CN106191709A - 一种发动机排气门用铁基高温合金 - Google Patents
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Abstract
一种发动机排气门用铁基合金,其基本成分的质量百分比含量如下:C:0.25‑0.35,Cr:24.5‑27,Mn4.5‑6.5,Ni:10.5‑13.5,Nb:1.8‑3.0,N:0.5‑0.75,Mg:≤0.08,Ce:≤0.02,Y:≤0.02,Si:≤0.5,S≤0.020,P≤0.035,余下量为Fe,并且C+N≥0.8。在上述基本成分内可添加辅助成分0.2‑0.5%的钨,或0.2‑0.5%的钼,或0.1‑0.3%的铼,或0.1‑0.3%的钒。本发明在满足使用条件下,可使产品的成本大幅度降低,与Incone1751、Nimonic80A及Ni30相比降低30‑50%,同时又节约大量宝贵的镍资源;本发明除抗氧化性与镍基合金在一个水平上外,其他性能均优于镍基合金,如使用寿命增加一倍,在复杂环境下的耐腐蚀能力提高1/3,使用温度比同类品种提高约50℃.解决了镍基合金加工难和废品率高的问题。
Description
技术领域 本发明涉及一种合金。
背景技术 由于发动机排气门长期在700℃温度条件下工作,因此需采用耐热材料制作。目前普遍采用普通的铁基或镍基耐高温合金制作,但是普通铁基或镍基耐高温合金抗腐蚀和耐磨性性能差,使用寿命受影响,并且成本高,为此比较高档的发动机排气门则采用镍基合金制作。它的不足之处是:1、成本高,2、在燃油质量差及含硫、含钠较高的复杂应力腐蚀环境下工作,抗腐蚀能力明显降低,导致使用寿命缩短。3、镍基合金加工性能不好,废品率高。
发明内容 本发明的目的在于提供一种不仅各项性能指标符合技术要求而且成本低、加工性能好、使用寿命长的发动机排气门用铁基高温合金。
本发明合金的基本成分其质量百分比含量如下:C:0.25-0.35,Cr:24.5-27,Mn4.5-6.5,Ni:10.5-13.5,Nb:1.8-3.0,N:0.5-0.75,Mg:≤0.08,Ce:≤0.02,Y:≤0.02,Si:≤0.5,S:≤0.020,P≤0.035,余下量为Fe,并且C+N≥0.8。该基本成分的铁基高温合金可在通常情况下使用。
为适应在多种特殊工况下使用,可在上述基本成分内添加下面辅助成分之一:
1、加入0.2-0.5%的钨,可增强该合金的抗高温变形能力,使该合金能长期在750℃温度下使用或在950℃温度短时间使用。
2、加入0.2-0.5%的钼,可提高该合金的抗点蚀和缝隙腐蚀能力,使该合金能用于硫化、盐雾、钠盐及钒盐的复杂腐蚀环境中。
3、加入0.1-0.3%的铼,可提高该合金的使用寿命约一倍以上。
4、加入0.1-0.3%的钒,可提高该合金的强度并细化晶粒1-2级,同时改善碳化物形状和分布。
本发明合金的制备方法如下:
1、熔炼:将除镁、铈和钇以外的合金各组分置于电炉炉中加热使之熔化,测温1560摄氏度时在真空度小于50Pa下真空处理15分钟。在出钢前加入镁及铈或钇。在1530℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测各组分百分含量是否在规定的范围内。
2、电渣重熔:将上述电极棒置于重熔炉中进行电渣冶炼,熔成钢锭。该电渣冶炼采用四元渣系电渣,该四元渣系包括有:氧化钙8-12%,氟化钙63-67%,三氧化二铝18-22%,氧化镁3-7%。渣量采用下面公式计算:渣量=(4-5)%G锭,其中G锭为电渣锭重。在电渣重熔过程中使用高纯氮气进行保护。
3、锻造:将上述钢锭置于固溶炉中加热,温度为1100-1150℃,然后用压力机锻造,终锻温度大于900℃,变形量大于30%,锻成圆棒或圆饼。检验晶粒度大于6级为合格。
4、热处理:在成品锻造时,钢锭在1100-1150℃变形量大于等于30%时采用直接时效工艺(DA工艺),根据不同使用要求选用730-830℃实施时效工艺4-6小时。
5、机加工:使用磨床对钢钢棒表面磨制,即可获得Ra≦1.6的银亮的圆棒或圆饼成品。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、在满足使用条件下,本发明可使产品的成本大幅度降低,与Incone1751、Nimonic80A及Ni30相比降低30-50%,同时又节约大量宝贵的镍资源。
2、本发明除抗氧化性与镍基合金在一个水平上外,其他性能均优于镍基合金,如使用寿命增加一倍,在复杂环境下的耐腐蚀能力提高1/3,使用温度比同类品种提高约50℃.
