CN110578088A - 一种耐高温气门及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温气门及其生产方法，为奥氏体组织，碳化物分布均匀无网状，晶粒度≥8级，其化学成分按重量百分比为：C 0.08‑0.16，Si 0.35‑0.7，Mn 0.3‑0.6，Ni 45‑55，Cr 20‑25，Mo 2.0‑4.0，V 0.5‑1.0，Al 1.0‑1.5，Ti 2.5‑3.0，W 4.0‑6.0，其余为Fe。这种气门不仅能用于柴油机，也可以用于天然气、沼气、瓦斯气等高温内燃机，既可作为排气门，也可作为进气门，使用寿命比传统气门更高。

Description

一种耐高温气门及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种气门，具体来说是一种耐高温气门，既可以作为排气门又可作为进气门使用，特别是作为双金属气门的盘部。
背景技术
内燃机配气机构的进、排气门是发动机的重要运动部件，要承受着高温、冲击和摩擦，因此其服役条件苛刻、工作环境恶劣。排气门不仅要具有高温强度和热稳定性，还要有优良的耐磨损、抗氧化和耐腐蚀性能，以保证气密性和使用寿命。进气门虽然工作温度较低，但受进气影响，更易被腐蚀。
内燃机使用的燃料除柴油外，还有重油和各种气源，例如瓦斯、沼气，与柴油比，不仅燃烧温度高，而且所含杂质的研磨性更强。而船舶和发电机组，因为需要动力较大，基本都是以燃气和重油作为燃料，因此气门的耐高温性能要求较高。
而现在的进气门，一般使用寿命在6000h，不能适应内燃机未来高负荷长周期运转要求。因此，需要一种在高温环境下高耐磨、高寿命的内燃机气门。
一般来说，排气门工作温度比进气门高得多，随着温度升高，材料的耐磨性能及硬度会下降。因此，一般排气门需要加入更多耐高温强化硬度的合金元素，这就导致了排气门成本比进气门高。例如CN106191709A排气门用铁基高温合金，需要稀土元素Ce、Y、La等。CN103710642A公开的高温高强度排气门，是通过添加稀有元素Nb形成稀土相，提高耐磨性能及其强度，但其高温屈服强度只有300MPa左右，不适合船舶等大动力内燃机要求。CN104946995A等轿车发动机耐高温气门，在调质热处理后还需要碳氮共渗以提高硬度和强度，再通过堆焊提高耐磨及耐腐蚀性，生产工艺复杂、加工成本高，且是表面强化处理。
但如果进排气门采用不同的材质，两者之间通用性差，给生产使用单位也带来了不便。因此，如何降低耐高温气门的成本，又能够满足其长寿命要求，使其既能够适用于排气门又能够适用于进气门，成为气门生产企业需要解决的问题。特冶(北京)科技发展有限公司作为气门生产企业，经过多年的研发、生产经验，针对不同客户需求，研发出了多种牌号(公司牌号)的气门。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种耐高温气门及其生产方法，使用寿命可以达到8000h以上，既可作为进气门，也可作为排气门。
本发明的耐高温气门，公司的牌号命名为GH152，为奥氏体组织，碳化物分布均匀无网状，晶粒度≥8.0，其化学成分按重量百分比为：C 0.08-0.16，Si 0.35-0.7，Mn 0.3-0.6，Ni 45-55，Cr 20-25，Mo 2.0-4.0，V 0.5-1.0，Al 1.0-1.5， Ti 2.5-3.0，W 4.0-6.0，其余为Fe。
优选的，所述化学成份重量百分比为C 0.1-0.12，Si 0.35-0.50，Mn 0.3-0.50，Ni 45-53，Cr 20-23，Mo 3.0-4.0，V 0.5-1.0，Al 1.0-1.5，Ti 2.5-3.0，W 4.0-6.0，其余为Fe。
最优选的，所述化学成份重量百分比为C 0.12，Si 0.4，Mn 0.34，Ni 50，Cr 22，Mo3.8，V 0.6，Al 1.3，Ti 2.7，W 5.0，其余为Fe。
其生产方法依次为：棒料电镦成形，热处理和机械加工，在电镦成形后蒜头温度900-1100℃，然后空冷，再进行时效处理，时效处理时效温度为600-750℃，保温时间为4-6小时，然后在炉外空冷。
本发明的这种气门，是铁铬镍基合金，通过合金强化和加工工艺，特别是热处理工艺，形成盘部碳化物分布均匀不呈网状，晶粒度≥8.0级的奥氏体金相组织。其机械性能(盘部)可以达到抗拉强度Rm≥1200Mpa，屈服强度Rp0.2≥800Mpa，断后伸长率A≥12％,断面收缩率Z≥25％，硬度达到39-45HRC。高温800℃性能 Rm≥800Mpa，屈服强度Rp0.2≥600Mpa，断后伸长率A≥12％,断面收缩率Z≥25％, 硬度37HRC以上。本发明的这种GH152气门，既可作为排气门又可用作进气门，除可以用于柴油机，也用到以重油、瓦斯气、沼气为燃料的内燃机车，使用寿命可达8000-10000h。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
本发明的气门金相组织为奥氏体组织，碳化物分布均匀无网状，晶粒度≥6，其化学成分按重量百分比为：C 0.08-0.16，Si 0.35-0.7，Mn 0.3-0.60，Ni 45-55， Cr 20-25，Mo 2.0-4.0，V 0.5-1.0，Al 1.0-1.5，Ti 2.5-3.0，W 4.0-6.0，其余为Fe。
生产方法为：将合金元素含量满足上述要求的合金棒材，用电热镦机进行电墩，热电墩温度要保证镦后蒜头温度为1000℃，然后空冷至室温。再将墩后的毛坯装入时效热处理炉，加热至时效温度700℃，保温5小时，然后将毛坯吊出，空冷至室温，进行机械加工。
不同实施例对应的合金成份按重量百分比计如表1所示
组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
C 0.08 0.15 0.1 0.12 0.12 0.16
Si 0.7 0.36 0.5 0.35 0.4 0.35
Mn 0.3 0.3 0.49 0.3 0.34 0.5
Ni 45 55 53 45 50 50
Cr 25 20 23 20 22 21
Mo 2.1 4.0 3.0 4.0 3.8 3.5
V 0.95 0.5 1.0 0.5 0.6 0.8
Al 1.0 1.48 1.05 1.5 1.3 1.1
Ti 3.0 2.5 2.5 3.0 2.7 2.8
W 5.9 4.0 6.0 4.0 5.0 5.5
Fe 余量 余量 余量 余量 余量 余量
在常温28℃，高温800℃将产品用600kN万能材料试验机、洛式硬度计和金相显微镜进行检测，并在柴油、重油为燃料的内燃机上进行试用，结果见表2、表3。
表2产品常温性能
表3产品高温800℃性能
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
金相组织 奥氏体 奥氏体 奥氏体 奥氏体 奥氏体 奥氏体
晶粒度 8级 8级 8级 8级 8级 8级
Rm(Mpa) 820 840 900 935 990 951
R<sub>p0.2</sub>(MPa) 630 635 720 765 781 731
A(％) 30 31 23 22 30 31
Z(％) 42 41 40 35 40 41.5
硬度HRC 38 38 37 36 39 39
柴油寿命 8500h 8600h 8850 9200 9980 8100
重油寿命 8100h 8400h 8800 9450 9000 8000
气门寿命 8000h 8200h 8500 9250 9800 9780

