一种含CE的排气门头部材料及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103643169 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103643169 A (21)申请号 201310617756.6 (22)申请日 2013.11.27 C22C 38/58(2006.01) C22C 33/04(2006.01) C21D 1/18(2006.01) C21D 8/00(2006.01) B22D 18/04(2006.01) F01L 3/00(2006.01) (71)申请人 江苏科技大学 地址 212003 江苏省镇江市梦溪路 2 号 (72)发明人 杨卫国 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙。

2、 ) 32204 代理人 李晓静 (54) 发明名称 一种含 Ce 的排气门头部材料及其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种含 Ce 的排气门头部材料 及其制备方法。本发明的采用的合金成分重量百 分比含量为 ： C:0.32 0.40% ； Si:0.17 0.37% ； Mo:1.0 2.0% ； Mn:6.5 8.0% ； Cr:15 18% ； W:0.501.0% ； Ni:1.52.5% ； Ce:0.501.0% ； P: 0.015 ； S: 0.015 ； Cu: 0.010% ； 余料为 Fe。该气门材料经低压铸造、 轧制、 热处理而成。 本发明的气门头部材料的耐热性能。

3、优异、 热稳定 性好、 尤其是高温强度高、 寿命高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103643169 A CN 103643169 A 1/1 页 2 1. 一种含 Ce 的排气门头部材料， 其特征在于， 该排气门头部材料采用的合金重量百分 比成分为 ： C:0.32 0.40% ； Si:0.17 0.27% ； Mo:1.0 2.0% ； Mn:6.5 8.0% ； Cr:15 18% ； W:0.50 1.0% ； Ni:1.5 2.5% ； 。

4、Ce:0.50 1.0% ； 余量为纯度为 99.8% 的 Fe。 2. 根据权利要求 1 所述的含 Ce 的排气门头部材料， 其特征在于， 所述纯度为 99.8% 的 Fe 中的杂质重量百分比含量为 ： Ni: 0.030% ； P: 0.015 ； S: 0.015 ； Cu: 0.010%。 3. 权利要求 1 或 2 所述的含 Ce 的排气门头部材料的制备方法， 其特征在于， 包括如下 工艺步骤 ： （1） 按照合金成分范围准备配料， 混合均匀 ； （2） 采用真空感应炉熔炼， 温度控制在 1620 1680， 熔炼 1 1.5 小时 ； （3） 采用低压铸造， 铸件再经轧制成型， 控。

5、制最后一次轧制的变形量在 40% 以上 ； （4） 加热到 1050 1150保温 0.5 1 小时， 淬火 ； （5） 加热到 800 820保温 3 4 小时， 淬火， 得到排气门头部材料。 4. 根据权利要求 3 所述的含 Ce 的排气门头部材料的制备方法， 其特征在于， 步骤 （3） 中所述的低压铸造的工艺条件为 ： 充型压力 0.06MPa， 充型速度为 50mm/s， 充型增压 0.01MPa， 保压时间 10s， 轧制 3 次。 权 利 要 求 书 CN 103643169 A 2 1/4 页 3 一种含 Ce 的排气门头部材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于金属材料。

6、领域， 尤其涉及一种含 Ce 的排气门头部材料及其制备方法。 背景技术 0002 气门是发动机的关键零件之一， 它是用来打开或关闭进、 排气道的直接零件。 气门 是发动机工作过程中密封燃烧室和控制发动机气体交换的密封件， 是保障发动机动力性、 经济性、 可靠性的重要部件。 气门分为进气门与排气门， 空气通过进气门进入发动机气缸内 与燃料混合燃烧， 燃烧后产生的废气通过排气门排出气缸， 从而实现新鲜空气进入气缸燃 烧产生车辆行驶的动力并排除废气。气门的工作条件恶劣， 进气门的工作温度可达 600 度 左右 ； 排气门的工作温度可达800度左右。 进气门主要承受启闭过程中的反复冲击负荷， 排 气门。

7、除了承受反复冲击的机械符合之外， 还承受高温氧化气体的腐蚀及热应力、 锥面热箍 应力和燃烧时气体压力等共同作用时， 气门在落座时承受由惯性引起的冲击交变载荷及弹 簧压力， 高温腐蚀气体的高速冲刷等， 对排气门的材料要求更为严格， 要求排气门具有足够 的热强度、 良好的耐磨性和使用寿命、 良好的抗氧化性能。 0003 此外， 发动机机常常过载。由于过载运行， 一般会加剧发动机内温度大幅提升， 使 气门的实际工作温度过高， 导致气门材料的组织发生变化、 强度下降。气门的高温强度不 高， 是气门提前损坏、 寿命缩短的主要因素。这些因素对排气门提出了以下要求 ： 1、 须具有 合理的外形尺寸， 对气流。

