CN114836682A - 通过氮化铝强化的马氏体耐磨合金 - Google Patents
通过氮化铝强化的马氏体耐磨合金 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114836682A CN114836682A CN202210120144.5A CN202210120144A CN114836682A CN 114836682 A CN114836682 A CN 114836682A CN 202210120144 A CN202210120144 A CN 202210120144A CN 114836682 A CN114836682 A CN 114836682A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- iron
- valve seat
- cobalt
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 183
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 183
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 title claims description 19
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 title description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 95
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 28
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 22
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 18
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 16
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 9
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 26
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 26
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 10
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 10
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 9
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 8
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 6
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 6
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 6
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 about 0.01 wt.%) Chemical compound 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001311 M2 high speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910002065 alloy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/007—Heat treatment of ferrous alloys containing Co
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/56—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.7% by weight of carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
- F01L3/04—Coated valve members or valve-seats
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/004—Dispersions; Precipitations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/005—Ferrite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/008—Martensite
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
- F01L2820/01—Absolute values
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
一种铁基合金，其包含，以重量百分比计，约0.75至约2％的碳；约0.1至约1％的锰；约0.1至约1％的硅；约3至约6％的铬；高达约4％的镍；约1至约3％的钒；约4至约7％的钼；约4至约7％的钨；约4至约7％的钴；高达约0.1％的硼；约0.001至约0.15％的氮，约0.001至约0.6％的铝，约0.1至约1％的铜，高达约0.3％的硫，高达约0.3％的磷，总计高达约5％的钽、钛、铪和锆；约65至约80％的铁；以及附带杂质。该合金适用于高温应用，例如用于燃烧式发动机(combustion engine)的阀座嵌件。
Description
技术领域
本公开涉及铁基合金，特别是可用于例如阀座嵌件的具有高淬透性的耐腐蚀和耐磨铁基合金。
背景技术
针对柴油发动机的更严格的废气排放法规已经推动了发动机设计的变化，包含对高压电子燃料喷射系统的需求。根据新设计制作的发动机比以前的设计使用更高的燃烧压力、更高的操作温度和更少的润滑。包含阀座嵌件(VSI)在内的新设计的部件已经经受了显著更高的磨损率。例如，排气和进气阀座嵌件和阀必须能够以最小的磨损(例如，磨蚀、粘合和腐蚀磨损)来承受大量的阀冲击事件和燃烧事件。这促使材料选择转向相对于传统上由柴油和天然气发动机工业使用的阀座嵌件材料提供改进的耐磨性的材料。
