[发明专利]一种用于气阀的镍基合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于气阀的镍基合金材料，其包括按重量百分数计的如下元素：C：0.05‑0.10％；Cr：20.0‑23.0％；Mo：0.15‑1.0％；Al：1.00‑1.90％；Ti：1.80‑2.80％；Fe≤1.0％；Co≤2.0％；S≤0.004％；P≤0.007％；Si≤0.40％；Mn≤0.35％；Zr≤0.05％；B≤0.008％，余量为镍和不可避免杂质。本发明相比原有技术的优势在于通过调整C、Mo、Cr等元素的含量并结合一定的制造方法，使得M23C6相的稳定性提升并通过M23C6相和M7C3相进行双重控制、起到钉扎晶界的作用进而实现高温固溶晶粒组织不长大仍维持在5级或更细的要求。

技术领域

本发明属于高温合金制造相关领域，具体涉及汽车或船舰发动机气阀用镍基合金制造相关技术领域。

背景技术

高温合金又叫热强合金、耐热合金或超合金，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作。其具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、塑性等综合性能。基于上述性能特点，高温合金被广泛应用于航空航天、电力、油气、车辆等领域。从成分上划分又可分为镍基、铁基、钴基合金材料。

N80A(或称NiCr20TiAl)合金是一种镍基时效强化高温合金，以其优异的高温强度和良好的抗高温腐蚀性能，广泛应用于航空发动机叶片、紧固件、气阀等关键部件。近年来，随着汽车工业的不断发展，以N80A为代表的一些镍基高温合金在汽车发动机气门中获得应用和推广。虽然是应用在民用领域，但气门工作环境苛刻，不仅受到高温、高压燃气的冲刷，而且承受很大的热应力和机械应力。因此气门为抵抗燃气腐蚀，在具有较高的抗腐蚀性能的同时，还必须具有很高的高温强度，同时也应具有良好的疲劳性能。

正是由于上述较为苛刻的使用环境，对于气门材料的使用性能也提出了很高的要求。目前，气阀对镍基合金棒材晶粒度要求达到5级或更细，特别是棒材经过1050-1080℃固溶处理后，晶粒度仍能保持5级而不粗化。根据第二相控制晶粒原理，要确保1050-1080℃保温晶粒组织不粗化，必需有第二相粒子控制晶粒。N80A合金中，M23C6相在1020℃下会全部溶解，不能有效控制1050-1080℃固溶温度下的晶粒长大。M7C3相虽然在高温下属于稳定相，但会以不规则形状的块状析出，分布不均匀，容易呈条带状聚集长大，高温固溶时难以阻挡晶界迁移，不能有效控制晶粒长大。

经搜索镍基合金、气门、气阀等关键词，发现共有5项发明专利、2项实用新型专利与之相关。2项实用新型专利均为相关的气门结构设计与本专利材料无关。5项发明专利中，ZL201610749580.3介绍的是一种气门堆焊的焊接方法，与本专利无关；ZL201210247887.5涉及到的气门用镍基合金材料成分为77-82％的镍、2.2-3.4％的铁、9.5-12.5％的铬、0.1-0.5％的碳、3.5-4.2％的硅、2.0-2.5％的硼，与本专利合金成分差异较大；ZL201210085856.4专利中介绍的是一种新型内燃机排气阀用镍基合金，成分为C：0.02-0.05％，Cr：21.0-25.0％，Ti：2.4-3.0％，Al：1.6-2.2％，Fe：3.0-5.0％，Co：0-3％，Nb：0.02-0.5％，余量为Ni和不可避免的杂质，与本专利合金的成分亦有差别；专利ZL201510163235.7涉及一种内燃机用排气阀中环形阀座区的方法，专利ZL201610557469.4为一种船用低速机气阀密封面堆焊镍基合金焊接工艺。故所涉及专利均与本专利无关。

发明内容

本发明旨在提供一种发动机气门用高性能镍基合金材料及其制备方法。通过调整C、Mo、Cr等元素的含量并结合一定的制造方法，采用M23C6相和M7C3相进行双重控制，起到钉扎晶界的作用进而实现高温固溶晶粒不粗化的要求。同时得到的材料性能优异，满足发动机气门的使用要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于气阀的镍基合金材料，其包括按重量百分数计的如下元素：