[发明专利]一种排气阀用镍基高温合金有效

专利信息
申请号: 201210305869.8 申请日: 2012-08-24
公开(公告)号: CN102808112A 公开(公告)日: 2012-12-05
发明(设计)人: 杨学焦 申请(专利权)人: 杨学焦
主分类号: C22C19/05 分类号: C22C19/05
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 315181 浙江省*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 气阀 用镍基 高温 合金
【说明书】:

技术领域

本发明涉及合金技术领域,特别涉及一种排气阀用镍基高温合金。

背景技术

高温合金是以第VIIIA族金属(铁、钴、镍)为基的具有高的室温和高温强度的合金。从高温合金的产生和发展至今已经历了60多年。推动其发展的动力是航空和航天工业燃汽轮机对耐热合金的需求。高温合金的发展也带动了合金化学及合金加工技术的进步。镍基高温合金具有更高的高温强度,它们是在Cr20Ni80合金的基础上发展起来的,通常以Cr、Mo、Co、Ti、Al等合金元素来进行强化;Cr、Mo、Co等元素的主要作用是强化镍基固溶体,提高基体的再结晶温度,以降低基体中原子的扩散速度。Ti、Al的作用在于形成Ni3(AlTi)-γ′强化相,它具有面心立方结构,析出时与基体共格,聚集长大的速度很小,具有良好的强化效果。近年来随着现代粉末冶金加工技术的应用和喷射成形多元多相弥散强化合金的出现,高温合金在接近材料熔点温度的同时,仍能保持高的持久强度,而普通靠γ′相或(α+γ′)相强化的高温合金只能在低温(600℃~800℃)、中温(800℃~1000℃)使用。采用多元多相弥散强化的高温合金是目前使用温度最高的合金,如美国的IN738合金等。目前,美国、日本、德国、英国、法国等国家均投入大量的人力、物力进行研究和开发。国内主要有北京航空材料研究院、北京钢铁研究总院、中国科学院金属研究所、昆明贵金属研究所等单位从事镍基高温合金的研究开发,但是大多数成果均为航空、航天和军工服务,而为民用工业的较少。

目前,我国在中等负荷的内燃机中,普遍采用21-4N钢(即5Cr21Mn9Ni4N)作为中、小缸径的排气阀用钢,该钢的工作温度在650-750℃之间,气阀钢长期使用在高温下,则会有层状析出物增多,由于这种层状的析出是铬的碳化物和氮化物,因此大量的析出物会使气阀钢基体贫铬,导致该钢在高温燃气条件下的抗腐蚀性能显著下降,也会使气阀的颈部、盘部、盘锥面形成腐蚀坑,容易使气阀钢产生漏气和盘部开裂,气阀颈部的腐蚀坑在弯曲疲劳应力的作用下,很容易产生疲劳裂纹甚至断裂。现有技术中针对高负荷的内燃机排气阀用钢也有资料介绍,例如美国专利4929419文献介绍的气阀钢,该钢是针对23-8N钢进行面分调整,如采用添加C、B、W、Mo元素和提高C、N含量来改变钢种的使用性能,另外德国在专利文献DE3704473A1中介绍的是一种改进型气阀钢,该钢是在21-4N钢基础上添加了5-6%Al、1.8-2.5%Nb、0.8-1.5%W,N提高到0.4-0.6%的成分范围,再有改进形气阀钢的技术还有俄罗斯SU1650762A1专利,该专利文献介绍了一种在21-4N基础上添加0.5-1.5%Mo;0.5-1.5%Nb;0.5-1.5V和0.05-0.20%Zr元素,该类钢性能只略有所提高,不能满足高负荷内燃机排气阀用钢的需要。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种排气阀用镍基高温合金,以解决现有技术的材料不能满足需要的问题。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

一种排气阀用镍基高温合金,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.10-0.14%,Al 3.5-4.5%,W 1.5-2.5%,Mo 2.0-4.0%,Cr 13.5-15.5%,V 0.4-0.6%,Zr 0.10-0.20%,Nb 0.5-1.5%,Fe 8.0-12.0%,Ta 2.5-3.5%,Cu ≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。

优选,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.11-0.13%,Al 3.8-4.2%,W 1.8-2.2%,Mo 2.5-3.5%,Cr 14.0-15.0%,V 0.45-0.55%,Zr 0.13-0.17%,Nb 0.8-1.2%,Fe 9.0-11.0%,Ta 2.8-3.2%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。

最优选,所述合金以重量百分数计由下列组份组成:C 0.12%,Al 4.0%,W 2.0%,Mo 3.0%,Cr 14.5%,V 0.50%,Zr 0.15%,Nb 1.0%,Fe 10.0%,Ta 3.0%,Cu≤0.20,Mn≤0.8,P≤0.020,S≤0.015,Si≤0.3,余量Ni和不可避免杂质。

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