柴油和天然气发动机开发的另一个新兴趋势是使用EGR(废气再循环)。通过EGR，废气被部分引导回进气流，以减少废气排放物中的一氧化氮(NOx)含量。在柴油发动机中使用EGR会改变发动机燃烧特性，从而改变阀/VSI工作环境。因此，需要用于使用EGR的柴油和天然气发动机的具有合适的冶金和机械特性的成本较低的排气阀座嵌件。
此外，由于废气含有氮、硫、氯和其他潜在地可形成酸的元素的化合物，因此对于使用EGR的柴油和天然气发动机而言，增加了对用于进气和排气阀座嵌件应用的合金的改进耐腐蚀性的需求。酸会侵袭阀座嵌件和阀，从而导致过早的发动机失效。
需要改进的用于阀座嵌件的铁基合金，其表现出适合用于例如进气和排气阀座嵌件应用的足够的硬度、机械强度、韧性以及耐腐蚀性和耐磨性。
发明内容
在实施方案中，本公开提供了一种铁基合金，其含有：以重量百分比计，约0.75至约2％的碳；约0.1至约1％的锰；约0.1至约1％的硅；约4至约7％的钴；约3至约6％的铬；高达约4％的镍；约1至约3％的钒；约4至约7％的钼；约4至约7％的钨；约0.001至约0.15％的氮；约0.001至约0.6％的铝；约0.1至约1％的铜；高达约0.05％的硼；高达约0.3％的硫；高达约0.3％的磷；约65至约80％的铁，以及余量附带杂质，连同包含铌、钽、钛、锆和铪的高达约5％的总额外元素。
在实施方案中，本公开提供了一种铁基合金，其含有：以重量百分比计，约0.75至约1.6％的碳；约0.2至约0.8％的锰；约0.2至约0.8％的硅；约4.5至约5.5％的钴；约4至约5.5％的铬；约0.05至约2.5％的镍；约1.2至约2％的钒；约5.5至约7％的钼；约4.5至约5.5％的钨；0.05至约0.12％的氮；约0.01至约0.6％的铝；约0.2至约0.6％的铜；约0.003至约0.01％的硼；高达约0.3％的硫；高达约0.3％的磷；约70至约76％的铁；以及余量附带杂质，其中该合金具有铸态(as-cast)微观结构，该铸态微观结构具有约50至约80体积％的枝晶内马氏体和约20至约50体积％的枝晶间共析相。
在进一步的实施方案中，本公开还提供了一种用于内燃机的阀座嵌件。在实施方案中，该阀座嵌件由铁基合金制成，该铁基合金含有：以重量百分比计，约0.75至约2％的碳；约0.1至约1％的锰；约0.1至约1％的硅；约4至约7％的钴；约3至约6％的铬；高达约4％的镍；约1至约3％的钒；约4至约7％的钼；约4至约7％的钨；约0.001至约0.15％的氮；约0.001至约0.6％的铝；约0.1至约1％的铜；高达约0.1％的硼；高达约0.3％的硫；高达约0.3％的磷；约65至约80％的铁；余量附带杂质，连同包含铌、钽、钛、锆和铪的高达约5％的总额外元素。
在实施方案中，该阀座嵌件是铸造合金，该铸造合金包含：以重量百分比计，约0.8至约1.2％的碳；约0.3至约0.7％的锰；约0.3至约0.7％的硅；约4.5至约5.5％的钴；约4至约5.5％的铬；约0.15至约2.5％的镍；约1.2至约1.6％的钒；约5.5至约7％的钼；约4.5至约5.5％的钨；约0.3至约0.5％的铜；约0.075至约0.1％的氮；约0.01至约0.6％的铝；约0.003至约0.01％的硼；高达约0.3％的硫；高达约0.3％的磷；约70至约76％的铁；余量，其为包含铌、钽、钛、锆、铪的高达约5％的总额外元素和附带杂质，其中镍加钴的量为8重量％或更少。
附图说明
图1示出了示例性阀系统，其包含可由本文公开的称为J137的合金制成的阀座嵌件。
图2是各种J137合金与J120V的径向压溃韧性的对比图。
图3是各种J137合金的硬度与回火温度的关系图。
图4是各种J137合金的径向压溃韧性与回火温度的关系图。
图5是各种J137合金的抗压缩屈服强度和抗拉伸强度的图。
图6是各种J137合金的热硬度与温度的关系图。
图7是各种J137合金的热膨胀图。
图8是铸造J137合金的100倍显微照片以及图9是铸造对比合金的100倍显微照片。
图10是J137合金与J120V合金在1.2pH下的浸泡和冷凝腐蚀测试结果的对比图。
图11是J137合金与J120V合金在2.8pH下的浸泡和冷凝腐蚀测试结果的对比图。
图12A是销样本磨损图，图12B是板样本磨损图，以及图12C是J137与其他合金体系的总磨损对比图。
具体实施方式
本文公开了一种用作阀座嵌件的铁基合金，现在将参照如附图中所示的其几个实施方案对其进行详细描述。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对铁基合金的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的一些或全部的情况下实践本文的实施方案。
除非另有说明，否则本公开和权利要求中的所有表示数量、条件等的数字均应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。术语“约”是指例如涵盖数值的±10％的范围的数值。与数量组合使用的修饰语“约”包含所述的值在内。在本说明书和随后的权利要求书中，除非内容另有明确规定，否则诸如“一种”、“一个”和“该”之类的单数形式包含复数形式。
术语“室温”、“环境温度”和“环境”是指例如约20℃至约25℃的温度。
图1示出了根据本公开的示例性阀组件2。阀组件2可以包含阀4，其可以是滑动地支撑在阀杆引导件6和阀座嵌件18的内孔内。阀杆引导件6可以是装配到气缸盖8中的管状结构。箭头示出了阀4的运动方向。阀4可以包含插入在阀4的盖12和颈部14之间的阀座面10。阀杆16可以定位在颈部14上方并且可被容纳在阀杆引导件6内。阀座嵌件18可以包含阀座嵌件面10'并且可以例如通过压配安装在发动机的气缸盖8内。在实施方案中，气缸盖8可以包含例如铸铁、铝或铝合金的铸件。在实施方案中，嵌件18(以横截面示出)可以是环形形状的，并且阀座嵌件面10'可以在阀4的移动期间接合阀座面10。
在实施方案中，本公开涉及铁基合金(以下称为“J137合金”或“J137”)。J137合金的块体硬度、热硬度、高温强度、耐腐蚀性和耐磨性使其可用于各种应用，包含例如，用作内燃机的阀座嵌件，以及用于滚珠轴承，涂料等。在实施方案中，该合金用作内燃机的阀座嵌件。
在实施方案中，J137合金包括，以重量百分比计，约0.75至约2重量％的碳(C)；约0.1至约1重量％的锰(Mn)；约0.1至约1重量％的硅(Si)；约4至约7％的钴(Co)；约3至约6重量％的铬(Cr)；高达约4重量％的镍(Ni)；约1至约3重量％的钒(V)；约4至约7重量％的钼(Mo)；约4至约7重量％的钨(W)；约0.1至约1％的铜(Cu)；约0.001至约0.15％的氮(N)；约0.001至约0.6％的铝(Al)；高达0.1％的硼(B)；高达约0.3％的磷(P)；高达约0.3％的硫(S)；约65至约80％的铁(Fe)；余量，其为包含铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)的高达约5％总额外元素和附带杂质，该附带杂质可以包含高达约1重量％的其他元素，例如镁(Mg)、铅(Pb)、锑(Sb)、锡(Sn)、锌(Zn)、砷(As)、铋(Bi)、钙(Ca)、铈(Ce)、硒(Se)、氧(O)、钇(Y)和稀土元素(镧系元素)。
