[发明专利]富含钴的耐磨合金及其制造和使用方法

说明书

可用于内燃式发动机部件(例如阀座嵌件)的富含钴的耐磨和耐腐蚀合金包括，按重量％计，约0.1至约0.8％C，约0.1至约1.5％Mn，约3至约5％Si，约10至约20％Cr，约5至约32％Fe，约0.5至约4％W，约10至约30％Mo，高达约20％Ni，约20至约40％Co，高达约6％V，高达约3％Nb，总量为约0.5至约8.5％的V加Nb，以及余量的不可避免的杂质包括高达0.035％P、高达0.015％S以及高达0.250％N。

技术领域

本发明涉及用于诸如内燃式发动机的阀座嵌件之类的应用的耐磨合金。

背景技术

在内燃式发动机领域中，已经开发出用于诸如阀座嵌件之类的发动机部件的铁基合金和镍基合金。尽管已经存在对用于此类应用的钴基合金的一些开发，但是由于钴的高成本，已经实现商业化的钴基合金系统较少。尽管钴基合金具有实现VSI应用所需的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性的潜力，但仍需要适用于VSI应用的成本较低的钴基合金。

发明内容

本文公开了可用于VSI应用的富含钴的合金(本文称为“J580”)，其中该合金包含以重量百分比(％)计，约0.1至约0.8％C，约0.1至约1.5％Mn，约3至约5％Si，约10至约20％Cr，约5至约32％Fe，约0.5至约4％W，约10至约30％Mo，高达约20％Ni，约20至约40％Co，高达约6％V，高达约3％Nb，V加Nb的总量为约0.5至约8.5％，余量的不可避免的杂质包括高达0.035％P、高达0.015％S以及高达0.250％N。

在一个实施方式中，富含钴的合金包含，以重量百分比(％)计，约0.18至约0.52％C，约0.7至约1.2％Mn，约3.5至约4.6％Si，约11至约15％Cr，约16至约27％Fe，约1至约1.5％W，约19至约23％Mo，约0.7至约4％Ni，约26至约36％Co，约1.3至约4％V，约1.2至约2.3％Nb，余量的不可避免的杂质包括高达0.035％P、高达0.015％S以及高达0.250％N。

富含钴的合金可以具有一种体硬度(bulk hardness)，其表现出作为低于1500°F回火的函数的小于10％的硬度变化。

富含钴的合金可以具有约1.3至约3.6％的钒含量，其溶相基体具有任选的Laves相。富含钴的合金可以包括高达约9重量％的量的MC型碳化物形成元素(carbide former)，例如V和Nb，例如约0.5至约8.5重量％或约3至约5wt.％。

附图说明

图1是几种J580合金成分的作为回火温度的函数的体硬度的图。

图2示出了测量的体硬度与计算的体硬度之间的相关性。

图3是几种J580合金成分的作为回火温度的函数的径向抗压韧性的图。

图4示出了测量的径向抗压韧性与计算的径向抗压韧性之间的相关性。

图5是径向抗压韧性与体硬度的关系图。

图6至8是尺寸变化与温度的关系图，其中图6是J3的尺寸变化与温度的关系图，图7是J10的尺寸变化与温度的关系图，以及图8是J580的尺寸变化与温度的关系图。

图9是用于J580、J3、J10和J153的几种J580合金成分的压缩屈服强度与温度的关系图。

图10是用于J580、J3、J10和J513的几种J580合金成分的极限拉伸强度与温度的关系图。

图11A和图11B是J580合金成分的扫描电子显微照片(SEM)。

图12A和图12B是J10合金成分的扫描电子显微照片。

图13至15示出了J10和三种J580合金的Plint磨损测试结果，其中图13示出了销样品磨损，图14示出了板样品磨损，以及图15示出了整体材料磨损。