[发明专利]用于喷油嘴阀体的渗碳钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于喷油嘴阀体的渗碳钢及其制备方法，其包含有如下主要元素：碳、锰、铜、铬、镍、硫、铝、氮和铌。该渗碳钢的制备方法包括如下步骤：初炼；钢包精炼；连续浇注；轧制棒材或线材；将所述棒材或线材拉拔至表面光亮。本发明具有如下的有益效果：本发明的喷油嘴阀体用钢经过经退火后获得球化珠光体组织，硬度碳化物颗粒细小均匀，硬度185～210HBW，便于油嘴阀体的切削、开孔加工，同时为后续的渗碳和淬火热处理提供预备组织。

技术领域

本发明涉及黑色金属材料制造加工技术领域，具体为一种用于喷油嘴阀体的渗碳钢及其制备方法。

背景技术

1892年狄塞尔发明了柴油机，经过一个多世纪几代人的努力，柴油发动机飞速发展。柴油发动机的“心脏”即燃油喷射系统的喷油嘴是关键的部件，油泵内的高压燃油即通过喷油嘴直接喷射到柴油机的燃烧室，因此喷油嘴承受着高温、高压和磨损的复杂工况。喷油嘴阀体在≥160Mpa的油压作用下，针阀在阀体内以每分钟上千次上下跳动的频率，来达到供给均匀雾化的燃油目的，同时受到气缸工作温度的影响，针阀体的头部温度可达250～360℃，因此要求喷油嘴阀体应具有高的表面硬度、高耐磨性、良好的抗回火性能、优良的尺寸稳定性和接触疲劳性能；并由于针阀体的制造工艺精细复杂，工艺流程长，也要求材料具有良好的切削性和磨削性能和一定的耐蚀性。特别是近年来高压共轨技术的实施，对喷油嘴用钢的要求也越来越高。

喷油嘴阀体用钢的常用材料包括GCr15、18Cr2Ni4WA、25SiCrMoVA等。GCr15钢采用整体淬火，心部硬度很高，缺乏韧性，在使用过程中极易造成球头脱落、破损而发生早期失效。同时，GCr15钢抗回火稳定性较差，易导致工作条件下硬度降低、耐磨性降低、尺寸发生变化、寿命降低，因此，不能满足柴油机不断向高增压、高速、大功率发展的需要。随着喷射压力的逐渐提高，为满足韧性的要求，开发了18Cr2Ni4WA、25SiCrMoVA渗碳钢作为喷油嘴的阀体，采用W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2(简称6542)作为针阀。热处理工艺则相应地改成了气体渗碳。

目前，满足内燃机针阀体偶件使用要求的高强度、高韧性结构钢(强度≥1200Mpa、冲击韧性Aku≥60J)，是含铬镍结构钢，如：高强度渗碳

17244-1钢(Rm≥1200Mpa)，常用牌号为20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、15CrMn2SiMo等(见表1、表2成分、性能对比。)。其不足是：铬镍含量高使材料价格昂贵，同时机加工性能差，加工效率低，为了减少残余奥氏体量还需实施复杂的热处理工艺，尺寸稳定性差，抗回火稳定性不稳定，一般只在200℃左右回火。因此，尚不能适应内燃机向高速增压，大马力方向发展的需要。

表1渗碳钢成分对比(wt％)

表2几组铬镍渗碳钢性能与热处理工艺对比

发明内容

本发明设计了一种新型喷油嘴阀体用渗碳钢，即通过在钢中加入铬、镍、锰、铜、氮等合金元素并进行相应的成分设计；采用轻压下、电磁搅拌和高温均质化等工艺手段有效改善偏析；通过控制轧制、冷却和球化退火，获得获得耐腐蚀、晶粒细小、纯洁度高、强韧性性能优良的新型喷油嘴阀体用渗碳钢。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于喷油嘴阀体的渗碳钢，其包含有按重量百分数计的如下元素：

且铬元素与镍元素的重量百分数之和为3.8～4.1％，锰元素与硫元素的重量百分数之比为(20～40):1，铝元素与氮元素的重量百分数之比为(0.9～1.5)：1，