CN105821345A - 一种用于飞机卫生间阀门的合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于飞机卫生间阀门的合金材料，其成分质量百分比为：碳0.6%~1.0%，锰0.65%~1.10%，磷0.035%~0.045%，硫0.03%~0.04%，硅0.15%~0.355%，铬18.0%~20.0%，钼0.15%~0.25%，镍9.0%~12.0%，铜0.21%~0.30%，锌0.31%~0.42%，钴17.0%~20.0%，锶8.0%~11.0%，镧0.10%~0.30%，硼0.50%~3.0%，铝0.10%~0.50%，铑0.01%~0.03%，其余为铁；在真空条件下熔融、离心浇铸，经热等静压处理得到成品。本发明具有优良的抗腐蚀性能，耐气压变化，耐磨的性能。

Description

一种用于飞机卫生间阀门的合金材料

技术领域

本发明属于阀门合金材料领域，具体涉及一种用于飞机卫生间阀门的合金材料。

背景技术

在飞机上因为交通工具的特殊性，飞机卫生间面临的问题是，不方便使用盛有水的抽水马桶，因为当每遇到一次颠簸时，都可能溅出水来。这样也无法用水和虹吸管或地球引力来清理马桶。这时，人们就设计了主动真空系统来替代被动虹吸管，因此飞机厕所又称真空厕所。1975年，飞行员詹姆斯堪伯发明了我们现在所用的噪声巨大的真空马桶。真空厕所用水量少、可要求更小的下水管直径、冲洗方向不受任何限制。真空系统无需考虑地球引力，不用防止下水管垂直向上。管道也无需向下，安装新厕所布局更灵活。每冲一次真空马桶的耗水量仅为240ml。耗水量越少意味着飞机的重量就可以更轻，可以带来更高的飞行效率。真空马桶工作主要是利用机舱内外的气压差，把污物以每秒30米的速度送入位于飞机后部的污水箱。在空客A380上，近800名乘客所产生的废物只用2秒钟就穿过长达60米的机体，这在当时也是冲马桶速度的最高纪录。

但是，飞机上使用的真空马桶的下水孔很小，直径如一粒鸡蛋，而且有一片能活动的阀门，极易堵塞。这些情况对飞机卫生间用阀门的质量提出了很高的要求，尤其是阀门的材料，是决定阀门质量的关键，设置影响到航空安全。但是，目前对于飞机卫生间用阀门合金材料的研究非常有限，如何选取合适的合金材料来制备飞机卫生间用阀门，是本行业技术人员所面临的一大难题。

一般民用飞机经常处于飞行状态，飞行人员和乘客经常使用卫生间，因而阀门使用频率很高，这就要求阀门具有较高的耐磨性，另外，为了节省飞机的检修时间，使得检修工作放到重要部件上，必须对经常使用的阀门提出较高的耐磨性和耐腐蚀性，其次，由于飞机经常在气压交变的环境下工作，这样就要求阀门具有耐气压变化的抵抗能力。

目前急需一种耐磨性好、耐腐蚀、具有耐气压变化的阀门材料。

发明内容

为了克服上述现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于飞机卫生间阀门的合金材料，其具有优良的抗腐蚀性能，耐气压变化，耐磨的性能。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：

一种用于飞机卫生间阀门的合金材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：0.6%~1.0%的碳，0.65%~1.10%的锰，0.035%~0.045%的磷，0.03%~0.04%的硫，0.15%~0.355%的硅，18.0%~20.0%的铬，0.15%~0.25%的钼，9.0%~12.0%的镍，0.21%~0.30%的铜，0.31%~0.42%的锌，17.0%~20.0%的钴，8.0%~11.0%的锶，0.10%~0.30%的镧，0.50%~3.0%的硼，0.10%~0.50%的铝，0.01%~0.03%的铑，其余为Fe。

进一步地，镧的质量百分比为0.10%~0.20%。

更进一步地，硼的质量百分比为0.50%~2.0%。

更进一步地，铝的质量百分比为0.25%~0.30%。

更进一步地，钴的质量百分比为17.0%~18.0%。

更进一步地，铑的质量百分比为0.01%~0.02%。

一种用于飞机卫生间阀门的合金材料，其特征在于，按质量百分比计含有如下原料组分，碳0.43%、锰0.88%、磷0.040%、硫0.03%、硅0.35%、铬18.0%、钼0.21%、镍11.0%、铜0.28%、锌0.39%、钴17.5%、锶10%、镧0.17%、硼1.50%、铝0.29%、铑0.018%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的另一目的，在于提供一种用于飞机卫生间阀门的制备方法，其中，包括以下步骤：

步骤S01，将待熔炼的原材料加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，将锰、铬、钼、镍、铜、锌、钴、锶、镧、铝、铑以350℃/min~500℃/min的加热速度加热至熔融，保温30min~50min；

步骤S02，将碳、磷、硫、硅、硼粉碎至10μm~20μm的颗粒，再采用氩气吹送至水冷铜坩埚的真空室内，使合金材料的原材料混合均匀；

步骤S03，采用离心浇铸的方法铸造飞机卫生间阀门合金材料，经过热等静压处理得到飞机卫生间阀门合金材料成品。

更进一步地，在步骤S03中，离心浇铸的方法为：铸造预热温度为650℃~700℃，离心转速370rpm~400rpm，浇铸过程在6秒~10秒完成。

更进一步地，在步骤S03中，静压处理的方法为：在1280℃~1300℃，热等静压160MPa~200MPa的条件下，保压1小时~2小时，所述合金材料是珠光体面积率为85％以上的组织，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ分别满足下述公式：9.0≤Pave≤13.0；0.0＜Pσ≤0.3。

以下，对本发明中采用的合金的成分组成的限定理由进行说明，成分组成中涉及的%指质量%。

碳：0.6%~1.0%，钴：17.0%~20.0%，镍：9.0%~12.0%，镧：0.10%~0.30%，合金中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，碳量高还会降低合金的耐大气腐蚀能力；碳是对于阀门加工后的强度加强起有效作用的元素，因此需要含有0.6％以上，随着碳含量的增加，碳化物会增加，阀门的延展性、韧性降低会降低，因而将碳含量控制在1.0％以下，同时为了提高延展性和韧性，加入0.10%~0.30%的镧，镧的加入使得阀门的耐磨性有所降低，为了不降低耐磨性，加入17.0%~20.0%的钴和9.0%~12.0%的镍，这样阀门的延展性、韧性、耐磨性进一步同时提高，同时由于加入的镧是少量的，因而材料成本不会提高，镧的含量优选为0.17%，钴的含量优选为17.5%，镍的含量优选为11.0%。在本发明中，由于Fe、Ni与Co可无限互溶，可得到晶格结构形式不同的α、γ和ε相，另外，碳与钴在合金中形成Co-C系合金，增强合金的机械强度和抗金属疲劳能力，另外使得合金的耐磨性和抗腐蚀性再次提高。

锰：0.65%~1.10%，锰是一种弱脱氧剂，合金中添加锰，不但有利于合金的抗蚀性，而且还能使合金的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善合金的抗腐蚀性能。随着锰含量增加，合金强度有所提高，本发明将锰含量规定为0.65%~1.10%，优选为0.88%。

磷：0.035%~0.045%，硫：0.03%~0.04%，硅：0.15%~0.355%，磷、硫对提高碳素钢的抗拉强度有一定的作用，但同时又都增加钢的脆性，硅可强化铁素体，提高耐热性和耐蚀性，在合金中能降低熔点，改善流动性，但是降低了合金的韧性和塑性，故在合金中添加了钼，因此加入钼0.15%~0.25%，钼能使钢的晶粒细化，降低脆性，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，合金中加入钼，能提高机械性能，还可以抑制合金的脆性，考虑到硅、磷、硫与钼的相互影响，在航空条件及飞机卫生间阀门的特殊需求下，本发明将硅含量规定为0.1%~0.355%，优选为0.35%；钼含量规定为0.15%~0.25%，优选为0.21%。磷含量规定为0.035%~0.045%，优选为0.040%；硫含量规定为0.03%~0.04%，优选为0.03%。