Claims (4)

1.一种耐高温气门，为奥氏体组织，碳化物分布均匀无网状，晶粒度≥8.0级，其化学成分按重量百分比为：C 0.08-0.16，Si 0.35-0.7，Mn 0.3-0.6，Ni 45-55，Cr 20-25，Mo 2.0-4.0，V 0.5-1.0，Al 1.0-1.5，Ti 2.5-3.0，W 4.0-6.0，其余为Fe。
2.如权利要求1所述的耐高温气门，其特征在于，所述化学成份重量百分比为C 0.1-0.12，Si 0.35-0.50，Mn 0.3-0.50，Ni 45-53，Cr 20-23，Mo 3.0-4.0，V 0.5-1.0，Al 1.0-1.5，Ti 2.5-3.0，W 4.0-6.0，其余为Fe。
3.如权利要求1所述的耐高温气门，其特征在于，所述化学成份重量百分比为C 0.12，Si 0.4，Mn 0.34，Ni 50，Cr 22，Mo 3.8，V 0.6，Al 1.3，Ti 2.7，W 5.0，其余为Fe。
4.一种权利要求1所述耐高温气门的生产方法，包括棒料电镦成形、热处理和机械加工，其特征在于，所述热处理为：在电镦成形后蒜头温度900-1100℃，然后空冷，再进行时效处理，时效温度为600-750℃，保温时间为4-6小时，然后在炉外空冷。
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