8、阻力要小， 提高气缸的充气和排气效率， 保障发动机的动力性和经 济性。2、 须具有足够的热强度， 在高温下能承受很大的冲击负荷作用。3、 须具有良好的耐 磨性和使用寿命。4、 须具有良好的抗氧化性能。就排气门使用的材料而言， 需要具有足够 的高温强度、 良好的耐磨性和使用寿命、 良好的抗氧化性能等。 0004 目前， 排气门的头部材料主要是 21-4N， 材料的种类非常单一， 高温强度不高、 在超 过 800 度的高温下， 组织容易发生变化， 不能满足一些发动机的使用要求。 发明内容 0005 发明目的 ： 针对现有技术存一种含 Ce 的排气门头部材料及其制备方法， 该排气门 材料具有优异的高。

9、温强度性能。 0006 技术方案 ： 为实现上述技术方案， 本发明提供了的一种含 Ce 的排气门头部材料， 该排气门头部材料采用的合金成分重量百分比范围为 C:0.32 0.40% ； Si:0.17 0.27% ； Mo:1.02.0% ； Mn:6.58.0% ； Cr:1518% ； W:0.501.0% ； Ni:1.52.5% ； Ce:0.50 1.0% ； 余量为纯度为 99.8% 的 Fe， 其中， 所述纯度为 99.8% 的 Fe 中的杂质重量百分比含量 为 ： Ni: 0.030% ； P: 0.015 ； S: 0.015 ； Cu: 0.010%。 0007 上述含 C。

10、e 的排气门头部材料的制造方法， 包括如下工艺步骤 ： 0008 （1） 按照合金成分范围准备配料， 混合均匀 ； 0009 （2） 采用真空感应炉熔炼， 温度控制在 1620 1680， 熔炼 1 1.5 小时 ； 0010 （3） 采用低压铸造， 铸件再经轧制成型， 控制最后一次轧制的变形量在 40% 以上 ； 说 明 书 CN 103643169 A 3 2/4 页 4 0011 （4） 加热到 1050 1150保温 0.5 1 小时， 淬火， 该热处理步骤可以提高材料 的强韧性， 并且可以细化晶粒 ； 0012 （5） 加热到 800 820保温 3 4 小时， 淬火， 得到排气门头。

11、部材料。通过该热 处理步骤， 可以改善材料的组织性能。 0013 其中， 步骤 （3） 中所述的低压铸造的工艺条件为 ： 充型压力 0.06MPa， 充型速度为 50mm/s， 充型增压 0.01MPa， 保压时间 10s， 轧制 3 次。 0014 有益效果 ： 本发明的合金综合性能优异， 高温强度高、 寿命高。本合金含有 Ce 元 素， 形成了稀土相， 相对于 21-4N 材料而言， 大大提高了 800的高温强度、 高温循环寿命、 耐磨擦性能。采用低压铸造， 提高了合金材料的致密性与纯净度 ； 采用两次热处理的方式， 保障了合金材料的强度、 高温强度及热稳定性与寿命。 具体实施方式 001。

12、5 以下各个实施例中所使用的纯度为 99.8 的 Fe 中杂质的重量百分比含量为 ： Ni: 0.030% ； P: 0.015 ； S: 0.015 ； Cu: 0.010%。 0016 实施例 1 0017 经低压铸造、 轧制、 热处理制备含 Ce 的排气门头部材料具体步骤如下 ： 0018 （1）配料， 排气门头部材料采用的合金重量百分比成分为 ： C:0.32% ； Si:0.25% ； Mo:2.0% ； Mn:6.50% ； Cr:15% ； W:0.50% ； Ni:2.0% ； Ce:1.0% ； 余料为纯度为 99.8% 的 Fe， 将合 金料混合均匀 ； 0019 （2） 。

13、采用真空感应炉熔炼， 温度 1620， 熔炼 1.5 小时 ； 0020 （3） 采用低压铸造， 低压铸造的工艺条件为 ： 充型压力 0.06MPa， 充型速度为 50mm/ s， 充型增压0.01MPa， 保压时间10s， 轧制3次， 铸件再经轧制成型， 轧制三次， 最后一次轧制 的变形量为 45% ； 0021 （4） 加热到 1050保温 1 小时， 淬火 ； 0022 （5） 加热到 800保温 4 小时， 淬火， 得到排气门头部材料。所制备的排气门头部 材料的高温屈服强度测试结果如表 1 所示。 0023 实施例 2 0024 经低压铸造、 轧制、 热处理制备含 Ce 的排气门头部材。