在实施方案中，J137合金基本上由以下组成：以重量百分比计，约0.75至约1.6％的碳；约0.2至约0.8％的锰；约0.2至约0.8％的硅；约4.5至约7％的钴；约3.5至约5.5％的铬；约0.05至约2.5％的镍；约1.2至约1.6％的钒；约5至约7％的钼；约4至约7％的钨；约0.2至约0.6％的铜；约0.05至约0.12％的氮；约0.01至约0.6％的铝；约0.001至约0.05％的硼；高达0.3％的磷；高达0.3％的硫；约70至约76％的铁；余量，其为包含铌、钽、钛、锆、铪的高达约5％的总额外元素和附带杂质。如本文所用，术语“基本上由……组成”或“基本上由……构成”具有部分封闭的含义—也就是说，这种术语不包含将显著和不利地改变合金的基本和新颖特性的步骤、特征或部件(即，将对J137合金的所需特性具有不利影响的步骤或特征或部件)。J137合金的基本和新颖特性可包括以下至少一项：硬度、热膨胀系数、抗压缩屈服强度、极限抗拉伸断裂强度、耐磨性、耐腐蚀性和微观结构(即，基本上约50至约80体积％的枝晶内马氏体和约20至约50体积％的枝晶间共析相)。
在实施方案中，J137合金可被加工以实现适用于铸态或应力消除热处理或硬化和回火条件下的阀座嵌件的硬度、耐磨性和耐腐蚀性的组合。在实施方案中，J137合金可以根据任何合适的方法进行加工；例如，在实施方案中，J137可以通过包含粉末冶金、铸造、热/等离子喷涂、堆焊(weld overlay)等的常规技术进行加工。
在实施方案中，J137合金可以通过任何合适的技术形成为金属粉末。用于将合金形成为金属粉末的各种技术包含例如球磨元素粉末或雾化以形成预合金粉末。在实施方案中，粉末材料可以被压实成期望的形状并被烧结。烧结过程可用于在所得零件中实现所需的特性。
在实施方案中，阀座嵌件可以通过铸造来制造，该铸造是涉及熔融合金成分并将熔融的混合物倒入模具中的过程。在实施方案中，合金铸造件可随后在机加工成最终形状之前进行热处理。在实施方案中，阀座嵌件可以通过机加工J137合金的铸件来制造。
在实施方案中，J137合金可用于制造阀座嵌件，例如用于柴油发动机(例如，具有或不具有EGR的柴油发动机)中的阀座嵌件。在实施方案中，J137合金可用于其他应用，包含例如为汽油、天然气、双燃料或替代燃料内燃机制造的阀座嵌件。这种阀座嵌件可以通过常规技术制造。此外，J137合金可用于其他应用，包含例如高温特性对其有利的应用，例如耐磨涂层、内燃机部件和柴油发动机部件。
在实施方案中，J137在铸态、淬火和回火状态下具有微观结构，该微观结构具有约50至约80体积％的枝晶内回火马氏体和约20至约50体积％的枝晶间共晶相。在对铸造合金进行热处理之后，微观结构可以包含约75至约90体积％的回火马氏体和约10至约25体积％的碳化物/共析相。
在实施方案中，J137合金可具有适用于阀座嵌件应用的显微硬度(如在真空条件下用维氏HV10标尺进行的那样)。在实施方案中，J137合金可以具有从室温到高温的高硬度。例如，在实施方案中，J137合金具有的硬度HV(10)可以在室温下超过600，在室温和1000°F之间的温度下超过400。
阀座嵌件材料的热导率影响其性能，因为具有高热导率的阀座嵌件材料可以更有效地将热量从发动机阀带走，以便防止过热。
在实施方案中，J137合金可具有适用于阀座嵌件应用的高极限抗拉伸强度和抗压缩屈服强度。一般地，更大的极限抗拉伸强度对应于更大的抗插入开裂性，并且更大的抗压缩屈服强度对应于高阀座嵌件保持力。在实施方案中，J137合金在约75°F的温度下可具有大于约199ksi的抗压缩屈服强度和大于约139ksi的抗拉伸强度。在实施方案中，1200°F的抗拉伸强度可以大于约132ksi，例如大于约130ksi。在实施方案中，75°F和1200°F的抗拉伸强度之间的差可以小于约10ksi，例如小于约7ksi。在实施方案中，75°F的抗拉伸强度和1000°F的抗拉伸强度之间的差可以小于约28ksi，例如小于约25ksi，或小于约23ksi。
在实施方案中，J137合金可具有适用于阀座嵌件应用的径向压溃韧性和热膨胀。
碳(C)是J137合金中的一种合金元素，它可以影响合金可铸造性、微观结构、凝固亚结构和机械冶金性能。增加碳含量可以大体上提高马氏体型铁基合金的淬透性。碳可以与铬、钼、钨和钒形成一次和二次碳化物，并且碳含量可用于获得所需量的马氏体。例如，为了增加回火马氏体的体积百分比，J137合金可以包含碳范围的上端的碳。J137含有相对大量的碳，这有助于J137合金的高耐磨性。在实施方案中，碳可以以约0.75至约2重量％，例如约0.8至约1.6重量％，或约0.8至约1.2重量％的量存在于J137合金中。
在实施方案中，少量的硼(B)也可用于J137合金中作为有效合金元素以增加铁基合金体系的硬度水平。硼也可用于凝固亚结构蜂窝尺寸细化。在实施方案中，J137合金可含有例如高达约0.1％的硼、约0.001至约0.05重量％的硼、约0.003至约0.01重量％的硼，或约0.003至约0.009重量％的硼。硼在铁中的溶解度非常低(例如，约0.01wt.％)，可用于实现高水平的热硬度。少量的硼可以改进J137合金的强度，并且可以通过沉淀过程(例如碳化硼、氮化硼、碳氮化硼)改进晶粒细化。硼的分布可以是晶内(晶粒内)和晶间(沿晶界)两者。然而，过量的硼会偏析到晶界并降低钢的韧性。通过控制硼的添加连同其他合金的添加，可以实现硼的晶内饱和，这促进在晶界处形成硼化合物。这些硼化合物可以有效地增强晶界强度。不希望受理论约束，据信硼，无论是在固溶体中还是通过形成硼化合物(例如，与C、Fe、Cr和/或Mo的化合物)，都可以通过固溶体硬化和沉淀硬化(优选沿凝固亚结构边界和前奥氏体晶界)有利地强化钢。此外，硼可以抑制J137合金体系中的共析反应。
锰(Mn)是奥氏体形成元素，并且在实施方案中可以以例如约0.1至约1重量％，例如约0.2至约0.8重量％，或约0.3至约0.7重量％的量存在于J137合金中。锰作为铁基基质中的溶质促进奥氏体形成，这通过固溶体强化提高J137合金的强度以及增加抗氧化性。当J137合金通过铸造形成零件时，锰的添加可以有助于J137合金的脱氧、脱硫和/或脱气。
在实施方案中，J137合金中的硅(Si)含量为约0.1至约1重量％，例如约0.2至约0.8重量％的硅，或约0.4至约0.7重量％的硅。在实施方案中，硅可以通过在凝固过程期间显著改变固-液界面区域中的组成过冷条件来增强合金的液态金属流动性和凝固模式，从而影响可铸造性。硅可以与铁形成固溶体，并通过固溶体硬化提高J137合金的强度，以及增加抗氧化性。当J137合金通过铸造形成零件时，添加硅可以有助于J137合金的脱氧和/或脱气。
在实施方案中，合金可含有铬(Cr)、碳化物和铁素体形成元素，其量为约3至约6重量％，例如约3.5至约5.5重量％的铬，或约4至约5.5重量％的铬。因此，在具有碳含量的情况下，预计碳化铬将存在于硬化和回火的J137合金基体中，这是J137合金的基本强化机制之一。此外，铬含量优选地提供耐腐蚀性、可硬化性、耐磨性和抗氧化性的所需组合。不希望受理论约束，J137合金中的铬可在J137合金的表面上形成致密的保护性氧化铬层，其抑制高温氧化并使磨损和腐蚀最小化。