铬：18.0%~20.0%，铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，为了进一步提高阀门的耐腐蚀性，加入含量为0.10%~0.50%的铝，铬和铝的加入使得抗氧化性和耐腐蚀性进一步提高，铬含量优选为18.0%，铝含量优选为0.29%。

铜：0.21%~0.30%，铜能提高钢材合金的强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。因此，本发明将铜含量规定为0.21%~0.30%，优选为0.28%。

锌：0.31%~0.42%，锌在合金中能提高流动性，增加热脆性，降低耐蚀性，故应控制锌的含量在规定范围中。含锌量很高的合金却具有较好的铸造性能和机械性能，切削加工也比较好，因此，本发明将合金材料中锌含量规定为0.31%~0.42%，优选为0.39%。

锶：8.0%~11.0%，锶有很强的吸收X射线辐射功能和独特的物理化学性能，可以防止高空中的宇宙射线对飞机及其零部件的伤害，因此，为防止飞机卫生间阀门的伤害，本发明将合金材料中锶含量规定为8.0%~11.0%，优选为10.0%。

硼：0.50%~3.0%，钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。因此，本发明将合金材料中硼含量规定为0.50%~3.0%，优选为1.50%。

铑：0.01%~0.03%，铑有较强的反射能力，加热状态下特别柔软。铑的化学稳定性好，抗氧化性很好，加入到钢材中，能够提高钢材的稳定性。因此，本发明将铑含量规定为0.01%~0.03%，优选为0.018%。

本发明的优点是：

1.本发明具有耐磨的性能，在所提供的合金中，碳的含量为0.6%~1.0%，合金中0.6%~1.0%的含碳量，使得合金材料的屈服点和抗拉强度得到提高，另外，合金中碳含量的增加，碳化物会增加，此外，部分碳与钴形成Co-C系合金，进一步提高合金的硬度和耐磨性，因而加入17.0%~20.0%的钴，同时考虑钴的损失，因而再加入9.0%~12.0%的镍，使合金的硬度和耐磨性得到更好改善，本发明合金材料制备经过热等静压处理，保证了制备的合金材料的珠光体面积率达85％以上，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ控制范围满足：9.0≤Pave≤13.0、0.0＜Pσ≤0.3，强度硬度提高，有效地防止了材质分布不均造成的耐磨性能低的缺陷；

2.在本发明中，由于碳的加入使得塑性和耐冲击性有所降低，为了改善这种不利因素，在合金材料中加入0.10%~0.30%的镧，弥补了合金塑性低和冲击性低，使阀门的延展性、韧性提高，以适应耐气压变化的能力，另外加入的部分镍使阀门的延展性、韧性得到改善；

3.本发明合金中添加0.65%~1.10%的锰，有利于合金的抗蚀性，改善合金的抗腐蚀性能；添加0.035%~0.045%的磷、0.03%~0.04%的硫对提高碳素钢的抗拉强度有一定的作用，添加0.15%~0.355%的硅强化铁素体，提高耐热性和耐蚀性，同时改善因磷硫的添加而最大脆性的弊端，在合金中添加0.15%~0.25%的钼，使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，降低脆性，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，进一步抑制合金的脆性；合金中0.10%~0.50%的铝和18.0%~20.0%的铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，稳定了阀门的耐腐蚀性；

4.本发明合金中0.21%~0.30%的铜能提高钢材合金的强度和韧性，使耐磨的性能和抗腐蚀性能得到改善，0.31%~0.42%的锌提高合金的流动性，使得各组分元素反应组合充分且均匀，因此抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能又一次提高；0.50%~3.0%的硼可改善钢的致密性能，使抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能再次提高；

5.本发明合金材料制备经过真空熔炼、氩气吹送原料并混合，保证合金原材料的充分混合，并有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗，提高了材料的抗氧化性和耐磨性；同时，由于铁、镍与钴可无限互溶，又离心浇铸的方式，所以得到的合金材料的晶格结构有形式不同的α、γ和ε相，保证合金在复杂环境下的稳定性；

6.本发明合金材料制备经过热等静压处理，保证了制备的合金材料的珠光体面积率达85％以上，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ控制范围满足：9.0≤Pave≤13.0、0.0＜Pσ≤0.3，塑性变形的抗力大，耐气压变化的能力；

