍基合金，如Inconel751 (HEV3) 和Nimonic80A(HEV5)等，该类材料中的合金含量高，如表1所示，其含Ni质量分数超过 70%，故成本较高。随着油品中含铅量的大幅降低，国内外都开发并使用镍含量较低的铁 镍基合金，以降低气阀的制造成本。在现有技术中，中高负荷发动机机气阀用材料为LF2 和NCF3015 (HRV30)，但二者的最高设计服役温度为760°C，当服役温度接近800°C时，二者 强度、硬度下降明显，且随着服役时间的延长，NCF3015和LF2将发生组织退化，即主要强 化相Y' [化学式为Ni3(Ti，Al)]不稳定一一发生粗化，并且逐渐失去和基体的共格关系， 对位错运动的阻碍作用逐渐减弱，导致材料的高温强度、硬度进一步降低，难以保证日益提 高的服役温度对气阀的可靠性要求。而本发明通过化学成分的调整，即：适当提高Ni含 量（如表1所示，将Ni含量从LF2的24. 5-27. 0 %和NCF3015的29. 5~33. 5 %提高到 34.0~36.0%)，调整〇含量（1^2为17.0-23.0%，从^3015为13.5-15.5%，本发明为 16. 0-16. 5% )，调整Al、Ti、Nb配比，并添加一定量的Zr，促成组织上的"三增二减"，即增加 y'相质量分数、减小析出尺寸、增加析出相稳定性（析出的y"相[化学式为Ni3(Ti，Al， Nb)]，稳定性高于Y'）、减少脆性相（LF2易析出LAVES相和SIGMA相），增强晶界与位错稳 定性，从而提高合金组织与性能的热稳定性。虽Ni含量有所提升，制造成本略有增加，但将 合金的服役温度从LF2和NCF3015的760°C提高到800°C，750°C与800°C的高温强度与硬 度均高于LF2和NCF3015,可提高发动机品质并降低售后维护费用。
[0004] 除热稳定性和服役温度提高外，从表1所示的化学成分对比表还可以看出，本发 明所提出材料的主要合金元素Ni含量区间与NCF3015和LF2均无重叠；Cr含量区间与 NCF3015和LF2均无重叠。LF2合金添加增大冶金难度的稀土，而本发明合金不添加稀土， LF2合金添加铜元素，而本发明合金不添加铜元素，LF2合金不添加钼元素，而本发明合金 添加固溶强化元素钼；LF2合金添加钴元素，而本发明合金不添加钴元素；NCF3015不添加 锆元素，本发明合金添加锆元素，用于强化晶界与位错。
[0005]表1本发明合金材料与现有技术材料成分对比（wt% )
【主权项】
1. 一种节镍耐高温气阀合金，其特征在于，化学成分质量百分比为：C:0. 03-0. 08% ;Si:0. 1-0. 5 %；Mn：0. 1-0. 5 % ；Cr: 16. 0-16. 5 %；Ni: 34. 0-36. 0 %；Nb:0. 5-1.5 %； Ti:2. 3-2. 9% ;A1:1. 5-2. 2%，Mo:0? 5-1. 5%，Zr:0? 02-0. 1%，余量为Fe及不可避免的杂 质。
【专利摘要】一种节镍耐高温气阀合金，属于节镍合金材料技术领域。该气阀合金材料的化学成分质量百分比为：C:0.03-0.08％；Si:0.1-0.5％；Mn：0.1-0.5％；Cr:16.0-16.5％；Ni:34.0-36.0％；Nb:0.5-1.5％；Ti:2.3-2.9％；Al:1.5-2.2％，Mo:0.5-1.5％,Zr:0.02-0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的优点在于，具有高温组织、性能稳定性好，800℃高温强度、硬度下降较小，耐蚀性、抗氧化性能好，经济耐用，适用于大功率天然气及柴油发动机。
【IPC分类】C22C38-50
【公开号】CN104818430
【申请号】CN201510250560
【发明人】李 权, 刘正东, 王立民, 杨钢, 包汉生, 唐广波
【申请人】钢铁研究总院
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月15日