[发明专利]高铬镍基超合金、柴油机气阀与柴油机气阀制造工艺

说明书

本发明公开一种高铬镍基超合金、柴油机气阀与柴油机气阀制造工艺，高铬镍基超合金包含以质量百分比计的如下必要元素：35~45%Cr，1.0~5%Al，0.2~15%Fe，0.1~10%Co；余量为Ni与杂质，或者Ni、杂质与任选元素。柴油机气阀由高铬镍基超合金制成。柴油机气阀制造工艺，采用电镦‑锻成形工艺，电镦过程中采用高阶次分段动态加载模式施加电镦成形工艺参数；电镦成形工艺参数包括电镦电流；高阶次分段动态加载模式：将电镦行程细分为10段以上，为每一段电镦行程加载相应的电镦成形工艺参数，从而降低电镦成形工艺参数变化幅度。本发明能够改善镍基超合金的热加工性能，促使电镦制件晶粒匀细化与表面波纹改善，提高柴油机气阀的硬度，耐高温、耐腐蚀、抗蠕变性能。

技术领域

本发明属于金属塑性成形技术领域，具体为一种高铬镍基超合金材料的大规格柴油机气阀及其制造方法。

背景技术

海洋运输是国际间商品交换中最重要的运输方式之一，货物运输量占全部国际货物运输量的比例在80％以上。为了降低营运成本，各种运输船舶日趋大型化、巨型化，促使船用柴油动力低速机的单缸功率和单机功率不断向强化、纵深发展。与此同时，与船舶主机要求的高效燃烧经济性与低排放生态性相对应的增压技术与废气再循环技术使得柴油机燃烧室处于高负荷强化状态，导致排气系统服役时处于更高温度、更高腐蚀性、更高压力、更高冲刷力的恶劣环境，从而危及原动机可靠性、安全性。

当前出现的高能效船用柴油动力低速机中排气系统中气阀承受的热力载荷已经达到甚至超过主机厂设计的Ni80A镍基超合金材料(Cr：20.87％，Fe 1.26％，Al 0.68％，Mn：0.63％，Ti：2.07％，Si：0.55％，C：0.069％，余量为Ni)的极限，这些构件用镍基超合金材料的耐热、耐蚀、耐热机械疲劳性能需要进一步提高，以实现低速机的高热效率和耐久性。

对于Ni80A镍基超合金材料，电镦成形的工艺参数范围较窄，且对温度极其敏感，电镦参数不匹配时很容易出现动态硬化、裂纹等，进而加深波浪缺陷(参考图1中A区域所示)，因此，难以单纯从气阀制造工艺上来提高Ni80A镍基超合金气阀的性能。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供了一种高铬镍基超合金，解决现有技术中的镍基超合金的热加工性能有待提高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种高铬镍基超合金，包含以质量百分比计的如下必要元素：35～45％Cr，1.0～5％Al，0.2～15％Fe，0.1～10％Co；余量为Ni与杂质，或者Ni、杂质与任选元素。

优选的，任选元素为以下元素中的任意一种或组合，按重量百分比计：Si≤5％，B≤0.01％，C≤0.1％，Cu≤5％，Ti≤0.1％，Nb≤0.1％，Ta≤0.1％，V≤0.1％，Mn≤0.2％，Ce0.01～0.5％，S 0.01～0.2％，P 0.01～0.2％。

本发明还提供一种由上述高铬镍基超合金制成的柴油机气阀。

本发明还提供一种柴油机气阀的制造工艺，采用电镦-锻成形工艺，即电镦形成电镦蒜头后，进行模锻成形，电镦过程中采用高阶次分段动态加载模式施加电镦成形工艺参数；电镦成形工艺参数包括电镦电流；所述高阶次分段动态加载模式：将电镦行程细分为10段以上，为每一段电镦行程加载相应的电镦成形工艺参数，从而降低相邻电镦行程的电镦成形工艺参数在全程电镦成形工艺参数范围的变化幅度。

优选的，预先通过有限元模拟高阶次分段动态加载模式下的电镦过程，优选出满足电镦形状要求与晶粒匀细度要求的电镦成形工艺参数加载方案，电镦成形工艺参数加载方案由每一段电镦行程的电镦成形工艺参数组成。

优选的，电镦成形工艺参数还包括预热时间、预热温度、顶镦力、砧子后退速度、夹持长度与夹持力；镦行程分段数在40段以上；通过高阶次分段动态加载模式施加电镦成形工艺参数使得全程电镦温度控制在1100～1000℃。