[发明专利]基于铁的合金及其制备和使用方法

说明书

一种基于铁的合金包含以重量％计的约2至约3％的碳；约0.1至约0.4％的锰；约0.3至约0.8％的硅；约11.5至约14.5％的铬；约0.05至约0.6％的镍；约0.8至约2.2％的钒；约4至约7％的钼；约3至约5％的钨；约1至约3％的铌；约3至约5％的钴；零至约0.2％的硼；以及余量为铁和附随的杂质。所述合金适用于用在高温应用中，例如内燃发动机的阀座嵌件中。

技术领域

本发明涉及基于铁的合金，尤其是耐腐蚀和耐磨损的基于铁的合金，具有高可淬性，可用在例如阀座嵌件中。

背景技术

用于柴油发动机的更限制性的废气排放法规已促使发动机设计的变化，包括对高压电子燃油喷射系统的需求。相比于以前的设计，根据新设计构造的发动机使用较高的燃烧压力、较高的工作温度并且较少的润滑。新的设计的组件，包括阀座嵌件(VSI)，具有经受显著更高的磨损率。排气阀座嵌件和阀门例如必须能够承受高数量的阀冲击事件和燃烧事件，而磨损最小(例如，研磨剂、粘合剂和腐蚀性磨损)。这促使材料的选择转向相对于柴油产业中传统上使用的阀座嵌件材料而言提供改进的耐磨性的材料。

柴油发动机发展的另一个新兴趋势是使用EGR(废气再循环)。随着EGR，废气再回到进入气流中，以减少废气排放中的氧化氮(NOx)含量。柴油发动机中使用EGR可提高阀座嵌件的工作温度。因此，在使用EGR的柴油发动机中需要具有良好的热硬度、成本更低的阀座嵌件。

此外，由于废气含有可潜在地形成酸的氮、硫、氯和其他元素的化合物，因此使用EGR的柴油发动机对排气阀座嵌件应用中使用的耐腐蚀性提高的合金的需求增加。酸会损害阀座嵌件和阀门，导致发动机过早失效。

阀座嵌件需要表现出足够可淬性以及耐腐蚀性和耐磨性的改进的基于铁的合金，适用于例如排气阀座嵌件应用。

发明内容

在实施方式中，本发明提供了基于铁的合金，以重量％计，其含有约2至约3％的碳；约0.1至约0.4％的锰；约0.3至约0.8％的硅；约11.5至约14.5％的铬；约0.05至约0.6％的镍；约0.8至约2.2％的钒；约4至约7％的钼；约3至约5％的钨；约1至约3％的铌；约3至约5％的钴；零至约0.2％的硼；以及余量为铁和附随的杂质。

在实施方式中，本发明提供了含有基于铁的合金，以重量％计，其含有约2至约3％的碳；约0.1至约0.4％的锰；约0.3至约0.8％的硅；约11.5至约14.5％的铬；约0.05至约0.6％的镍；约0.8至约2.2％的钒；约4至约7％的钼；约3至约5％的钨；约1至约3％的铌；约3至约5％的钴；零至约0.2％的硼；以及余量为铁和附随的杂质，其中所述合金具有含有共晶反应相的枝晶间区域，并且当在硬化和回火条件下时，该合金的硬度为至少约50HRc。

在进一步的实施方式中，本发明还提供了用在内燃发动机中的阀座嵌件。在实施方式中，所述阀座嵌件由基于铁的合金制成，以重量％计，该基于铁的合金含有约2至约3％的碳；约0.1至约0.4％的锰；约0.3至约0.8％的硅；约11.5至约14.5％的铬；约0.05至约0.6％的镍；约0.8至约2.2％的钒；约4至约7％的钼；约3至约5％的钨；约1至约3％的铌；约3至约5％的钴；以及零至约0.2％的硼；以及余量为铁和附随的杂质。

附图说明

图1是并入根据本申请的实施方式的基于的铁的合金的阀座嵌件的阀组件的横截面图。

图2是作为用于根据本公开的在1750°F硬化的基于铁的合金(“J161合金”或“J161”)和在1550°F硬化的J161合金的回火温度的函数的整体硬度(bulk hardness)与在1750°F硬化的相当的基于铁的马氏体基质合金(“J160合金”或“J160”)和在1550°F硬化的J160合金进行比较的回火温度的函数的整体硬度的图示。