在实施方案中，作为奥氏体形成元素的镍(Ni)可以以例如高达约4重量％的镍、约0.05至约2.5重量％的镍或约0.15至约2.5重量％的镍的量存在于J137合金中。镍可以以不会对J137合金的所需特性产生不利影响的量存在于J137合金中。镍可以有利地增加抗氧化和耐腐蚀性，并且还可以经由二次相强化来增加J137合金的硬度和强度。镍可以是奥氏体形成元素，并且过多的镍可扩大J137合金中奥氏体区域的尺寸，这可导致J137合金的热膨胀系数增加和低温耐磨性下降。因此，镍的作用是通过固溶体强化来强化基体相。虽然镍不会在铁基合金中形成碳化物，但在J137合金中添加镍可用于加强高温强度和热硬度。
钒(V)是碳化物形成元素，并且在实施方案中可以以例如约1至约3重量％，例如约1.2至约2重量％钒，或约1.2至约1.6重量％的钒的量存在于J137合金中。钒可以以改进铁基合金的耐磨性和耐腐蚀性的有效量被包含在铁基合金中。
在实施方案中，钼(Mo)，其也是碳化物形成元素，可以以例如约4至约7重量％的钼，例如约5至约7重量％的钼，约5.5至约7重量％的钼的量存在于J137合金中。钼是一种碳化物形成元素并很可能与铬结合形成一次碳化物。添加钼还可以提高J137合金的局部耐腐蚀性。钼可以有助于减少晶间应力腐蚀、应力腐蚀开裂和/或点腐蚀。
在实施方案中，J137合金可以以如下量包含钨(W)：例如约4至约7重量％的钨，例如约4.5至约6重量％的钨，或约4.5至约5.5重量％的钨。对于J137等铁基合金，钨是一种非常有效的固溶体合金元素。钨也是碳化物形成元素，并且可以以有效改进铁基合金的耐磨性和耐腐蚀性的量被包含在铁基合金中。
在实施方案中，J137合金可含有适量的钴(Co)。例如，在实施方案中，J137合金可含有约4至约7重量％的钴，例如约4.5至约6重量％的钴，或约4.5至约5.5重量％的钴。优选地，钴加镍的总含量高达约8重量％或约5至约8重量％。钴可以以改进铁基合金的高温耐磨性和高温耐腐蚀性的有效量被包含在铁基合金中。
在实施方案中，J137合金还可以含有以下量的铝(Al)：约0.001至约0.6重量％的铝，或约0.01至约0.6重量％的铝，并且氮可以以约0.001至约0.15重量％的氮或约0.05至约0.12重量％的氮或约0.075至约0.1重量％的氮的量存在。铝优选地与氮结合以形成约0.005至约0.05体积％，或约0.01至约0.05体积％的量的氮化铝(AlN)颗粒。氮化铝颗粒具有六方密堆积结构并具有随机分布在合金中的约0.5至约10微米或约1至约5微米的粒度。
在实施方案中，J137合金可以包含约0.1至约1重量％的量的铜(Cu)。例如，铜的含量可以是约0.2至约0.6重量％或约0.3至约0.5重量％的铜。铜可以作为沉淀的ε铜的精细和均匀分布存在。
J137合金可以任选添加其他合金元素，或者可以不含有意添加的这种元素。在实施方案中，J137合金的余量是铁(Fe)，其量为约65至约80重量％的铁或约70至约76重量％的铁和附带杂质。J137合金可含有包含铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)的高达约5％的总额外元素。在实施方案中，额外元素的总量可高达约3％或高达约1％。附带杂质，其可以包含高达约1.5％的总重量百分比的其他元素，例如砷(As)、铋(Bi)、钙(Ca)、镁(Mg)、氧(O)、铅(Pb)、锡(Sn)、钇(Y)和稀土元素(REM，也称为镧系元素)、锌(Zn)和硒(Se)。在实施方案中，J137合金含有小于约0.5重量％的杂质，例如小于约0.3重量％的杂质。
在实施方案中，J137合金不含有意添加的磷(P)、硫(S)、砷、铋、钙、镁、氧、铅、锡、钇、稀土元素、锌、硒、铌、钽、钛、铪和锆。“不含有意添加”表示，例如，这种元素不是有意添加的，而是可能由于加工材料和条件而偶然存在。例如，用于制造合金的库存中可能存在额外的杂质。此外，由于硫和磷是在合金制备期间去除的常见杂质，因此从合金中完全去除这些元素可能不具有成本效益。在实施方案中，合金可含有小于约0.3重量％的硫和/或小于约0.3重量％的磷。
在实施方案中，硫的含量优选小于约0.1重量％并且磷的含量优选小于约0.1重量％。例如，磷和硫可以各自以小于约0.06重量％，例如高达约0.05重量％，或约0.001至约0.03重量％，或约0.01至约0.02重量％的磷和/或硫的量存在于合金中。
在实施方案中，J137合金可以铸造成所需的形状，例如阀座嵌件，其通过加热到奥氏体范围内的温度(例如到约1700°F)进行热处理，淬火以将微观结构转变成约50至约80体积％的马氏体和约20至约50体积％的共析相，然后回火(例如，在约1100至约1350°F下回火)以使合金增韧。
实施例
下文阐述的实施例说明了可用于实践本公开的实施方案的不同组合物和条件。除非另有说明，否则所有比例均按重量计。然而，显而易见的是，实施方案可以用多种类型的组合物来实践，并且可以根据上面的公开并如下文指出的那样具有多种用途。
J137合金可用于通过形成合金成分的熔体，在铸造前不久通过添加铝使熔体脱氧，铸造合金，并使铸件经受回火以获得包含枝晶内回火马氏体和枝晶间共析相的微观结构来制造阀座嵌件。由于在块体基体凝固过程之前在液态金属中形成氮化铝，氮化铝核可以有效地减小凝固亚结构尺寸。此外，ε铜的沉淀在硬化和温度加工期间在热浸泡过程中发生，可以减少硬化和回火过程期间的晶粒生长，因此可以获得所需的均匀且精细的多孔微观结构。
在一个实施方案中，J137合金可以表征为具有铜沉淀硬化、预奥氏体化过程和分散氮化铝强化设计的精细晶粒马氏体合金。J137合金与M2工具钢和J120V合金之间的三个主要区别是：(1)添加所需量的钴和镍以确保实现充分的奥氏体化；(2)添加足量的铜用于沉淀硬化和预奥氏体晶粒尺寸控制，以及(3)添加铝作为氮化铝形成元素。通过结合这三个合金设计标准，可以为J137合金提供可用于发动机阀机构部件[例如阀座嵌件(VSI)应用]的晶粒尺寸细化、基体强化和氮化物分布形成。
合金J137在所需的硬化+回火条件下具有回火马氏体基体，带有少量残留的奥氏体。在空气淬火和回火状态中回火马氏体的量为约50至约80体积％。合金的另一部分由约10至约50体积％的J137基体的共晶/共析薄层相组成。在J137凝固过程期间，枝晶内区域由固溶体相(奥氏体/铁素体/马氏体)组成。枝晶间区域由凝固相和形式共晶反应相(奥氏体和呈薄层分布的碳化物)组成。在较低温度下，发生共析反应以形成呈薄层形态的铁素体和碳化物。
在淬火期间，预共析反应物的铁素体部分通过固态相变改变为马氏体结构，该固态相变随后在回火处理后转变为回火马氏体。因此，在硬化加回火条件下，J137合金可以含有约5至25体积％的富含铬、钼、钨和钒的共析碳化物。
氮化铝(AlN)具有高热导率(在环境下为160W/mK左右)、高显微硬度硬度(在环境下为HK1200)以及与碳化物和回火马氏体晶体结构结合的可匹配的热膨胀系数。用铝和氮元素合成的AIN可以具有纤锌矿晶体结构。用共价键形成的氮化物结构在氧气耗尽的环境中可在高达2000℃的温度下保持稳定。J137中可以成功引入AIN，以增强在粘合和磨蚀条件下的合金耐磨性。由于在J137合金体系中设计了用于AIN形成的过程，氮化铝的形成发生在高温下，而块体合金金属处于液态。AIN核的形成最初发生在液态J137金属(铝和氮两者都作为溶质)的随机位置中。因此，预计AIN的尺寸均匀且分布随机。