7.由于Fe、Ni与Co可无限互溶，可得到晶格结构形式不同的α、γ和ε相，另外，碳与钴在合金中形成Co-C系合金，增强合金的机械强度和抗金属疲劳能力，另外使得合金的耐磨性和抗腐蚀性再次提高。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，用来对本发明作进一步详细说明。

实施例1

原料组分：

碳0.63%、锰0.88%、磷0.040%、硫0.03%、硅0.35%、铬18.0%、钼0.21%、镍11.0%、铜0.28%、锌0.39%、钴17.5%、锶10%、镧0.17%、硼1.50%、铝0.29%、铑0.018%，其余为铁。

碳的含量为0.63%，保证了合金的基本机械强度，但阀门的延展性、韧性需要提高，0.17%的镧，但镧的加入使得阀门的耐磨性有所降低，为了不降低耐磨性，加17.5%的钴和11.0%的镍，这样阀门的延展性、韧性、耐磨性进一步提高，由于铁、镍与钴可无限互溶，可得到晶格结构形式不同的α、γ和ε相，另外，碳与钴在合金中形成Co-C系合金，使得材料的韧性、稳定性与硬度在碳含量为0.63%的情况下达到最优，合金的耐磨性和抗腐蚀性再次得到提高，同时由于加入的镧是少量的，因而材料成本不会提高。合金中添加0.88%的锰，不但有利于合金的抗蚀性，而且还能使合金的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善合金的抗腐蚀性能。合金中添加0.35%的硅、0.21%的钼、0.040%的磷、0.03%的硫，保证合金在碳含量为0.63%的情况下有优良的抗拉强度和抗蠕变能力。0.28%的铜能进一步改善合金材料的延展性和抗腐蚀性，0.39%的锌能提高合金的流动性，铜和锌的配合，能使合金材料的耐磨性能和抗腐蚀性能得到改善，使得合金中各组分元素反应组合充分且均匀，因此抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能又一次提高。10.0%的锶和0.018%的铑能够吸收和反射X射线辐射，防止高空中的宇宙射线对飞机及其零部件的伤害，1.50%的硼可改善合金的致密性，使抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能得到巩固和稳定，另外，合金中0.29%的铝和18.0%的铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，稳定了阀门的耐腐蚀性。

通过如下方法制备：

将待熔炼的原材料加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，将锰、铬、钼、镍、铜、锌、钴、锶、镧、铝、铑以400℃/min的加热速度加热至熔融，保温35min，将碳、磷、硫、硅、硼粉碎至15μm的颗粒，再采用氩气吹送至水冷铜坩埚的真空室内，使合金材料的原材料混合均匀，保证合金原材料的充分混合，并有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗，提高了材料的抗氧化性和耐磨性；然后在铸造预热温度为670℃，离心转速380rpm，浇铸过程在8秒完成离心浇铸，有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗；最后在1290℃，热等静压180MPa的条件下，保压1小时，得到飞机卫生间用阀门合金材料成品，所得到的合金材料的晶格结构有形式不同的α、γ和ε相，保证合金在复杂环境下的稳定性，经热等静压处理后得到的合金材料是珠光体面积率为90％的材料组织，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave=9.5，其标准偏差Pσ=0.2，制备的合金材料强度硬度提高，有效地防止了材质分布不均造成的耐磨性能低的缺陷。

本实施例所制备的合金材料硬度为87HB，屈服强度为1750MPa，在-78℃条件下的抗拉强度为361MPa，伸长率为50.2%，断面收缩率为62.5%。

实施例2

原料组分：

碳0.60%、锰0.65%、磷0.035%、硫0.03%、硅0.15%、铬18.0%、钼0.15%、镍9.0%、铜0.21%、锌0.31%、钴17.0%、锶8.0%、镧0.10%、硼0.50%、铝0.10%、铑0.01%，其余为铁。