14、料具体步骤如下 ： 0025 （1）配料， 排气门头部材料采用的合金重量百分比成分为 ： C:0.32% ； Si:0.25% ； Mo:2.0% ； Mn:6.50% ； Cr:15% ； W:0.50% ； Ni:2.0% ； Ce:1.0% ； 余料为纯度为 99.8% 的 Fe， 将合 金料混合均匀 ； 0026 （2） 采用真空感应炉熔炼， 温度 1680， 熔炼 1.5 小时 ； 0027 （3） 采用低压铸造， 低压铸造的工艺条件为 ： 充型压力 0.06MPa， 充型速度为 50mm/ s， 充型增压0.01MPa， 保压时间10s， 轧制3次， 铸件再经轧制成型， 轧制三次，。

15、 最后一次轧制 的变形量为 45% ； 0028 （4） 加热到 1150保温 0.5 小时， 淬火 ； 0029 （5） 加热到 820保温 3 小时， 淬火， 得到排气门头部材料。所制备的排气门头部 材料的高温屈服强度测试结果如表 1 所示。 0030 实施例 3 说 明 书 CN 103643169 A 4 3/4 页 5 0031 经低压铸造、 轧制、 热处理制备含 Ce 的排气门头部材料具体步骤如下 ： 0032 （1）配料， 排气门头部材料采用的合金重量百分比成分为 ： C:0.34% ； Si:0.27% ； Mo:1.0% ； Mn:6.60% ； Cr:17.00% ； W:。

16、0.80% ； Ni:1.7% ； Ce:0.75% ； 余料为纯度为 99.8% 的 Fe， 将合金料混合均匀 ； 0033 （2） 采用真空感应炉熔炼， 温度 1620， 熔炼 1.5 小时 ； 0034 （3） 采用低压铸造， 低压铸造的工艺条件为 ： 充型压力 0.06MPa， 充型速度为 50mm/ s， 充型增压0.01MPa， 保压时间10s， 轧制3次， 铸件再经轧制成型， 轧制三次， 最后一次轧制 的变形量为 55% ； 0035 （4） 加热到 1100保温 0.5 小时， 淬火 ； 0036 （5） 加热到 800保温 3 小时， 淬火， 得到排气门头部材料。所制备的排气。

17、门头部 材料的高温屈服强度测试结果如表 1 所示。 0037 实施例 4 0038 经低压铸造、 轧制、 热处理制备含 Ce 的排气门头部材料具体步骤如下 ： 0039 （1）配料， 排气门头部材料采用的合金重量百分比成分为 ： C:0.36% ； Si:0.17% ； Mo:2.0% ； Mn:7.6% ； Cr:16.8% ； W:0.78% ； Ni:2.5% ； Ce:0.50% ； 余料为纯度为 99.8% 的 Fe， 将 合金料混合均匀 ； 0040 （2） 采用真空感应炉熔炼， 温度 1650， 熔炼 1 小时 ； 0041 （3） 采用低压铸造， 低压铸造的工艺条件为 ： 充型。

18、压力 0.06MPa， 充型速度为 50mm/ s， 充型增压0.01MPa， 保压时间10s， 轧制3次， 铸件再经轧制成型， 轧制三次， 最后一次轧制 的变形量为 48% ； 0042 （4） 加热到 1080保温 1 小时， 淬火 ； 0043 （5） 加热到 810保温 3 小时， 淬火， 得到排气门头部材料。所制备的排气门头部 材料的高温屈服强度测试结果如表 1 所示。 0044 实施例 5 0045 经低压铸造、 轧制、 热处理制备含 Ce 的排气门头部材料具体步骤如下 ： 0046 （1）配料， 排气门头部材料采用的合金重量百分比成分为 ： C:0.36% ； Si:0.25% 。

19、； Mo:1.65% ； Mn:8% ； Cr:16% ； W:0.77% ； Ni:1.5% ； Ce:0.80% ； 余料为纯度为99.8%的Fe， 将合金 料混合均匀 ； 0047 （2） 采用真空感应炉熔炼， 温度 1630， 熔炼 1.5 小时 ； 0048 （3） 采用低压铸造， 低压铸造的工艺条件为 ： 充型压力 0.06MPa， 充型速度为 50mm/ s， 充型增压0.01MPa， 保压时间10s， 轧制3次， 铸件再经轧制成型， 轧制三次， 最后一次轧制 的变形量为 50% ； 0049 （4） 加热到 1150保温 1 小时， 淬火 ； 0050 （5） 加热到 800保温 3 小时， 淬火， 得到排气门头部材料。所制备的排气门头部 材料的高温屈服强度测试结果如表 1 所示。 0051 实施例 1-5 与 21-4N 合金的高温强度性能对比如下表所示， 可以看到本发明材料 的高温强度性能皆高于对比例。 0052 表 1 0053 说 明 书 CN 103643169 A 5 4/4 页 6 说 明 书 CN 103643169 A 6 。