在铁基合金体系中，ε铜的沉淀可以很容易在共析铁素体和碳化物之间的边界内发生。ε铜沉淀通常在共析温度下或共析温度左右发生，这可以强化基体并细化晶粒尺寸。ε铜作为铁基基质中的界面相(interphase)是非常稳定的并可以在发动机阀机构应用温度范围内既抵抗沉淀溶解又抵抗颗粒生长。J137合金中可以包含少量铜以用于引入ε铜沉淀形成。
表1列出了七个J137实验炉次的组成，其中钴加镍的总量小于8.0wt.％并且铜含量为0.30至0.50wt.％。炉次包括各种铝含量，以探索氮化物形成对合金体系中机械和冶金响应的影响。氮化铝形成是为合金设计的，以增强其耐磨性，尤其是用于使高温粘合磨损最小化。炉次含有高达约1％的附带杂质，其包含高达约0.03％的Mg、高达约0.015％的Pb、高达约0.05％的Sb、高达约0.03％的Sn、高达约0.02％的Zn、高达约0.02％的As、高达约0.1％的Bi、高达约0.001％的Ca、高达约0.1％的Ce、高达约0.02％的Zr、高达约0.003％的La和高达约0.03％的Se。
表1.J137实验的组成
| 炉次 | 0B12R | 0H28XA | 0I02XA | 0I08XA | 0J07XA | 0J12XA | 0L02XB | 0L22XB |
| C | 1.2 | 1.27 | 1.13 | 1 | 0.94 | 0.85 | 1.16 | 1.18 |
| Mn | 0.384 | 0.8 | 0.64 | 0.365 | 0.383 | 0.372 | 0.433 | 0.560 |
| Si | 0.65 | 0.76 | 0.81 | 0.56 | 0.78 | 0.71 | 0.61 | 0.63 |
| Ni | 0.148 | 0.483 | 0.146 | 0.236 | 1.96 | 1.66 | 0.5 | 0.479 |
| Cr | 4.26 | 4.68 | 4.74 | 4.37 | 5.09 | 5.3 | 4.53 | 4.53 |
| Mo | 5.98 | 6.53 | 6.11 | 6.15 | 5.85 | 6.15 | 6.51 | 6.67 |
| Cu | 0.387 | 0.464 | 0.381 | 0.409 | 0.364 | 0.395 | 0.479 | 0.442 |
| W | 4.62 | 5.49 | 5.27 | 5.23 | 5.41 | 4.95 | 5.17 | 4.56 |
| V | 1.27 | 1.53 | 1.4 | 1.41 | 1.57 | 1.5 | 1.38 | 1.4 |
| Co | 4.82 | 5.08 | 4.81 | 4.92 | 5.22 | 5.41 | 4.96 | 4.86 |
| Al | 0.042 | 0.272 | 0.162 | 0.078 | 0.445 | 0.236 | 0.457 | 0.540 |
| B | 0.0094 | 0.011 | 0.0081 | 0.0081 | 0.011 | 0.01 | 0.0082 | 0.0077 |
| N | 0.084 | 0.054 | 0.064 | 0.064 | 0.061 | 0.068 | 0.073 | 0.051 |
| P | 0.037 | 0.034 | 0.032 | 0.032 | 0.032 | 0.031 | 0.031 | 0.031 |
| S | 0.021 | 0.014 | 0.016 | 0.016 | 0.015 | 0.015 | 0.015 | 0.016 |
| Nb | 0.025 | 0.059 | 0.085 | 0.042 | 0.91 | 0.7 | 0.134 | 0.121 |
| Ti | 0.041 | 0.028 | 0.036 | 0.024 | 0.046 | 0.047 | 0.037 | 0.023 |
| Ta | 0.11 | 0.1 | 0.092 | 0.11 | 0.01 | 0.067 | 0.089 | 0.153 |
| Fe | 75.7 | 72 | 73.8 | 74.7 | 70.7 | 71.3 | 73.2 | 73.5 |
径向压溃测试用于使用拉伸测试仪评估合金韧性。在测试期间，将尺寸为1.935”OD、1.750”ID和0.3050”高度的环形实验样品压在OD表面上直至其破裂。然后，使用断裂载荷和变形来计算径向压溃韧性。五个样品和一个标准J120V合金在来自J137合金炉次中的六个的铸态条件下进行测试，该标准J120V合金具有1.32％C、0.36％Mn、0.428％Si、0.08％Ni、3.9％Cr、6.68％Mo、0.08％Cu、5.46％W、1.42％V、0.1％Co、0.0268％N、0.001％Al和80.2％Fe。对于J137合金，就在铸造样品浇注之前，在熔融的金属中使用不同量的铝柱塞材料来施加不同的炉次。不同量的铝柱塞在合金基体中引入了不同量的氮化铝颗粒。合金凝固模式设计成帮助精细氮化铝的分散分布形成。
这些炉次的径向压溃测试结果示于图2中。合金J137的径向压溃韧性最有可能是铝含量的函数。结果表明，在铸态条件下，所有J137实验炉次都表现出比标准J120V合金更高的径向压溃韧性。因此，J137的铸件开裂倾向应低于J120V。
将J137的回火响应性能与图3中的J120V进行比较，图3将块体硬度绘制为回火温度的函数。一般地，J137合金在室温至1500°F的回火温度范围内表现出与J120V相同或更高的块体硬度。
图4显示了作为回火温度函数的径向压溃韧性。与J120V合金(一种经典的VSI合金)相比，所有J137实验炉次都表现出相同或更好的径向压溃韧性。因此，可以预期合金J137具有对阀机构部件应用来说足够的韧性。
图5显示了J120V、JP23和J137之间的抗压缩屈服强度和抗拉伸断裂强度的比较。对于抗压缩屈服强度，与JP23(PMVSI材料)和J120V相比，J137在600°F到1200°F下具有所需的高温性能。就拉伸性能来说，在J120V、JP23和J137中J137具有最高的抗拉伸断裂强度。
图6显示了J120V和J137之间的热硬度比较，并且显然J137具有比J120V总体更高的热硬度。因此，从热硬度考虑，J137具有很高的高温应用(包含VSI)潜力。从摩擦学应用考虑，热硬度越高，高温耐磨性越好。因此，预计J137具有所需的更高的耐磨性潜力。
图7是J120V、JP23和J137之间的热膨胀系数的比较。合金J137具有的热膨胀系数介于J120V和JP23之间。图7中所示的热膨胀系数适用于阀机构部件应用。
图8和图9分别显示了J137合金在具有和不具有铝柱塞的情况下的微观结构形态。图8显示了J137实验(炉次0H28XA)中富含铝的氮化物分布，其中0.208wt.％的铝柱塞呈100X放大倍率。在大约0.208重量百分比(wt％)的铝柱塞下，大量(～0.01vol.％)的氮化铝随机分布在J137基体中，典型尺寸范围为1至5微米，如图8所示。图9显示了在100X放大倍率下对低铝含量进行实验时J137实验(0B12R)中富含铝的氮化物分布。