碳的含量为0.60%，保证了合金的基本机械强度，但阀门的延展性、韧性需要提高，0.10%的镧，但镧的加入使得阀门的耐磨性有所降低，为了不降低耐磨性，加17.0%的钴和9.0%的镍，这样阀门的延展性、韧性、耐磨性进一步提高，由于铁、镍与钴可无限互溶，可得到晶格结构形式不同的α、γ和ε相，另外，碳与钴在合金中形成Co-C系合金，使得材料的韧性、稳定性与硬度在碳含量为0.60%的情况下达到最优，合金的耐磨性和抗腐蚀性再次得到提高，同时由于加入的镧是少量的，因而材料成本不会提高。合金中添加0.65%的锰，不但有利于合金的抗蚀性，而且还能使合金的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善合金的抗腐蚀性能。合金中添加0.15%的硅、0.15%的钼、0.035%的磷、0.03%的硫，保证合金在碳含量为0.60%的情况下有优良的抗拉强度和抗蠕变能力。0.21%的铜能进一步改善合金材料的延展性和抗腐蚀性，0.31%的锌能提高合金的流动性，铜和锌的配合，能使合金材料的耐磨性能和抗腐蚀性能得到改善，使得合金中各组分元素反应组合充分且均匀，因此抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能又一次提高。8.0%的锶和0.01%的铑能够吸收和反射X射线辐射，防止高空中的宇宙射线对飞机及其零部件的伤害，0.50%的硼可改善合金的致密性，使抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能得到巩固和稳定，另外，合金中0.10%的铝和18.0%的铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，稳定了阀门的耐腐蚀性。

通过如下方法制备：

将待熔炼的原材料加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，将锰、铬、钼、镍、铜、锌、钴、锶、镧、铝、铑以350℃/min的加热速度加热至熔融，保温30min，将碳、磷、硫、硅、硼粉碎至10μm的颗粒，再采用氩气吹送至水冷铜坩埚的真空室内，使合金材料的原材料混合均匀，保证合金原材料的充分混合，并有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗，提高了材料的抗氧化性和耐磨性；然后在铸造预热温度为650℃，离心转速370rpm，浇铸过程在6秒完成离心浇铸，有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗；最后在1280℃，热等静压160MPa的条件下，保压1小时，得到飞机卫生间用阀门合金材料成品，所得到的合金材料的晶格结构有形式不同的α、γ和ε相，保证合金在复杂环境下的稳定性，经热等静压处理后得到的合金材料是珠光体面积率为85％的材料组织，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave=9.0，其标准偏差Pσ=0.1，制备的合金材料强度硬度提高，有效地防止了材质分布不均造成的耐磨性能低的缺陷。

本实施例所制备的合金材料硬度为86HB，屈服强度为1740MPa，在-78℃条件下的抗拉强度为374MPa，伸长率为49.8%，断面收缩率为64%。

实施例3

原料组分：

碳1.0%、锰1.10%、磷0.045%、硫0.04%、硅0.355%、铬20.0%、钼0.25%、镍12.0%、铜0.30%、锌0.42%、钴20.0%、锶11.0%、镧0.30%、硼3.0%、铝0.50%、铑0.03%，其余为铁。

碳的含量为1.0%，保证了合金的基本机械强度，但阀门的延展性、韧性需要提高，0.30%的镧，但镧的加入使得阀门的耐磨性有所降低，为了不降低耐磨性，加20.0%的钴和12.0%的镍，这样阀门的延展性、韧性、耐磨性进一步提高，由于铁、镍与钴可无限互溶，可得到晶格结构形式不同的α、γ和ε相，另外，碳与钴在合金中形成Co-C系合金，使得材料的韧性、稳定性与硬度在碳含量为1.0%的情况下达到最优，合金的耐磨性和抗腐蚀性再次得到提高，同时由于加入的镧是少量的，因而材料成本不会提高。合金中添加1.10%的锰，不但有利于合金的抗蚀性，而且还能使合金的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善合金的抗腐蚀性能。合金中添加0.355%的硅、0.25%的钼、0.045%的磷、0.04%的硫，保证合金在碳含量为1.0%的情况下有优良的抗拉强度和抗蠕变能力。0.30%的铜能进一步改善合金材料的延展性和抗腐蚀性，0.42%的锌能提高合金的流动性，铜和锌的配合，能使合金材料的耐磨性能和抗腐蚀性能得到改善，使得合金中各组分元素反应组合充分且均匀，因此抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能又一次提高。11.0%的锶和0.03%的铑能够吸收和反射X射线辐射，防止高空中的宇宙射线对飞机及其零部件的伤害，3.0%的硼可改善合金的致密性，使抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能得到巩固和稳定，另外，合金中0.50%的铝和20.0%的铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，稳定了阀门的耐腐蚀性。

