CN102808112B - 一种排气阀用镍基高温合金 - Google Patents

一种排气阀用镍基高温合金 Download PDF

Info

Publication number
CN102808112B
CN102808112B CN201210305869.8A CN201210305869A CN102808112B CN 102808112 B CN102808112 B CN 102808112B CN 201210305869 A CN201210305869 A CN 201210305869A CN 102808112 B CN102808112 B CN 102808112B
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
steel
present
superalloy
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210305869.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102808112A (zh
Inventor
杨学焦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Huali Pipe Industry Co Ltd
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201210305869.8A priority Critical patent/CN102808112B/zh
Publication of CN102808112A publication Critical patent/CN102808112A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102808112B publication Critical patent/CN102808112B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.10-0.14%,Al 3.5-4.5%,W 1.5-2.5%,Mo 2.0-4.0%,Cr 13.5-15.5%,V 0.4-0.6%,Zr 0.10-0.20%,Nb 0.5-1.5%,Fe 8.0-12.0%,Ta2.5-3.5%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。

Description

一种排气阀用镍基高温合金
技术领域
本发明涉及合金技术领域,特别涉及一种排气阀用镍基高温合金。
背景技术
高温合金是以第VIIIA族金属(铁、钴、镍)为基的具有高的室温和高温强度的合金。从高温合金的产生和发展至今已经历了60多年。推动其发展的动力是航空和航天工业燃汽轮机对耐热合金的需求。高温合金的发展也带动了合金化学及合金加工技术的进步。镍基高温合金具有更高的高温强度,它们是在Cr20Ni80合金的基础上发展起来的,通常以Cr、Mo、Co、Ti、Al等合金元素来进行强化;Cr、Mo、Co等元素的主要作用是强化镍基固溶体,提高基体的再结晶温度,以降低基体中原子的扩散速度。Ti、Al的作用在于形成Ni3(AlTi)-γ′强化相,它具有面心立方结构,析出时与基体共格,聚集长大的速度很小,具有良好的强化效果。近年来随着现代粉末冶金加工技术的应用和喷射成形多元多相弥散强化合金的出现,高温合金在接近材料熔点温度的同时,仍能保持高的持久强度,而普通靠γ′相或(α+γ′)相强化的高温合金只能在低温(600℃~800℃)、中温(800℃~1000℃)使用。采用多元多相弥散强化的高温合金是目前使用温度最高的合金,如美国的IN738合金等。目前,美国、日本、德国、英国、法国等国家均投入大量的人力、物力进行研究和开发。国内主要有北京航空材料研究院、北京钢铁研究总院、中国科学院金属研究所、昆明贵金属研究所等单位从事镍基高温合金的研究开发,但是大多数成果均为航空、航天和军工服务,而为民用工业的较少。
目前,我国在中等负荷的内燃机中,普遍采用21-4N钢(即5Cr21Mn9Ni4N)作为中、小缸径的排气阀用钢,该钢的工作温度在650-750℃之间,气阀钢长期使用在高温下,则会有层状析出物增多,由于这种层状的析出是铬的碳化物和氮化物,因此大量的析出物会使气阀钢基体贫铬,导致该钢在高温燃气条件下的抗腐蚀性能显著下降,也会使气阀的颈部、盘部、盘锥面形成腐蚀坑,容易使气阀钢产生漏气和盘部开裂,气阀颈部的腐蚀坑在弯曲疲劳应力的作用下,很容易产生疲劳裂纹甚至断裂。现有技术中针对高负荷的内燃机排气阀用钢也有资料介绍,例如美国专利4929419文献介绍的气阀钢,该钢是针对23-8N钢进行面分调整,如采用添加C、B、W、Mo元素和提高C、N含量来改变钢种的使用性能,另外德国在专利文献DE3704473A1中介绍的是一种改进型气阀钢,该钢是在21-4N钢基础上添加了5-6%Al、1.8-2.5%Nb、0.8-1.5%W,N提高到0.4-0.6%的成分范围,再有改进形气阀钢的技术还有俄罗斯SU1650762A1专利,该专利文献介绍了一种在21-4N基础上添加0.5-1.5%Mo;0.5-1.5%Nb;0.5-1.5V和0.05-0.20%Zr元素,该类钢性能只略有所提高,不能满足高负荷内燃机排气阀用钢的需要。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种排气阀用镍基高温合金,以解决现有技术的材料不能满足需要的问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.10-0.14%,Al 3.5-4.5%,W 1.5-2.5%,Mo 2.0-4.0%,Cr 13.5-15.5%,V0.4-0.6%,Zr 0.10-0.20%,Nb 0.5-1.5%,Fe 8.0-12.0%,Ta 2.5-3.5%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
优选,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.11-0.13%,Al3.8-4.2%,W 1.8-2.2%,Mo 2.5-3.5%,Cr 14.0-15.0%,V 0.45-0.55%,Zr0.13-0.17%,Nb 0.8-1.2%,Fe 9.0-11.0%,Ta 2.8-3.2%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
最优选,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.12%,Al 4.0%,W 2.0%,Mo 3.0%,Cr 14.5%,V 0.50%,Zr 0.15%,Nb 1.0%,Fe 10.0%,Ta 3.0%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
本发明在成分中调整了合金元素的含量,本发明通过增加新元素及调整其他元素的含量形成了新的相结构,从而抑制和改变了原来铬与碳形成的层状析出。并且新相的结构更稳定,经高温长时间时效后的屈服强度、持久强度和高温弯曲疲劳强度明显高于现有技术中高负荷的内燃机排气阀用钢。
本发明提高碳元素含量,主要考虑到碳既是奥氏体化元素,又是间隙强化的元素,碳与铬可以形成碳化物,能有效的提高强化效果,而且碳比较廉价,因此增加碳含量是本发明以低成本获得高性能的手段之一
本发明调整铬元素,充分保证该钢中具有良好的抗氧化化和抗燃气高温腐蚀性能,铬与碳化合形成化合物,既提高了强度又提高硬度从而提高耐磨性,但又避免添加过多导致成本增加。
本发明加入Ta提高合金的高温强度和持久强度,因为大部分Ta溶入γ′相而强化γ′相,增加γ′相的沉淀强化效果;同时,小部分的Ta进入γ基体,起固溶强化作用,Ta还可以改善抗热腐蚀性能,补偿由于Cr含量的适当降低而对抗热腐蚀性能带来的不利影响。
本发明调整铝元素,铝在奥氏体不锈钢中的作用,能提高不锈钢的耐腐蚀性能,提高钢在低温下的韧性、抗氧化性。
本发明调整锆和铌元素,达到防止敏化态晶间腐蚀的目的。
在上述合金元素的基础上,添加适量的提高高温性能作用的钨和钼元素。
添加适量的钒以改善碳化物分布和形态,从而改善性能。
本发明具有如下有益效果:
(1)控制每种合金元素的含量,特别是不加或少加昂贵合金元素,如Co,以节省成本,满足民用高温合金对成本的要求,但通过添加多种合金元素,使得各种合金元素之间的技术效果相互协同,从而使得高温合金的综合性能优异。
(2)本发明的高温合金内部组织致密,非金属夹杂总量比同种钢锭低20%左右,化学成份偏差及内部金相组织缺陷等减少,提高了金属的机械性能。经对钢坯进行金相组织测试,达到了气门钢的各种性能指标,满足生产要求。
(3)产品成分设计合理,综合性能好、尤其高温强度、高温耐蚀性能好,极耐燃气腐蚀,满足高负荷内燃机排气阀用钢的需要。
具体实施方式
实施例一
一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.10%,Al 4.5%,W 1.5%,Mo 4.0%,Cr 13.5%,V 0.6%,Zr 0.10%,Nb1.5%,Fe 8.0%,Ta 3.5%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
实施例二
一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.14%,Al 3.5%,W 2.5%,Mo 2.0%,Cr 15.5%,V 0.4%,Zr 0.20%,Nb0.5%,Fe 12.0%,Ta 2.5%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
实施例三
一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C0.11%,Al 4.2%,W 1.8%,Mo 3.5%,Cr 14.0%,V 0.55%,Zr 0.13%,Nb 1.2%,Fe 9.0%,Ta 3.2%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
实施例四
一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C0.13%,Al 3.8%,W 2.2%,Mo 2.5%,Cr 15.0%,V 0.45%,Zr 0.17%,Nb 0.8%,Fe 11.0%,Ta 2.8%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
实施例五
一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.12%,Al 4.0%,W 2.0%,Mo 3.0%,Cr 14.5%,V 0.5%,Zr 0.15%,Nb1.0%,Fe 10.0%,Ta 3.0%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种排气阀用镍基高温合金,其特征在于,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.12%,Al 4.0%,W 2.0%,Mo 3.0%,Cr 14.5%,V 0.50%,Zr 0.15%,Nb 1.0%,Fe 10.0%,Ta 3.0%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质;大部分Ta溶入γ′相而强化γ′相;同时,小部分的Ta进入γ基体,起固溶强化作用。
CN201210305869.8A 2012-08-24 2012-08-24 一种排气阀用镍基高温合金 Active CN102808112B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210305869.8A CN102808112B (zh) 2012-08-24 2012-08-24 一种排气阀用镍基高温合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210305869.8A CN102808112B (zh) 2012-08-24 2012-08-24 一种排气阀用镍基高温合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102808112A CN102808112A (zh) 2012-12-05
CN102808112B true CN102808112B (zh) 2015-05-06

Family

ID=47231981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210305869.8A Active CN102808112B (zh) 2012-08-24 2012-08-24 一种排气阀用镍基高温合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102808112B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103614660A (zh) * 2013-10-24 2014-03-05 铜陵市经纬流体科技有限公司 一种泵阀用高屈服强度合金钢材料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101087894A (zh) * 2004-12-23 2007-12-12 西门子公司 镍基合金、构件、燃气轮机装置以及钯在有关这种合金中的应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101087894A (zh) * 2004-12-23 2007-12-12 西门子公司 镍基合金、构件、燃气轮机装置以及钯在有关这种合金中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN102808112A (zh) 2012-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8734716B2 (en) Heat-resistant superalloy
CN102808113B (zh) 一种镍基高温合金的制备工艺
CN102808111B (zh) 一种排气阀用镍基高温合金的制备方法
CN103740983A (zh) 高强韧耐腐蚀时效强化型镍基合金及直接时效热处理方法
WO2019018038A3 (en) PRECIPITATION-CURED COBALT-NICKEL SUPERALLIAGE AND ARTICLE MADE THEREFROM
CN104630597A (zh) 一种铁镍铬基高温合金及其制造方法
CN106893893B (zh) 一种高强低膨胀高温合金
JP2011219864A (ja) 排気バルブ用耐熱鋼
AU2017341454A1 (en) Nickel alloy
TW201319276A (zh) 高耐熱性、高強度銠基合金及其製造方法
CN108866389A (zh) 一种低成本高强抗热腐蚀镍基高温合金及其制备工艺和应用
CN104762530A (zh) 一种碳化物强化的高性能镍基铸造高温合金
CN102808112B (zh) 一种排气阀用镍基高温合金
CN104988357A (zh) 超超临界汽轮机用镍基合金材料
CN108866387A (zh) 一种燃气轮机用高强抗热腐蚀镍基高温合金及其制备工艺和应用
CN109536781B (zh) 一种高纯净低夹杂镍基粉末高温合金及其制备方法和应用
CN102808114B (zh) 一种镍基高温合金
CN107587000A (zh) 一种高温合金
CN100497701C (zh) 一种V改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
CN100510138C (zh) 一种Co改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
CN106676366B (zh) 耐高温合金的制备方法
CN100523250C (zh) 一种Nb改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
CN100523247C (zh) 一种Hf改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
CN100523248C (zh) 一种Zr改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
Mazalov et al. Specific features of microstructure formation in Co–Cr–Ni–W–Ta alloys and their mechanical properties

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ZHU YUPAN

Free format text: FORMER OWNER: YANG XUEJIAO

Effective date: 20150414

C14 Grant of patent or utility model
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 315181 NINGBO, ZHEJIANG PROVINCE TO: 315175 NINGBO, ZHEJIANG PROVINCE

GR01 Patent grant
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20150414

Address after: Yinzhou District Lianfeng road 315175 Zhejiang city of Ningbo Province, No. 886

Applicant after: Zhu Yupan

Address before: Yinzhou District Heng Jie Heng Jie Zhen Road 315181 No. 50 Zhejiang city of Ningbo Province

Applicant before: Yang Xuejiao

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20181206

Address after: Room 1402, Ziyang Building, 99 Mingzhu Road, Huaishang District, Bengbu City, Anhui Province

Patentee after: Bengbu HRABERO Intellectual Property Service Co. Ltd.

Address before: 315175 886 Luen Fung Road, Yinzhou District, Ningbo, Zhejiang

Patentee before: Zhu Yupan

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20181226

Address after: Room A208, Xuzhou Kechuang Software Park Management Co., Ltd. in Science Park of National University of China Mining University, Jiefangnan Road, Xuzhou City, Jiangsu Province, 221000

Patentee after: Li Yunhao

Address before: Room 1402, Ziyang Building, 99 Mingzhu Road, Huaishang District, Bengbu City, Anhui Province

Patentee before: Bengbu HRABERO Intellectual Property Service Co. Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191118

Address after: 314500 Building 1, No.88, Changhua Road, Heshan Town, Tongxiang City, Jiaxing City, Zhejiang Province

Patentee after: Zhejiang Huali Pipe Industry Co., Ltd.

Address before: 221000 Jiangsu city in Xuzhou Province, the liberation of South Road, China University of Mining and Technology National University Science and Technology Park Xuzhou Branch Software Park Management Limited A208 room

Patentee before: Li Yunhao