在1.2pH和2.8pH测试溶液条件下的J137的耐腐蚀性分别显示在图10和11中。腐蚀测试包含蒸汽腐蚀测试和浸泡腐蚀测试这两部分。对于1.2pH测试，溶液由含于500ml H2O中的3.4ml硝酸、1.4ml硫酸和1.65g NaCl组成。如图10所示，J137耐腐蚀性略低于L.E.君斯(L.E.Jones)合金J160的耐腐蚀性和耐磨性，不过却显著高于J120V。此外，具有铝添加(柱塞)的J137炉次显示比未施加铝柱塞的J137炉次明显更好的耐腐蚀性。图11显示了在2.8pH测试条件下的腐蚀测试结果，其中溶液由硫酸钠(7800ppm SO4 -2)和硝酸钠(1800ppm NO3 -)组成，用乙酸调节至设计的pH值。一般地，J137表现出介于J120V和J160之间的更高的耐腐蚀性。
J137合金体系可以设计为获得细化的预奥氏体晶粒尺寸和所需的氮化铝分布，这增强了铸态、淬火和回火条件下的耐磨性。图12A至图12C显示了J137合金对比几种阀材料以及JP23和J120VN(氮化物J120V)对比
的Plint磨损测试结果。显然，J137合金表现出良好的整体常规耐磨性，而在这种情况下J137合金对比VAT
表现出最高的耐磨性。图12A是销样本磨损图，图12B是板样本磨损图，并且图12C是J137对比其他合金系统的总磨损图。
J137合金通过其具有精细晶粒预奥氏体、铜沉淀硬化和氮化铝弥散分布的微观结构的设计表现出良好的耐磨性、良好的机械特性，例如热硬度、抗压缩屈服强度、极限抗拉伸强度和径向断裂韧性。还清楚地表明，J137比J120V具有更好的耐腐蚀性。因此，预计对阀机构部件应用来说J137合金与J120V相比具有更好的一般适用性。
本领域技术人员将理解，本发明可以在不背离其精神或本质特征的情况下以其他特定形式实施。因此，当前公开的实施方案在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的描述来指示，并且在其含义和范围以及等同物内的所有变化都旨在包含在其中。
Claims (20)
1.一种铁基合金，其包括，以重量百分比计：
约0.75至约2％的碳；
约0.1至约1％的锰；
约0.1至约1％的硅；
约3至约6％的铬；
高达约4％的镍；
约1至约3％的钒；
约4至约7％的钼；
约4至约7％的钨；
约4至约7％的钴；
高达约0.1％的硼；
约0.001至约0.15％的氮；
约0.001至约0.6％的铝；
约0.1至约1％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
总计高达约5％的铌、钽、钛、铪和锆；
约65至约80％的铁；以及
余量附带杂质。
2.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金基本上由以下项组成：约0.75至约1.6％的碳；
约0.2至约0.8％的锰；
约0.2至约0.8％的硅；
约3.5至约5.5％的铬；
约0.05至约2.5％的镍；
约1.2至约2％的钒；
约5至约7％的钼；
约4至约7％的钨；
约4.5至约7％的钴；
约0.001至约0.05％的硼；
约0.05至约0.12％的氮；
约0.01至约0.6％的铝；
约0.2至约0.6％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
总计高达约3％的铌、钽、钛、铪和锆；
约70至约76％的铁；以及
余量附带杂质，其中镍加钴总计为8％或更少。
3.根据权利要求1所述的合金，其包括：
约0.75至约1.4％的碳；
约0.3至约0.7％的锰；
约0.3至约0.7％的硅；
约4至约5.5％的铬；
约0.15至约2.5％的镍；
约1.2至约1.6％的钒；
约5.25至约7％的钼；
约4至约6％的钨；
约4.5至约6％的钴；
约0.003至约0.015％的硼；
约0.07至约0.1％的氮；
约0.01至约0.6％的铝；
约0.3至约0.5％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
总计高达约1％的铌、钽、钛、铪和锆；
约70至约76％的铁；以及
余量附带杂质，其中镍加钴总计为约5至约8％。
4.根据权利要求1所述的合金，其包括：
约0.8至约1.2％的碳；
约0.4至约0.7％的锰；
约0.4至约0.7％的硅；
约4至约5.5％的铬；
约0.05至约2％的镍；
约1.2至约1.6％的钒；
约5.5至约7％的钼；
约4至约5.5％的钨；
约4.5至约5.5％的钴；
约0.005至约0.015％的硼；
约0.05至约0.1％的氮；
约0.01至约0.6％的铝
约0.3至约0.5％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
高达约1％的铌；
高达约0.1％的钛；
约70至约76％的铁；以及
余量附带杂质，其中所述合金含有总计约15至约27％的钴、钨、钼和铬。
5.根据权利要求4所述的合金，其中所述钴、钨、钼和铬总计为约19至约24％。
6.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金具有约50至约80体积％的枝晶内相和约20至约50体积％的枝晶间相的铸态微观结构。
7.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金具有约75至约90体积％的回火马氏体和10至约25体积％的共析相的淬火和回火的微观结构。
8.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金处于硬化和回火状态，其中氮化铝和铜沉淀物的量足以提供至少约45洛氏C的硬度。
9.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金在约1000°F的温度下具有至少350的显微硬度(HV10)。
10.根据权利要求1所述的合金，其中所述合金基本上由以重量百分比计的以下项组成：
约0.8至约1.2％的碳；
约0.3至约0.7％的锰；
约0.4至约0.7％的硅；
约4至约5.5％的铬；
约0.05至约2.5％的镍；
约1.2至约1.6％的钒；
约5.5至约7％的钼；
约4至约5.5％的钨；
约4.5至约5.5％的钴；
约0.003至约0.015％的硼；
约0.08至约0.1％的氮；
约0.01至约0.6％的铝；
约0.3至约0.5％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
总计高达约1％的铌、钽、钛、铪和锆；
约70至约76％的铁；以及
附带杂质。
11.一种用于内燃机的阀座嵌件，所述阀座嵌件包括根据权利要求1所述的合金。
12.一种铸件，其包括根据权利要求1所述的合金，其中所述铸件具有全铁素体微观结构。
13.一种用于内燃机的阀座嵌件，所述阀座嵌件由铁基合金制成，所述铁基合金包括，以重量百分比计：
约0.75至约2％的碳；
约0.1至约1％的锰；
约0.1至约1％的硅；
约3至约6％的铬；
高达约4％的镍；
约1至约3％的钒；
约4至约7％的钼；