3、解决了镍基合金加工难和废品率高的问题,对于本发明的合金进行机械加工不仅容易,而且加工精度和成品率高,适于排气门的改型。同时本发明的合金可使用沉淀硬化工艺和冷作硬化工艺相结合对产品调整强度和硬度,以适应不同需求。
具体实施方式
例1
向1000公斤电炉炉中加入碳2.9千克、金属铬260千克、金属锰48千克、金属钨4千克、金属镍125千克、金属铌21千克、氮5.9千克、硅2.0千克、纯铁530千克、硫和磷配入其他原料时要求带入量均小于0.002公斤,不用单独配入。然后开启电源,将上述原料加热熔化,测温1560摄氏度时在真空度小于50Pa下真空处理15分钟。在出钢前加入0.8千克镁及0.2千克铈和金属钇0.2千克。在1530℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测各组分百分含量是否在规定的范围内。将上面浇注的Φ200mm电极棒置于电渣重熔炉中进行电渣冶炼,控制电流在7200A、电压58V。采用四元渣系,其中氧化钙6千克,氟化钙35千克,三氧化二铝11千克,氧化镁3.5千克,把Φ200mm电极棒用四元渣系冶炼成Φ380mm钢锭。将上述钢锭置于24米连续固溶炉中加热,温度为1150℃,然后用2500吨压力机锻造,终锻温度大于900℃,变形量大于30%,锻成Φ120mm圆棒。检验晶粒度大于6级为合格。在成品锻造时,钢锭在1150℃变形量大于等于30%时采用直接时效工艺(DA工艺),730℃实施时效工艺6小时,使用电阻丝加热的4米井式炉。检验产品性能:σb≥920Mpa σ0.2≥530Mpa δ5≥20使用磨床对钢锭表面磨制,即可获得银亮的圆棒成品。
例2
向1000公斤电炉炉中加入碳3.1千克、金属铬265千克、金属锰55.2千克、金属钼4千克、金属镍130千克、金属铌22千克、氮6.6千克、硅2.5千克、纯铁510.4千克、硫和磷配入其他原料时要求带入量均小于0.002公斤,不用单独配入。然后开启电源,将上述原料加热熔化,测温1560摄氏度时在真空度小于50Pa下真空处理15分钟。在出钢前加入0.8千克镁及0.2千克铈和金属钇0.2千克。在1530℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测各组分百分含量是否在规定的范围内。将上面浇注的Φ200mm电极棒置于电渣重熔炉中进行电渣冶炼,控制电流在7300A、电压59V。采用四元渣系,其中氧化钙5.5千克,氟化钙37.5千克,三氧化二铝11.5千克,氧化镁3.8千克,把Φ200mm电极棒用四元渣系冶炼成Φ380mm钢锭。将上述钢锭置于24米连续固溶炉中加热,温度为1100℃,然后用2500吨压力机锻造,终锻温度大于900℃,变形量大于30%,锻成Φ120mm圆棒。检验晶粒度大于6级为合格。在成品锻造时,钢锭在1100℃变形量大于等于30%时采用直接时效工艺(DA工艺),780℃实施时效工艺5.5小时,使用电阻丝加热的4米井式炉。检验产品性能:σb≥920Mpa σ0.2≥530Mpa δ5≥20使用磨床对钢锭表面磨制,即可获得银亮的圆棒成品。
例3
向1000公斤电炉炉中加入碳3.4千克、金属铬258千克、金属锰55.1千克、金属铼3千克、金属镍131千克、金属铌23千克、氮7.5千克、硅3.5千克、纯铁514.3千克、硫和磷配入其他原料时要求带入量均小于0.0025公斤,不用单独配入。然后开启电源,将上述原料加热熔化,测温1560摄氏度时在真空度小于50Pa下真空处理15分钟。在出钢前加入0.8千克镁及0.2千克铈和金属钇0.2千克。在1530℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测各组分百分含量是否在规定的范围内。将上面浇注的Φ200mm电极棒置于电渣重熔炉中进行电渣冶炼,控制电流在7250A、电压57V。采用四元渣系,其中氧化钙6千克,氟化钙38千克,三氧化二铝11.2千克,氧化镁3千克,把Φ200mm电极棒用四元渣系冶炼成Φ380mm钢锭。将上述钢锭置于24米连续固溶炉中加热,温度为1120℃,然后用2500吨压力机锻造,终锻温度大于900℃,变形量大于30%,锻成Φ120mm圆棒。检验晶粒度大于6级为合格。在成品锻造时,钢锭在1120℃变形量大于等于30%时采用直接时效工艺(DA工艺),800℃实施时效工艺5.0小时,使用电阻丝加热的4米井式炉。检验产品性能:σb≥920Mpa σ0.2≥530Mpa δ5≥20使用磨床对钢锭表面磨制,即可获得银亮的圆棒成品。
