[发明专利]一种气阀合金等轴晶粒的制备方法

说明书

一种气阀合金等轴晶粒的制备方法，属于气阀合金制造以及金属材料微观组织表征技术领域。化学成分组成重量比为：C：0.05～0.18％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.50～1.50％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：22.00～27.00％，Ni：24.00～27.00％，Al：0.90～2.20％，Ti：2.00～3.00％，Nb：0.50～1.50％，V：0.20～0.50％，Zr：0.020～0.080％，Ce：0.030～0.080％。对气阀合金进行热压缩，当热压缩温度为1050℃～1200℃，应变速率为0.1S^‑1～1S^‑1，并且变形量在30％～60％时，获得等轴状的完全再结晶晶粒。优点在于，很好的解决高铬气阀合金不易腐蚀的问题，方便材料的组织检验。

技术领域

本发明属于气阀合金制造以及金属材料微观组织表征技术领域，特别是涉及一种气阀合金等轴晶粒的制备及显示方法，适用于交通、冶金、机械、能源、航空、航天、化工等领域。

背景技术

气门材料又叫气阀材料，主要指用来制造内燃机进、排气门的材料。这类材料由于工作在高温以及具有腐蚀性气氛的工作环境下，因此要求这类材料具有良好的高温强度、高温硬度、抗蠕变性能以及抗烟气腐蚀能力。气阀合金属于气阀材料中的一种，气阀材料包括气阀钢和气阀合金。气阀钢包括马氏体气阀钢以及奥氏体气阀钢，常见的牌号有4Cr9Si2Mo、4Cr9Si3、21-4N、21-4NWNb以及23-8N等。目前国际上和国内常用的气阀合金有Nimonic 80A和Inconel 751。气阀合金与气阀钢相比具有更加优良的高温强度、抗氧化性能以及高温持久性能，因此常常被用来制造燃烧室温度更高，工作环境更苛刻，功率更高的发动机的排气阀。为了保证具有良好的耐腐蚀性能，通常在气阀合金中都含有一定量的的铬元素，以提高材料的抗腐蚀性能。但由于铬元素的加入也同时提高了合金的金相组织以及晶粒的腐蚀难度，因此，对于气阀合金通常都需要独特配制的腐蚀液。而对于气阀合金而言，完全再结晶后的组织是最理想的组织，也就是组织中的晶粒呈等轴状，这样的合金的性能也更加均匀，具有更优异的使用性能。

晶粒度是指钢铁材料或合金在奥氏体状态时的晶粒尺寸大小。由于钢铁材料的强度、硬度、韧性以及塑性等都与材料内部晶粒大小有很大的关系，所以晶粒度是评价钢铁材料组织特征的很重要的一项指标。绝大部分钢的奥氏体只是在高温下才是稳定的。因此欲测定奥氏体晶粒就得设法将高温状态奥氏体轮廓的痕迹在室温下显示出来，常用的显示奥氏体晶粒的方法可归纳为渗入外来元素法、化学试剂腐蚀法和控制冷却速度法3种。(1)渗入外来元素法。如渗碳法和氧化法，是利用奥氏体晶界优先形成渗碳体和氧化亚铁等组成物，形成网络显示出奥氏体轮廓。渗碳法一般适用于不高于0.3％c的渗碳钢和含不高于0.6％c而含碳化物元素较多的其他类型钢。氧化法却适用于任何结构钢和工具钢。(2)化学试剂腐蚀法。钢材经不同温度的淬火一回火处理后，磨光并用饱和苦味酸水溶液和新洁尔灭几滴浸蚀能抑制马氏体组织，促使奥氏体晶界的显示。或者直接用盐酸1～5mL、苦味酸(饱和的)和乙醇浸蚀，使马氏体直接显示出来，利用马氏体深浅不同和颜色的差异而显示出奥氏体的晶粒大小，此法适用于合金化程度高的能直接淬硬的钢。(3)控制冷却速度法。低碳钢、亚共析钢、共析钢、过共析钢可控制冷却速度使钢的奥氏体周围先共析析出网状铁素体、网状渗碳体，或使屈氏体沿晶界少量析出以显示出奥氏体晶粒。

要想获得理想的完全再结晶组织，需要对材料的再结晶动力学进行研究，也就是对材料的热变形温度、变形速率以及变形量进行综合考虑，得出三种参数对材料动态再结晶的影响，才会获得材料发生完全动态再结晶的工艺参数。对于气阀合金而言，在高温下均是奥氏体状态，冷却过程中没有像钢铁材料那样的相变，所以气阀合金的晶粒形貌完全取决于前面的热变形和后面的固溶制度。但对于不同的气阀合金，其发生动态再结晶的工艺参数也不相同，这就需要做大量的试验来验证。对于气阀厂来说，也需要提供的气阀合金具有良好的组织特征和均匀的力学性能，所以，获得等轴状的晶粒对于气阀合金来说至关重要。

发明内容