约4至约7％的钨；
约4至约7％的钴；
高达约0.1％的硼；
约0.001至约0.15％的氮；
约0.001至约0.6％的铝；
约0.1至约1％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
总计高达约5％的铌、钽、钛、铪和锆；
约70至约80％的铁；以及
余量附带杂质。
14.根据权利要求13所述的阀座嵌件，其中所述合金基本上由以下项组成：
约0.8至约1.6％的碳；
约0.2至约0.8％的锰；
约0.2至约0.8％的硅；
约3.5至约5.5％的铬；
约0.05至约2.5％的镍；
约1.2至约2％的钒；
约5至约7％的钼；
约4至约6％的钨；
约4.5至约6％的钴；
约0.001至约0.05％的硼；
约0.05至约0.12％的氮；
约0.01至约0.6％的铝；
约0.3至约0.5％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
总计高达约1％的铌、钽、钛、铪和锆；
约70至约76％的铁；以及
余量附带杂质。
15.根据权利要求13所述的阀座嵌件，其中所述合金基本上由以重量百分比计的以下项组成：
约0.8至约1.2％的碳；
约0.3至约0.7％的锰；
约0.4至约0.7％的硅；
约4至约5.5％的铬；
约0.15至约2.5％的镍；
约1.2至约1.6％的钒；
约5.5至约7％的钼；
约4至约5.5％的钨；
约4.5至约5.5％的钴；
约0.003至约0.015％的硼；
约0.05至约0.1％的氮；
约0.01至约0.6％的铝；
约0.3至约0.5％的铜；
高达约0.3％的硫；
高达约0.3％的磷；
总计高达约1％的铌、钽、钛、铪和锆；
约70至约76％的铁；以及
余量附带杂质。
16.一种制造如权利要求13所述的阀座嵌件的方法，所述方法包括：
铸造所述铁基合金；以及
机加工铸件。
17.一种制造如权利要求13所述的阀座嵌件的方法，所述方法包括：
将所述铁基合金加热到至少约1700°F的温度；以及
在约1100°F至约1350°F的温度下对硬化态的所述合金进行淬火和回火。
18.一种制造内燃机的方法，所述方法包括将如权利要求13所述的阀座嵌件插入到所述内燃机的气缸盖中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述内燃机选自由柴油发动机和天然气发动机组成的组。
20.一种操作内燃机的方法，所述方法包括：
靠着根据权利要求13所述的阀座嵌件关闭阀以关闭所述内燃机的气缸；以及
点燃所述气缸中的燃料以操作所述内燃机。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/163,914 US11566299B2 (en) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Martensitic wear resistant alloy strengthened through aluminum nitrides |
| US17/163,914 | 2021-02-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114836682A true CN114836682A (zh) | 2022-08-02 |
Family
ID=82562262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210120144.5A Pending CN114836682A (zh) | 2021-02-01 | 2022-02-07 | 通过氮化铝强化的马氏体耐磨合金 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11566299B2 (zh) |
| CN (1) | CN114836682A (zh) |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859081A (en) | 1973-12-17 | 1975-01-07 | Moore Production Specialities | High speed steel compositions and articles |
| US4116685A (en) | 1974-12-27 | 1978-09-26 | Hitachi Metals, Ltd. | Tool steel for warm and hot working |
| JPS52111411A (en) | 1976-03-17 | 1977-09-19 | Hitachi Metals Ltd | High speed tool steel |
| JPS52141406A (en) | 1976-05-21 | 1977-11-25 | Kobe Steel Ltd | Tool steel containing nitrogen made by powder metallurgy |
| US4036640A (en) | 1977-01-06 | 1977-07-19 | Carpenter Technology Corporation | Alloy steel |
| US4224060A (en) | 1977-12-29 | 1980-09-23 | Acos Villares S.A. | Hard alloys |
| SE500008C2 (sv) | 1991-08-07 | 1994-03-21 | Erasteel Kloster Ab | Snabbstål med god varmhårdhet och slitstyrka framställt av pulver |
| US5674449A (en) | 1995-05-25 | 1997-10-07 | Winsert, Inc. | Iron base alloys for internal combustion engine valve seat inserts, and the like |
| US6436338B1 (en) | 1999-06-04 | 2002-08-20 | L. E. Jones Company | Iron-based alloy for internal combustion engine valve seat inserts |
| US6702905B1 (en) | 2003-01-29 | 2004-03-09 | L. E. Jones Company | Corrosion and wear resistant alloy |
| US8613886B2 (en) | 2006-06-29 | 2013-12-24 | L. E. Jones Company | Nickel-rich wear resistant alloy and method of making and use thereof |
