[发明专利]具有良好耐磨性、耐蠕变性、耐腐蚀性和可加工性的硬化的镍‑铬‑钴‑钛‑铝‑合金

说明书

本发明涉及镍-铬-钴-钛-铝-锻造合金，所述合金具有极好的耐磨性同时极好的耐蠕变性、良好的耐高温腐蚀性和良好的可加工性。

具有不同的镍含量、铬含量、钛含量和铝含量的硬化的镍-铬-钛-铝-奥氏体合金长期以来用于发动机的排放阀。所述用途需要良好的耐磨性、良好的耐热性/耐蠕变性、良好的耐疲劳性以及良好的耐高温腐蚀性(特别是在废气中)。

对于排放阀，DIN EN 10090特别提到了奥氏体合金，在该标准中提到的所有合金中，镍合金2.4955和2.4952(NiCr20TiAl)具有最高的耐热性和蠕变强度。表1显示了DIN EN 10090中提到的镍合金的组成，表2至4显示了拉伸强度、0.2％伸长极限和1000小时之后的蠕变强度的参考值。

DIN EN 10090中提到了两种高镍含量的合金：

a)NiFe25Cr20NbTi，具有0.05至0.10％的C、最多1.0％的Si、最多1.0％的Mn、最多0.030％的P、最多0.015％的S、最多18.00至21.00％的Cr、23.00至28.00％的Fe、0.30至1.00％的Al、1.00至2.00％的Ti、1.00至2.00％的Nb+Ta、最多0.008％的B，剩余为Ni。

b)NiCr20TiAl，具有0.05至0.10％的C、最多1.0％的Si、最多1.0％的Mn、最多0.020％的P、最多0.015％的S、18.00至21.00％的Cr、最多3％的Fe、1.00至1.80％的Al、1.80至2.70％的Ti、最多0.2％的Cu、最多2.0％的Co、最多0.008％的B，剩余为Ni。

相比于NiFe25Cr20NbTi，NiCr20TiAl在高温下具有明显更高的拉伸强度、0.2％伸长极限和蠕变强度。

EP 0 639 654 A2公开了铁镍-铬合金，所述合金(用重量％表示)由如下组成：至多0.15％的C、至多1.0％的Si、至多3.0％的Mn、30至49％的Ni、10至18％的Cr、1.6至3.0％的Al、总含量为1.5至8.0％的一种或多种选自IVa至Va族的元素，剩余为Fe和不可避免的杂质，其中Al为不可缺少的添加元素并且一种或多种选自上述IVa至Va族的元素用原子％表示必须满足下式：

0.45≤Al/(Al+Ti+Zr+Hf+V+Nb+Ta)≤0.75

WO 2008/007190 A2公开了一种耐磨合金，所述合金(用重量％表示)由如下组成：0.15至0.35％的C、至多1.0％的Si、至多1.0％的Mn、>25至<40％的Ni、15至25％的Cr、至多0.5％的Mo、至多0.5％的W、>1.6至3.5％的Al、总共>1.1％至3％的Nb加Ta、至多0.015的％B，Fe和不可避免的杂质，其中Mo+0.5W≤0.75％；Ti+Nb≥4.5％并且13≤(Ti+Nb)/C≤50。所述合金特别用于制备内燃机的排放阀。所述合金的良好的耐磨性源自由于高碳含量形成的高的初生碳化物含量。然而在以锻造合金的方式制备合金时，高的初生碳化物含量造成加工问题。

对于提到的所有合金，在500℃至900℃范围内的耐热性或耐蠕变性源自铝、钛和/或铌(或其它元素例如Ta……)的加入，这造成γ'和/或γ"相的析出。此外还通过高含量的固溶体凝固元素(例如铬、铝、硅、钼和钨)以及高碳含量改进耐热性或耐蠕变性。

对于耐高温腐蚀性需要注意，具有约20％铬含量的合金形成保护材料的氧化铬层(Cr₂O₃)。在应用领域中的使用过程中，铬含量缓慢消耗从而形成保护层。因此通过更高的铬含量改进材料的寿命，因为形成保护层的元素铬的更高含量推迟时间点，在所述时间点Cr含量低于临界极限并且形成除了Cr₂O₃之外的其它氧化物，例如含钴氧化物和含镍氧化物。

为了特别是在热成形中加工合金，需要在进行热成形的温度下不形成使材料剧烈凝固并且因此在热成形中造成裂纹形成的相，例如γ'或γ"相。同时温度必须足够低于合金的固相线温度，从而避免合金中的初熔。

本发明所基于的目的是设计镍-铬-锻造合金，所述合金具有

比NiCr20TiAl更好的耐磨性

与NiCr20TiAl相似的良好的耐热性/耐蠕变性

与NiCr20TiAl同样好的耐腐蚀性

与NiCr20TiAl相似的良好的可加工性