通过如下方法制备：

将待熔炼的原材料加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，将锰、铬、钼、镍、铜、锌、钴、锶、镧、铝、铑以500℃/min的加热速度加热至熔融，保温50min，将碳、磷、硫、硅、硼粉碎至20μm的颗粒，再采用氩气吹送至水冷铜坩埚的真空室内，使合金材料的原材料混合均匀，保证合金原材料的充分混合，并有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗，提高了材料的抗氧化性和耐磨性；然后在铸造预热温度为700℃，离心转速400rpm，浇铸过程在10秒完成离心浇铸，有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗；最后在1300℃，热等静压200MPa的条件下，保压2小时，得到飞机卫生间用阀门合金材料成品，所得到的合金材料的晶格结构有形式不同的α、γ和ε相，保证合金在复杂环境下的稳定性，经热等静压处理后得到的合金材料是珠光体面积率为91％的材料组织，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave=13.0，其标准偏差Pσ=0.3，制备的合金材料强度硬度提高，有效地防止了材质分布不均造成的耐磨性能低的缺陷。

本实施例所制备的合金材料硬度为86HB，屈服强度为1730MPa，在-78℃条件下的抗拉强度为475MPa，伸长率为50.8%，断面收缩率为62%。

实施例4

原料组分：

碳0.80%、锰0.875%、磷0.040%、硫0.035%、硅0.253%、铬19.0%、钼0.20%、镍10.5%、铜0.255%、锌0.365%、钴18.5%、锶9.5%、镧0.20%、硼1.75%、铝0.30%、铑0.02%，其余为铁。

碳的含量为0.80%，保证了合金的基本机械强度，但阀门的延展性、韧性需要提高，0.20%的镧，但镧的加入使得阀门的耐磨性有所降低，为了不降低耐磨性，加18.5%的钴和10.5%的镍，这样阀门的延展性、韧性、耐磨性进一步提高，由于铁、镍与钴可无限互溶，可得到晶格结构形式不同的α、γ和ε相，另外，碳与钴在合金中形成Co-C系合金，使得材料的韧性、稳定性与硬度在碳含量为0.80%的情况下达到最优，合金的耐磨性和抗腐蚀性再次得到提高，同时由于加入的镧是少量的，因而材料成本不会提高。合金中添加0.875%的锰，不但有利于合金的抗蚀性，而且还能使合金的强度提高，并能降低热裂纹倾向，改善合金的抗腐蚀性能。合金中添加0.253%的硅、0.20%的钼、0.040%的磷、0.035%的硫，保证合金在碳含量为0.80%的情况下有优良的抗拉强度和抗蠕变能力。0.255%的铜能进一步改善合金材料的延展性和抗腐蚀性，0.365%的锌能提高合金的流动性，铜和锌的配合，能使合金材料的耐磨性能和抗腐蚀性能得到改善，使得合金中各组分元素反应组合充分且均匀，因此抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能又一次提高。9.5%的锶和0.02%的铑能够吸收和反射X射线辐射，防止高空中的宇宙射线对飞机及其零部件的伤害，1.75%的硼可改善合金的致密性，使抗腐蚀性能、耐气压变化能力和耐磨的性能得到巩固和稳定，另外，合金中0.30%的铝和19.0%的铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，稳定了阀门的耐腐蚀性。

