CN104096989B - 一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，由铁、铬、钼、硼、锰、镍、氮、钛、铝、硅、碳组成。其中各组分按重量百分比铬为25‑32％，钼为2‑5％，硼为1.3‑3％，锰为0.5‑5％，镍为11‑16％，氮为0.1‑0.3％，钛为0.5‑3％，硅为0.04‑4％，钨为0‑2％，碳小于0.1％，余量为铁。本发明产品可代替stellite‑6钴基合金粉末用于等离子堆焊工艺中对发动机气门进行防护和修复，在保证高温性能的同时大大降低了成本。同时，产品具有良好的工艺性能，stellitel‑6合金粉末堆焊前需要对基体进行预热处理，以避免焊缝开裂。本发明堆焊基体不用预热处理，具有良好的堆焊工艺性能。

Description

一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉

技术领域

本发明提供一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，属于高温耐磨领域。

背景技术

气门与气门座是发动机中工作条件最苛刻的一对摩擦副，它们在工作时受到高温、机械磨损和腐蚀的综合作用，在高温、强腐蚀及频繁冲击条件下工作的各类发动机进、排气门，经常因盘锥面的破坏而早期失效，目前我国每年报废的发动机气门在四万只以上。目前国内外气门材料大致经历了铬钢、硅铬钢、铬基奥氏体钢和铁锰奥氏体钢几个阶段，我国排气门用钢主要是4Cr9Si2、4Cr10Si2Mn和21-4N，而这些钢，国内只能满足40％，60％需要进口，且铸造加工性能较差，寿命也不长。为了有效提高锥面的抗磨损能力和抗腐蚀性能以满足工作状态的需求，在很多气门上采用涂覆强化合金的方法。采用合理的堆焊方法和堆焊材料修复发动机气门盘锥面可有效延长气门的服役寿命，每年可以节省优质钢材上万吨，加之设备、能源、工时等，其经济效益十分客观。

目前气门锥面合金强化是增强其承受高温和腐蚀作用而获得满意的耐久性和价格的一种常用方法。目前一般对气门锥面堆焊Stellite-6高温耐磨合金进行强化处理。Stellite-6是钴基锥面强化合金，能大大的提高气门锥面的耐磨性能，同时合金中添加了Cr元素增加了耐腐蚀性能。钴金属是一种稀缺并昂贵资源，我国是一个钴资源缺乏的国家，每年有半数需要进口，大大限制了其使用。同时Stellite-6在堆焊前需要对基体进行预热，才能保证堆焊焊层不开裂。

资源的缺乏、工艺性能的不足以及高昂的价格促使我们寻找低价格高性能优良工艺的替代材料，以满足气门锥面堆焊的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于可以堆焊于发动机气门的锥面增加耐磨性和耐腐蚀性。为实现上述目的，本发明的发动机气门堆焊用铁基喷焊粉含有下列质量比的化学成分：

25至32％ 铬，

2至5％ 钼，

1.3至3％ 硼，

0.5至5％ 锰，

11至16％ 镍，

0.1至0.3％ 氮，

0.5至3％ 钛，

0.04至4％硅，

小于0.1％的碳，

0至2％钨，

余量为不小于40％的铁。

上述一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于所述的喷焊粉的组份按重量百分比优选为，铬为26-30％，钼为3-4.5％，硼为1.3-3％，锰为0.5-3.5％，镍为12-15％，氮为0.1-0.3％，钛为0.5-2％，硅为0.04-4％，钨为0-2％，碳小于0.1％。

上述一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，可以进一步加入重量百分比不大于4％的铝。

上述一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于可以进一步加入重量百分比不大于4％的铌。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉是奥氏体加少量铁素体的组织，以硼化物、钛化物硬质相保证材料的硬度。本发明的发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，加入25-32％的铬。金属铬与氧的亲和力大，Fe-Cr合金在空气中高温氧化时，首先在表面形成Cr2O3膜。该氧化膜结构致密，和基体的黏合力强，可以将内部材料保护起来，具有高耐高温性能，本材料选取20％-32％的铬，铬的最小含量高于20％，使得表面能够形成非常完整致密的保护性Cr2O3膜，在这种情况下，当膜厚增加、破裂露出基体时，基体有足够的铬重新形成氧化膜。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，加入2-5％的钼，钼可降低材料的过热倾向性，提高强度、硬度、热稳定性。同时钼和铬共同作用，改进材料的耐腐蚀性能。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，加入1.3-3％的硼，该材料因为硼的加入，形成细微的硼碳化合物，能大幅度提高材料在高温下的耐磨性能。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，加入13-16％的镍元素和0.5-5％的锰。Ni的晶格常数与γ-铁相近，所以可成连续固溶体，促进奥氏体的稳定性。锰也是奥氏体化元素，镍、锰、碳、氮锰与铁固溶起强化的作用，提高基体的硬度和强度。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，加入了0.1-0.3％的氮。氮是强烈的奥氏体形成元素，减少了材料中碳的用量，降低堆焊时产生Cr7C3，Cr23C6的风险，减少晶间腐蚀。N在产品中借氮化物的析出而产生弥散硬化。提高材料的高温稳定性，增强耐腐蚀性能。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，加入了0.5-3％的钛。钛和硼、碳形成复杂的硼碳化合物，比铁、铬的硼碳化合物具有更好的耐磨性。同时，钛对硼碳的消耗，使得更多的铬进入到基体当中，增强材料的耐腐蚀性能。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，含有0.04-4％的硅元素，硅的功能在于优化粉末的雾化工艺性能，提高成品率，降低合金元素在喷涂过程中的氧化。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，含有0-2％的钨，提高材料的耐热性能。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，含有小于0.1的碳元素，碳元素分两种状态存在于材料中，一种是固溶于基体中，一种是形成金属碳化物，本材料中由于有硼的加入，实际上是形成金属碳硼化合物。

本发明的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，加入不大于4％的铝，增强材料的耐高温腐蚀性能，加入不大于4％的Nb细化晶粒。

具体实施方式

本发明的主要目的是提供一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，替代Stellite-6用于气门锥面的强化和修复。本发明涉及的气门堆焊用粉末可以通过雾化制成堆焊粉。具体实施方式为：配料-熔炼-雾化-冷却-粉末收集-筛分-分级-检测-入库。

实施例

实施例1

根据本发明，利用雾化的方式制备热喷焊粉末，该粉末具有以下的重量百分比成份：

27％ 铬，

4％ 钼，

1.5％ 硼，

2％ 锰，

15％ 镍，

0.15％ 氮，

0.6％ 钛，

4％硅，

1％钨，

1％铝，

0.1％碳，

余量为铁。

实施例2

根据本发明，利用雾化的方式制备热喷焊粉末，该粉末具有以下的重量百分比成份：

25％ 铬，

3％ 钼，

1.7％ 硼，

1％ 锰，

15％ 镍，

0.2％ 氮，

0.8％ 钛，

3％硅，

1.5％钨，

1.5％铝，

0.1％碳，

余量为铁。

实施例3

根据本发明，利用雾化的方式制备热喷焊粉末，该粉末具有以下的重量百分比成份：

30％ 铬，

5％ 钼，

2％ 硼，

3％ 锰，

13％ 镍，

0.2％ 氮，

0.4％ 钛，

3％硅，

2％铝，

0.08％碳，

0.8％铌，

余量为铁。

对以上实施例子，利用泰勒筛筛分出45-150um的粉末。采用上海多木实业有限公司生产的DML-V02B等离子粉末对焊机进行堆焊。堆焊基体为40Cr，输出电流为95A，送粉量为15g/min，单道焊缝宽10mm，焊枪速度为1mm/s。

对比例1

对比例子为Stellite6，该粉末成分按重量百分比计算，其成分为：

1.15％碳，

0.35 锰，

1.05％ 硅，

28％ 铬，

1.5％ 镍，

1.5％ 铁，

4.5％ 钨，

余量为钴。

采用上海多木实业有限公司生产的DML-V02B等离子粉末对焊机进行堆焊。堆焊基体为40Cr，输出电流为95A，送粉量为15g/min，单道焊缝宽10mm，焊枪速度为1mm/s。

对以上堆焊涂层取样进行高温维氏硬度测试，分别测试20度、300度、500度、700度四个温度下的维氏硬度，测试结果如下表：

对以上堆焊涂层取样进行450度磨损实验，测试结果如下表：

	失重(mg)
		实施例1	18
实施例2	18
		实施例3	16
对比例1	20

本发明涉及的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉为奥氏体加少量铁素体的组织，同时由硼化物及其它硬质相强化硬度，材料具有较好的高温稳定性能，相比stellite-6钴基合金有成本低，性能高，工艺性好的特点。是一种性价比较高的可用气门锥面堆焊的新型材料。

Claims (5)

1.一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于可以堆焊于发动机气门的锥面增加耐磨性和耐腐蚀性，成分按重量百分比含25至32％铬，2至5％钼，1.3至3％硼，0.5至5％锰，13至16％镍，0.1至0.3％氮，0.5至3％钛，0.04至4％硅，0至2％钨，小于0.1％的碳，余量为不小于40％的铁。

2.根据权利要求1所述的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于所述的喷焊粉的组份按重量百分比为，铬为26-30％，钼为3-4.5％，硼为1.3-3％，锰为0.5-3.5％，镍为13-15％，氮为0.1-0.3％，钛为0.5-2％，硅为0.04-4％，碳小于0.1％，钨为0至2％，余量为不小于40％的铁。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于进一步加入重量百分比不大于4％的铝。

4.根据权利要求1或2中所述的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于进一步加入重量百分比不大于4％的铌。

5.根据权利要求1或2中所述的一种发动机气门堆焊用铁基喷焊粉，其特征在于可以制成喷涂粉末或堆焊粉末。