一種高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料及其制備方法。本發(fā)明的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:1.0～2.0%；Mn:6.5～8.0%；Cr:20～22%；W:0.50～1.0%；Ni:1.5～2.5%；Nb:0.50～1.0%；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)明的氣門頭部材料的耐熱性能、熱穩(wěn)定性好、高溫強(qiáng)度高、壽命高。
【專利說明】一種高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的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，尤其涉及一種高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的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(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一，它是用來打開或關(guān)閉進(jìn)、排氣道的直接零件。氣門是發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中密封燃燒室和控制發(fā)動(dòng)機(jī)氣體交換的密封件，是保障發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性的重要部件。氣門分為進(jìn)氣門與排氣門，空氣通過進(jìn)氣門進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)新鮮空氣進(jìn)入氣缸燃燒產(chǎn)生車輛行駛的動(dòng)力并排除廢氣。氣門的工作條件惡劣，進(jìn)氣門的工作溫度可達(dá)600度左右；排氣門的工作溫度可達(dá)800度左右。進(jìn)氣門主要承受啟閉過程中的反復(fù)沖擊負(fù)荷，排氣門除了承受反復(fù)沖擊的機(jī)械符合之外，還承受高溫氧化氣體的腐蝕及熱應(yīng)力、錐面熱箍應(yīng)力和燃燒時(shí)氣體壓力等共同作用時(shí)，氣門在落座時(shí)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?zèng)_刷等，對(duì)排氣門的材料要求更為嚴(yán)格，要求排氣門具有足夠的熱強(qiáng)度、良好的耐磨性和使用壽命、良好的抗氧化性能。
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)過載超速是很普遍的現(xiàn)象，由于過載運(yùn)行，一般會(huì)加劇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)溫度大幅提升，使氣門的實(shí)際工作溫度過高，導(dǎo)致氣門材料的組織發(fā)生變化、強(qiáng)度下降。氣門的高溫強(qiáng)度不高，是氣門提前損壞、壽命縮短的主要因素。
[0004]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(dòng)機(jī)的使用要求。另外，該材料存在高溫強(qiáng)度低、壽命因?qū)訝钐蓟锒霈F(xiàn)的疲勞失效降低、使用壽命不長(zhǎng)、坯料已出現(xiàn)表面裂紋導(dǎo)致成材率低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題與不足，本發(fā)明的目的是提供一種高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料及其制備方法。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了的一種高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，該排氣門頭部材料采用的合金成分重量百分比范圍為C:0.32~0.40% ；S1: 0.17 ~0.37% ;Mo:l.0 ~2.0% ;Mn:6.5 ~8.0% ;Cr:20 ~22% ；ff:0.50 ~1.0% ;N1:l.5 ~
2.5% ；Nb: 0.50~1.0% ;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%。
[0007]上述高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料的制造方法，包括如下工藝步驟:
[0008](I)按照合金成分范圍準(zhǔn)備配料，混合均勻；
[0009](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度控制在1620~1680°C，熔煉I~1.5小時(shí)；
[0010](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；
[0011](4)加熱到1050~1150°C保溫0.5~I小時(shí)，淬火，該熱處理步驟可以提高材料的強(qiáng)韌性，并且可以細(xì)化晶粒；[0012](5)加熱到800~820°C保溫3~4小時(shí)，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。
[0013]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(shí)間10s，軋制3次。
[0014]有益效果:本發(fā)明的合金綜合性能優(yōu)異。本合金含有Nb元素，形成了稀土相，相對(duì)于21-4N材料而言，大大提高了 80(TC的高溫循環(huán)壽命，耐磨擦性能，組織穩(wěn)定，高溫強(qiáng)度高、壽命高。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(qiáng)度、高溫強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性與壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下各個(gè)實(shí)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%。
[0016]實(shí)施例1
[0017]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，具體步驟如下:
[0018](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.32% ；S1:0.17% ；Mo:2.0% ；Mn:6.50% ；Cr:22% ；ff:0.50% ；N1:2.0% ；Nb:l.0% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0019](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1620°C，熔煉1.5小時(shí)；
[0020](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(shí)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% ；
[0021](4)加熱到1050°C保溫I小時(shí)，淬火；
[0022](5)加熱到800°C保溫4小時(shí)，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的屈服強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0023]實(shí)施例2
[0024]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，具體步驟如下:
[0025](1)配料，合金重量百分比成分為:C:0.40% ;S1:0.25% ;Μο:2.0% ;Μη:6.80% ;Cr:21.1% ；ff: 1.0% ；N1:2.2% ；Nb:0.50% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0026](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1680°C，熔煉1.5小時(shí)；
[0027](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(shí)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% ；
[0028](4)加熱至Ij 1150°C保溫0.5小時(shí)，淬火；
[0029](5)加熱到820°C保溫3小時(shí)，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的屈服強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0030]實(shí)施例3
[0031]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，具體步驟如下:[0032](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.34% ；S1:0.37% ；Mo:l.75% ；Mn:6.60% ；Cr:20.00% ；ff:0.80% ；N1:l.7% ；Nb:0.75% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0033](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1650°C，熔煉1.5小時(shí)；
[0034](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(shí)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% ；
[0035](4)加熱至Ij 1100。。保溫0.5小時(shí)，淬火；
[0036](5)加熱到800°C保溫3小時(shí)，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的屈服強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0037]實(shí)施例4
[0038]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，具體步驟如下:
[0039](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.36% ；S1:0.25% ；Mo:l.65% ；Mn:7.6% ；Cr:20.8% ；ff:0.78% ；N1:2.5% ；Nb:0.50% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0040](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1640°C，熔煉I小時(shí)；
[0041](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(shí)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% ；
`[0042](4)加熱到1080°C保溫I小時(shí)，淬火；
[0043](5)加熱到810°C保溫3小時(shí)，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的屈服強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0044]實(shí)施例5
[0045]經(jīng)低壓鑄造、軋制、熱處理制備高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，具體步驟如下:
[0046](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.36% ；S1:0.27% ；Mo:l.0% ；Mn:8% ；Cr:20% ；ff:0.77% ；N1:l.5% ；Nb:0.80% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0047](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1650°C，熔煉1.5小時(shí)；
[0048](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(shí)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% ；
[0049](4)加熱到1150°C保溫I小時(shí)，淬火；
[0050](5)加熱到800°C保溫3小時(shí)，淬火，得到排氣門頭部材料。所制備的排氣門頭部材料的屈服強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0051]實(shí)施例1-5與21-4N合金的高溫強(qiáng)度性能對(duì)比如下表所示，可以看到本發(fā)明材料的高溫強(qiáng)度性能皆高于對(duì)比例。
[0052]表1
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，其特征在于，該排氣門頭部材料采用的合金重量百分比成分為:C:0.32 ~0.40% ；S1:0.17 ~0.37% ；Mo:l.0 ~2.0% ；Mn:6.5 ~.8.0% ；Cr:20 ~22% ；W:0.50 ~1.0% ；N1:l.5 ~2.5% ；Nb:0.50 ~1.0% ;余量為純度為 99.8%的Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異的排氣門頭部材料，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%ο
3.權(quán)利要求1或2所述的高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異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(zhǔn)備配料，混合均勻； (2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度控制在1620~1680°C，熔煉1~1.5小時(shí)； (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)加熱到1050~1150°C保溫0.5~1小時(shí)，淬火； (5)加熱到800~820°C保溫3~4小時(shí)，淬火，得到排氣門頭部材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求 3所述的高溫強(qiáng)度性能優(yōu)異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(shí)間10s，軋制3次。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK103710642SQ201310617722
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)