通过如下方法制备：

将待熔炼的原材料加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，将锰、铬、钼、镍、铜、锌、钴、锶、镧、铝、铑以425℃/min的加热速度加热至熔融，保温40min，将碳、磷、硫、硅、硼粉碎至15μm的颗粒，再采用氩气吹送至水冷铜坩埚的真空室内，使合金材料的原材料混合均匀，保证合金原材料的充分混合，并有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗，提高了材料的抗氧化性和耐磨性；然后在铸造预热温度为375℃，离心转速385rpm，浇铸过程在8秒完成离心浇铸，有效阻止了原材料在熔炼过程中的氧化损耗；最后在1290℃，热等静压180MPa的条件下，保压1.5小时，得到飞机卫生间用阀门合金材料成品，所得到的合金材料的晶格结构有形式不同的α、γ和ε相，保证合金在复杂环境下的稳定性，经热等静压处理后得到的合金材料是珠光体面积率为87％的材料组织，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave=11.0，其标准偏差Pσ=0.15，制备的合金材料强度硬度提高，有效地防止了材质分布不均造成的耐磨性能低的缺陷。

本实施例所制备的合金材料硬度为85HB，屈服强度为1720MPa，在-78℃条件下的抗拉强度为474MPa，伸长率为48%，断面收缩率为62%。

实验例1

将本发明实施例1~4合金材料与普通普通阀门合金材料的基本金属特性相比较，其性能结果如下表1。

由上述试验例可见，本发明合金材料的各项性能均高于普通阀门合金材料，更加适合用于飞机卫生间的阀门材料。

实验例2

将本发明实施例1~4合金材料与普通普通阀门合金材料的低温力学性能相比较，其在-78℃的条件下的力学性能对照结果如下表2。

由上述试验例可见，本发明合金材料在-78℃的条件下的各项力学性能均高于普通阀门合金材料，更加适合用于飞机卫生间的阀门材料。

以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于飞机卫生间阀门的合金材料，其特征在于，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：

0.6%~1.0%的碳，0.65%~1.10%的锰，0.035%~0.045%的磷，0.03%~0.04%的硫，0.15%~0.355%的硅，18.0%~20.0%的铬，0.15%~0.25%的钼，9.0%~12.0%的镍，0.21%~0.30%的铜，0.31%~0.42%的锌，17.0%~20.0%的钴，8.0%~11.0%的锶，0.10%~0.30%的镧，0.50%~3.0%的硼，0.10%~0.50%的铝，0.01%~0.03%的铑，其余为铁。

2.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于，镧的质量百分比为0.10%~0.20%。

3.根据权利要求2所述的合金材料，其特征在于，硼的质量百分比为0.50%~2.0%。

4.根据权利要求3所述的合金材料，其特征在于，铝的质量百分比为0.25%~0.30%。

5.根据权利要求4所述的合金材料，其特征在于，钴的质量百分比为17.0%~18.0%。

6.根据权利要求5所述的合金材料，其特征在于，铑的质量百分比为0.01%~0.02%。

7.一种用于飞机卫生间阀门的合金材料，其特征在于，按质量百分比计含有如下原料组分，碳0.43%、锰0.88%、磷0.040%、硫0.03%、硅0.35%、铬18.0%、钼0.21%、镍11.0%、铜0.28%、锌0.39%、钴17.5%、锶10%、镧0.17%、硼1.50%、铝0.29%、铑0.018%，其余为Fe和不可避免的杂质。

8.一种如权利要求1~7中任一项所述的合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01，将待熔炼的原材料加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，将锰、铬、钼、镍、铜、锌、钴、锶、镧、铝、铑以350℃/min~500℃/min的加热速度加热至熔融，保温30min~50min；

步骤S02，将碳、磷、硫、硅、硼粉碎至10μm~20μm的颗粒，再采用氩气吹送至水冷铜坩埚的真空室内，使合金材料的原材料混合均匀；

步骤S03，采用离心浇铸的方法铸造飞机卫生间用阀门合金材料，经过热等静压处理得到飞机卫生间阀门合金材料成品。

9.根据权利要求8所述的合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤S03中，所述离心浇铸的方法为：铸造预热温度为650℃~700℃，离心转速370rpm~400rpm，浇铸过程在6秒~10秒完成。

10.根据权利要求9所述的合金材料的制备方法，其特征在于，在步骤S03中，所述静压处理的方法为：在1280℃~1300℃，热等静压160MPa~200MPa的条件下，保压1小时~2小时，所述合金材料是珠光体面积率为85％以上的组织，且距表面深0.35mm的珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ分别满足下述公式：9.0≤Pave≤13.0；0.0＜Pσ≤0.3。