[发明专利]一种发动机气门用节镍型铁基高温合金及其制造方法

说明书

本发明提供一种节镍型Fe‑Ni‑Cr基高温合金。选用的成分质量百分比含量为：C：0.071‑0.092％，Mn：0.18‑0.50％,Cr:15.15‑15.99％，Mo:0.4‑1.0％，Al:1.69‑2.00％,Ti:2.00‑2.19％,Nb:0.45‑0.75％,V≤0.3％,Ni:27.35‑29.98％,B:0.002‑0.007％,Zr:0.005‑0.013％，S≤0.02％，P≤0.02％,余量为Fe及不可避免的杂质；其中C、Cr、Mo、Al、Ti和Nb含量必须满足：Ni_critical＝10×(‑7.85‑15.7×C％+0.285×Cr％‑0.003×Mo％‑0.258×Al％+3.05×Ti％+2.25×Nb％)^1.584≤25.0％，这样可以避免凝固过程中在液相里形成块状Laves相。还提供了制造方法，该材料的固相线温度为1160‑1178℃，Laves相的开始析出温度为930‑946℃，避免了制造过程中出现过烧现象。本发明制造的节镍型Fe‑Ni‑Cr基高温合金高温性能优于镍基合金Inconel751和NiCr20TiAl，且在室温～650℃强度与塑性变化不明显，因此可以取代镍基合金Inconel751和NiCr20TiAl生产发动机气门，从而降低成本。

技术领域

本发明涉及铁基类高温合金技术领域，具体涉及一种优良性能的发动机气门材料及其制造方法。

背景技术

随着人们对汽车发动机尾气排放要求的提高，为降低含有有害物质的尾气排放量，提高发动机效率，发动机气门尤其排气门承受的机械冲击、热负荷和温度突变更强了，所处的工作环境和高温更加剧烈和更高，甚至高达800℃以上，因此用于加工排气门的材质也已经逐步采用镍基高温合金或铁基高温合金取代以前比较高端的如21-4NWNb、61Cr21Mn10Mo1V1Nb1N等奥氏体耐热钢。目前主要用于制造排气门的镍基高温合金是Inconel 751和Nimonic 80A。这两类产品的合金含量高，尤其是镍的含量超过了70％，因此生产的气门成本非常高。由于科技的不断进步，发动机所用的油品中铅含量大幅降低，且汽车行业对成本的严格苛求，人们把生产气门的气阀合金由镍基高温合金转向了低镍含量(20-40％)的铁基高温合金，相继发明了较多的气阀材料。

专利CN200910028928.X《节镍型气阀合金材料》的主要合金元素的成分重量百分比为 C≤0.07％、Ni30.00-34.00％、Cr13.0-16.0％、Mo0.60-0.80％、Ti2.20-3.00％、Al1.20-2.00％和 Nb0.40-0.70％。

专利CN201210175284.9《一种气阀合金材料及其制造方法》的主要合金元素的成分重量百分比为C≤0.07％、Ni27-32％、Cr20-28％、Nb0.5-1.8、Ti1.20-2.35％、Al0.5-1.5％、 Zr0.01-0.20％、V0.20-0.50％。

专利CN201310349567.5《一种高强度节镍型气阀钢及其制备方法》的主要合金元素的成分重量百分比为C0.01-0.25％、Ni18.0-28.0％、Cr16.0-24.0％、Ni18.0-28.0％、Al0.5-2.5％、 Ti1.5-3.5％、Nb0.5-2.5％。

专利CN201410370362.X《一种节镍型气阀合金及其制备方法》的主要合金元素的成分重量百分比为C0.01-0.30％、Ni40.0-50.0％、Cr24.0-28.0％、Al0.7-2.5％、Ti1.0-3.7％、 Nb0.2-2.5％、Mo0.2-1.2％、V0.05-0.5％。

专利CN201510176213.4《一种低镍奥氏体气阀合金及其制备方法》的主要合金元素的成分重量百分比为C0.02-0.08％、Ni8.0-35.0％、Cr12.0-17.0％、Al1.5-2.5％、Ti2.5-3.5％、 Y0.05-0.2％、Hf0.05-0.3％。