| BRPI0603856A (pt) | 2006-08-28 | 2008-04-15 | Villares Metals Sa | ligas duras de composição enxuta |
| US7754143B2 (en) | 2008-04-15 | 2010-07-13 | L. E. Jones Company | Cobalt-rich wear resistant alloy and method of making and use thereof |
| US8430075B2 (en) | 2008-12-16 | 2013-04-30 | L.E. Jones Company | Superaustenitic stainless steel and method of making and use thereof |
| US8479700B2 (en) | 2010-01-05 | 2013-07-09 | L. E. Jones Company | Iron-chromium alloy with improved compressive yield strength and method of making and use thereof |
| WO2012121630A1 (en) * | 2011-03-04 | 2012-09-13 | Åkers AB | A forged roll meeting the requirements of the cold rolling industry and a method for production of such a roll |
| US8940110B2 (en) | 2012-09-15 | 2015-01-27 | L. E. Jones Company | Corrosion and wear resistant iron based alloy useful for internal combustion engine valve seat inserts and method of making and use thereof |
| US9458743B2 (en) | 2013-07-31 | 2016-10-04 | L.E. Jones Company | Iron-based alloys and methods of making and use thereof |
| US9334547B2 (en) | 2013-09-19 | 2016-05-10 | L.E. Jones Company | Iron-based alloys and methods of making and use thereof |
| US10677109B2 (en) | 2017-08-17 | 2020-06-09 | I. E. Jones Company | High performance iron-based alloys for engine valvetrain applications and methods of making and use thereof |
-
2021
- 2021-02-01 US US17/163,914 patent/US11566299B2/en active Active
-
2022
- 2022-02-07 CN CN202210120144.5A patent/CN114836682A/zh active Pending
- 2022-12-28 US US18/089,771 patent/US12018343B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230160031A1 (en) | 2023-05-25 |
| US11566299B2 (en) | 2023-01-31 |
| US20220243296A1 (en) | 2022-08-04 |
| US12018343B2 (en) | 2024-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109402518B (zh) | 用于发动机气阀机构应用的高性能基于铁的合金、其制备方法及其用途 | |
| US6702905B1 (en) | Corrosion and wear resistant alloy | |
| EP3047041B1 (en) | Iron-based alloys, methods of making them and use thereof | |
| US8940110B2 (en) | Corrosion and wear resistant iron based alloy useful for internal combustion engine valve seat inserts and method of making and use thereof | |
| CA2658234C (en) | Wear resistant high temperature alloy | |
| EP2371980A1 (en) | Heat resistant steel for exhaust valve | |
| KR0151154B1 (ko) | 침전경화 페라이트-피얼라이트 강 | |
| CN117363955A (zh) | 一种多类型析出相协同强化耐热合金及其制备方法 | |
| US12018343B2 (en) | Martensitic wear resistant alloy strengthened through aluminum nitrides | |
| US11732331B2 (en) | Ni-based alloy, and Ni-based alloy product and methods for producing the same | |
| JP3468126B2 (ja) | 冷間加工性にすぐれたマルテンサイト系耐熱鋼 | |
| JPS61238942A (ja) | 耐熱合金 | |
| US11530460B1 (en) | Low-carbon iron-based alloy useful for valve seat inserts | |
| JPH03177543A (ja) | 弁用鋼 | |
| JPH06228713A (ja) | 高温強度および被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品 | |
| EP4438754A1 (en) | Niobium-cobalt intermetallic alloy useful for high temperature applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 40074086 Country of ref document: HK |
|
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |