CN103614664A - 一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.9、硅0.2-0.3、锰3.3-3.5、铬0.4-0.5、钼0.03-0.05、钒0.004-0.005、Ti0.06-0.08、Ni2.3-2.5、Sb0.01-0.03、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。本发明通过使用锑等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有高强度、高硬度、耐磨性好、韧性好、耐高温腐蚀性、抗氧化等特点，适用于内燃机气阀，气密度高；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一；通过加入精炼剂，气孔度降低1-2度。

Description

一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料及其制备方法。
背景技术
合金钢的发展已经有100多年的历史了，到目前为止，多种多样的合金钢在工业上被应用，主要有以下类型：调质钢、弹簧钢、工具钢、高速钢、模具钢、高中低碳合金钢等，目前为止，虽然合金钢技术得到很大发展，但是，仍有很多问题存在，如耐磨度、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性、成本等不能兼顾，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，为高精尖技术发展提供保障，为社会发展提供动力，任务还很艰巨。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料及其制备方法，该合金材料具有高的耐磨性和硬度，抗氧化性，耐高温腐蚀性。
本发明的技术方案如下：
一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.9、硅0.2-0.3、锰3.3-3.5、铬0.4-0.5、钼0.03-0.05、钒0.004-0.005、Ti0.06-0.08、Ni2.3-2.5、Sb0.01-0.03、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的内燃机气阀用马氏体合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、铬、Ni；（2）锰、钒、Sb；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为10-13分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以180-200℃/小时速率升温至925-945℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至620-630℃，保温30-60分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土10-12、石灰石3-4、海泡石2-3、氟硅酸钠2-3、硝酸钠1-2、蛭石5-6、碳化硅9-11、钛白粉2-3、莹石6-8、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态并搅拌均匀去渣，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明的有益效果
本发明通过使用锑等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有高强度、高硬度、耐磨性好、韧性好、耐高温腐蚀性、抗氧化等特点，适用于内燃机气阀，气密度高；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一。
本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，得到有效的控制，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
具体实施方式
一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.9、硅0.2-0.3、锰3.3-3.5、铬0.4-0.5、钼0.03-0.05、钒0.004-0.005、Ti0.06-0.08、Ni2.3-2.5、Sb0.01-0.03、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的内燃机气阀用马氏体合金钢材料的生产方法为：
（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、铬、Ni；（2）锰、钒、Sb；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为12分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以190℃/小时速率升温至935℃，保温3.5小时；再以150℃/小时速率降温至625℃，保温40分钟；再以110℃/小时速率降温至330℃，保温2.5小时；再以160℃/小时速率升温至540℃，保温2.6小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成：工具钢粉4、粘土10、石灰石3、海泡石2、氟硅酸钠2、硝酸钠2、蛭石5、碳化硅9、钛白粉2、莹石8、氢氧化铝8、玉石粉3、蒙脱石2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态并搅拌均匀去渣，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2%的硅烷偶联剂KH-550、1%的纳米碳粉，混合均匀后，在12-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明内燃机气阀用马氏体合金钢材料的机械性能为：拉伸强度1298MPa，屈服强度954MPa，延伸率12.5％，断面收缩率25％，冲击吸收功52J，冲击韧性64J/cm2，硬度287HB。

Claims (4)

1.一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.9、硅0.2-0.3、锰3.3-3.5、铬0.4-0.5、钼0.03-0.05、钒0.004-0.005、Ti0.06-0.08、Ni2.3-2.5、Sb0.01-0.03、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的内燃机气阀用马氏体合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、铬、Ni；（2）锰、钒、Sb；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为10-13分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的内燃机气阀用马氏体合金钢材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以180-200℃/小时速率升温至925-945℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至620-630℃，保温30-60分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的内燃机气阀用马氏体合金钢材料的生产方法，其特征在于：所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土10-12、石灰石3-4、海泡石2-3、氟硅酸钠2-3、硝酸钠1-2、蛭石5-6、碳化硅9-11、钛白粉2-3、莹石6-8、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态并搅拌均匀去渣，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
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