例4
向1000公斤电炉炉中加入碳3.2千克、金属铬262千克、金属锰51千克、金属钒2千克、金属镍129千克、金属铌22.3千克、氮7.5千克、硅4.2千克、纯铁517.6千克、硫和磷配入其他原料时要求带入量均小于0.002公斤,不用单独配入。然后开启电源,将上述原料加热熔化,测温1560摄氏度时在真空度小于50Pa下真空处理15分钟。在出钢前加入0.8千克镁及0.2千克铈和金属钇0.2千克。在1530℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测各组分百分含量是否在规定的范围内。将上面浇注的Φ200mm电极棒置于电渣重熔炉中进行电渣冶炼,控制电流在7260A、电压59V。采用四元渣系,其中氧化钙5.5千克,氟化钙38.5千克,三氧化二铝10.6千克,氧化镁3.2千克,把Φ200mm电极棒用四元渣系冶炼成Φ380mm钢锭。将上述钢锭置于24米连续固溶炉中加热,温度为1130℃,然后用2500吨压力机锻造,终锻温度大于900℃,变形量大于30%,锻成Φ120mm圆棒。检验晶粒度大于6级为合格。在成品锻造时,钢锭在1130℃变形量大于等于30%时采用直接时效工艺(DA工艺),830℃实施时效工艺4.5小时,使用电阻丝加热的4米井式炉。检验产品性能:σb≥920Mpa σ0.2≥530Mpa δ5≥20使用磨床对钢锭表面磨制,即可获得银亮的圆棒成品。
例5
向1000公斤电炉炉中加入碳3.0千克、金属铬263千克、金属锰60千克、金属镍133千克、金属铌20千克、氮7.5千克、硅5千克、纯铁507.3千克、硫和磷配入其他原料时要求带入量均小于0.0025公斤,不用单独配入。然后开启电源,将上述原料加热熔化,测温1560摄氏度时在真空度小于50Pa下真空处理15分钟。在出钢前加入0.8千克镁及0.2千克铈和金属钇0.2千克。在1530℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测各组分百分含量是否在规定的范围内。将上面浇注的Φ200mm电极棒置于电渣重熔炉中进行电渣冶炼,控制电流在7280A、电压57V。采用四元渣系,其中氧化钙5.6千克,氟化钙37.8千克,三氧化二铝11.5千克,氧化镁2.8千克,把Φ200mm电极棒用四元渣系冶炼成Φ380mm钢锭。将上述钢锭置于24米连续固溶炉中加热,温度为1140℃,然后用2500吨压力机锻造,终锻温度大于900℃,变形量大于30%,锻成Φ120mm圆棒。检验晶粒度大于6级为合格。在成品锻造时,钢锭在1140℃变形量大于等于30%时采用直接时效工艺(DA工艺),820℃实施时效工艺4小时,使用电阻丝加热的4米井式炉。检验产品性能:σb≥920Mpa σ0.2≥530Mpa δ5≥20使用磨床对钢锭表面磨制,即可获得银亮的圆棒成品。
Claims (5)
1.一种发动机排气门用铁基高温合金,其特征在于:其基本成分的质量百分比含量如下:C:0.25-0.35,Cr:24.5-27,Mn4.5-6.5,Ni:10.5-13.5,Nb:1.8-3.0,N:0.5-0.75,Mg:≤0.08,Ce:≤0.02,Y:≤0.02,Si:≤0.5,S≤0.020,P≤0.035,余下量为Fe,并且C+N≥0.8。
2.根据权利要求1所述的发动机排气门用铁基高温合金,其特征在于:在基本成分内添加辅助成分0.2-0.5%的钨。
3.根据权利要求1所述的发动机排气门用铁基高温合金,其特征在于:在基本成分内添加辅助成分0.2-0.5%的钼。
4.根据权利要求1所述的发动机排气门用铁基高温合金,其特征在于:在基本成分内添加辅助成分0.1-0.3%的铼。
5.根据权利要求1所述的发动机排气门用铁基高温合金,其特征在于:在基本成分内添加辅助成分0.1-0.3%的钒。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161207 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |