一種排氣門頭部材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種排氣門頭部材料及其制備方法。本發(fā)明采用的合金成分重量百分比含量為：C:0.32～0.40%；Si:0.17～0.37%；Mo:2.0～3.0%；Mn:6.5～8.0%；Cr:20～22%；W:0.50～1.0%；Ni:2.5～3.5%；P:≤0.015；S:≤0.015；Cu:≤0.010%；余料為Fe。該氣門材料經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理而成。本發(fā)明的排氣門頭部材料的耐熱性能、熱穩(wěn)定性好、高溫疲勞強度高、壽命高。
【專利說明】一種排氣門頭部材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種排氣門頭部材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣門是發(fā)動機的關(guān)鍵零件之一，它是用來打開或關(guān)閉進、排氣道的直接零件。氣門是發(fā)動機工作過程中密封燃燒室和控制發(fā)動機氣體交換的密封件，是保障發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性、可靠性的重要部件。氣門分為進氣門與排氣門，空氣通過進氣門進入發(fā)動機氣缸內(nèi)與燃料混合燃燒，燃燒后產(chǎn)生的廢氣通過排氣門排出氣缸，從而實現(xiàn)新鮮空氣進入氣缸燃燒產(chǎn)生車輛行駛的動力并排除廢氣。氣門的工作條件惡劣，進氣門的工作溫度可達600度左右；排氣門的工作溫度可達800度左右。進氣門主要承受啟閉過程中的反復沖擊負荷，排氣門除了承受反復沖擊的機械符合之外，還承受高溫氧化氣體的腐蝕及熱應力、錐面熱箍應力和燃燒時氣體壓力等共同作用時，氣門在落座時承受由慣性引起的沖擊交變載荷及彈簧壓力，高溫腐蝕氣體的高速沖刷等，對排氣門的材料要求更為嚴格，要求排氣門具有足夠的熱強度、良好的耐磨性和使用壽命、良好的抗氧化性能。
[0003]目前，排氣門的頭部材料主要是21-4N，材料的種類非常單一，不能滿足不同工況發(fā)動機的使用要求。另外，該材料存在高溫穩(wěn)定性不好、壽命因?qū)訝钐蓟锒霈F(xiàn)的疲勞失效降低、使用壽命不長、坯料已出現(xiàn)表面裂紋導致成材率低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種排氣門頭部材料及其制
備方法。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種排氣門頭部材料，該排氣門頭部材料采用的合金成分重量百分比組成為C:0.32~0.40% ；S1:0.17~0.37% ；Mo:2.0~3.0% ；Mn:6.5 ~8.0% ；Cr:20 ~22% ；ff:0.50 ~1.0% ；N1:2.5 ~3.5% ;余量為純度為99.8%的Fe。其中，所述純度為99.8%的Fe中的雜質(zhì)重量百分比含量為:N1: ( 0.030% ；P: ( 0.015 ；S: ( 0.015 ；Cu: ( 0.010%。
[0006]上述排氣門頭部材料的制造方法，包括如下工藝步驟:
[0007](1)按照合金成分范圍準備配料，混合均勻；
[0008](2)采用真空感應爐熔煉，溫度控制在1620~1680°C，熔煉I~1.5小時；
[0009](3)采用低壓鑄造，鑄件再經(jīng)軋制成型，控制最后一次軋制的變形量在40%以上；
[0010](4)加熱到1050~1150°C保溫0.5~I小時，淬火，該熱處理步驟可以提高材料的強韌性，并且可以細化晶粒；
[0011](5)加熱到800~820°C保溫3~4小時，淬火，得到排氣門頭部材料。通過該熱處理步驟，可以改善材料的組織性能。
[0012]其中，步驟(3)中所述的低壓鑄造的工藝條件為:充型壓力0.06MPa，充型速度為50mm/s，充型增壓0.01MPa，保壓時間10s，軋制3次。[0013]有益效果:本發(fā)明的合金綜合性能優(yōu)異，高溫下疲勞強度高、壽命高，相對于21-4N材料而言，大大提高了 800°C的高溫循環(huán)壽命，組織穩(wěn)定。采用低壓鑄造，提高了合金材料的致密性與純凈度；采用兩次熱處理的方式，保障了合金材料的強度、高溫強度及壽命。
【具體實施方式】
[0014]以下各個實施例中所使用的純度為99.8的Fe中雜質(zhì)的重量百分比含量為:N1: ^ 0.030% ；P:≤ 0.015 ；S:≤ 0.015 ；Cu: ( 0.010%。
[0015]實施例1
[0016]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備排氣門頭部材料，具體步驟如下:
[0017](I)配料，排氣門頭部材料采用的合金重量百分比成分為:C:0.32%;S1:0.17% ；Mo:3.0% ；Mn:6.50% ；Cr:22% ；ff:0.50% ；N1:3.0% ;余料為純度為 99.8% 的 Fe，將合金料混合均勻；
[0018](2)采用真空感應爐熔煉，溫度1620°C，熔煉1.5小時；
[0019](3)采用低壓鑄造，低壓鑄造的工藝條件為:充型壓力0.06MPa，充型速度為50mm/s，充型增壓0.01MPa,保壓時間10s，軋制3次，鑄件再經(jīng)軋制成型，軋制三次，最后一次軋制的變形量為45% ；
[0020](4)加熱到1050°C保溫I小時，淬火；
[0021](5)加熱到800°C保溫4小時，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的高溫疲勞性能測試結(jié)果如表1所示。
[0022]實施例2
[0023]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備排氣門頭部材料，具體步驟如下:
[0024](I)配料，排氣門頭部材料采用的合金重量百分比成分為:C: 0.40% ；S1:0.25% ；Mo:3.0% ；Mn:6.80% ；Cr:21.1% ；ff: 1.0% ；N1:3.2% ;余料為純度為 99.8% 的 Fe，將合金料混合均勻；
[0025](2)采用真空感應爐熔煉，溫度1680°C，熔煉1.5小時；
[0026](3)采用低壓鑄造，低壓鑄造的工藝條件為:充型壓力0.06MPa，充型速度為50mm/s，充型增壓0.01MPa,保壓時間10s，軋制3次，鑄件再經(jīng)軋制成型，軋制三次，最后一次軋制的變形量為45% ；
[0027](4)加熱到1150°C保溫0.5小時，淬火；
[0028](5)加熱到820°C保溫3小時，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的高溫疲勞性能測試結(jié)果如表1所示。
[0029]實施例3
[0030]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備排氣門頭部材料，具體步驟如下:
[0031](I)配料，排氣門頭部材料采用的合金重量百分比成分為:C: 0.34% ；S1:0.37% ；Mo:2.75% ；Mn:6.60% ；Cr:20.00% ；ff:0.80% ；N1:2.9% ;余料為純度為 99.8% 的 Fe，將合金料混合均勻；
[0032](2)采用真空感應爐熔煉，溫度1650°C，熔煉1.5小時；
[0033](3)采用低壓鑄造，低壓鑄造的工藝條件為:充型壓力0.06MPa，充型速度為50mm/S，充型增壓0.01MPa,保壓時間10s，軋制3次，鑄件再經(jīng)軋制成型，軋制三次，最后一次軋制的變形量為55% ；
[0034](4)加熱至Ij 1100。。保溫0.5小時，淬火；
[0035](5)加熱到800°C保溫3小時，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的高溫疲勞性能測試結(jié)果如表1所示。
[0036]實施例4
[0037]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備排氣門頭部材料具體步驟如下:
[0038](I)配料，排氣門頭部材料采用的合金重量百分比成分為C:0.36% ；S1:0.25% ；Mo:2.95% ；Mn:7.6% ；Cr:20.8% ；ff:0.78% ；N1:3.5% ;余料為純度為 99.8% 的 Fe ;將合金料混合均勻；
[0039](2)采用真空感應爐熔煉，溫度1640°C，熔煉I小時；
[0040](3)采用低壓鑄造，低壓鑄造的工藝條件為:充型壓力0.06MPa，充型速度為50mm/s，充型增壓0.01MPa,保壓時間10s，軋制3次，鑄件再經(jīng)軋制成型，軋制三次，最后一次軋制的變形量為48% ；
[0041](4)加熱到1080°C保溫I小時，淬火；
[0042](5)加熱到810°C保溫3小時，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的高溫疲勞性能測試結(jié)果如表1所示。
[0043]實施例5
[0044]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備排氣門頭部材料具體步驟如下:
[0045](I)配料，排氣門頭部材料采用的合金重量百分比成分為:C: 0.36% ；S1:0.27% ；Mo:2.0% ；Mn:8% ；Cr:20% ；ff:0.77% ；N1:2.5% ;余料為純度為 99.8% 的 Fe,將合金料混合均勻；
[0046](2)采用真空感應爐熔煉，溫度1650°C，熔煉1.5小時；
[0047](3)采用低壓鑄造，低壓鑄造的工藝條件為:充型壓力0.06MPa，充型速度為50mm/s，充型增壓0.01MPa,保壓時間10s，軋制3次，鑄件再經(jīng)軋制成型，軋制三次，最后一次軋制的變形量為50% ；
[0048](4)加熱到1150°C保溫I小時，淬火；
[0049](5)加熱到800°C保溫3小時，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的高溫疲勞性能測試結(jié)果如表1所示。
[0050]實施例1-5與21-4N合金的高溫疲勞性能對比如表1所示，可以看到本發(fā)明材料的高溫疲勞性能皆高于對比例。
[0051]表1
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種排氣門頭部材料，其特征在于，該排氣門頭部材料采用的合金重量百分比組成為:C:0.32 ~0.40% ；S1:0.17 ~0.37% ；Mo:2.0 ~3.0% ；Mn:6.5 ~8.0% ；Cr:20 ~22% ；ff:0.50 ~1.0% ；N1:2.5 ~3.5% ;余量為純度為 99.8% 的 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣門頭部材料，其特征在于，所述純度為99.8%的Fe中的雜質(zhì)重量百分比含量為:N1: ( 0.030% ；P: ^ 0.015 ；S: ^ 0.015 ；Cu: ( 0.010%。
3.權(quán)利要求1或2所述的排氣門頭部材料的制備方法，其特征在于，包括如下工藝步驟: (1)按照合金成分范圍準備配料，混合均勻； (2)采用真空感應爐熔煉，溫度控制在1620~1680°C，熔煉I~1.5小時； (3)采用低壓鑄造，鑄件再經(jīng)軋制成型，控制最后一次軋制的變形量在40%以上； (4)加熱至Ij1050~1150°C保溫0.5~I小時，淬火； (5)加熱到800~820°C保溫3~4小時，淬火，得到排氣門頭部材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣門頭部材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的低壓鑄造的工藝條件為:充型壓力0.06MPa,充型速度為50mm/s，充型增壓0.01MPa,保壓時間10s，軋制3次。
【文檔編號】B22D18/04GK103643168SQ201310616161
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)國 申請人:江蘇科技大學