專利名稱：用于閥座墊板的鎳基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高硬度和壓縮屈服強(qiáng)度的鎳基合金。這樣的合金特別用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件例如閥座墊板。
背景技術(shù)：
鎳基閥座墊板合金通常具有優(yōu)于高合金鋼的耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性，并且因此通常用作在嚴(yán)峻條件下服役的結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如閥座墊板的材料。已知的用于廢氣閥座墊板的鎳基合金，例如以J96確定并且由L. E. Jones公司市場(chǎng)化的合金，具有相對(duì)良好的性質(zhì)， 包括良好的硬度和壓縮屈服強(qiáng)度。另一種由L. E. Jones公司市場(chǎng)化的合金是J89，其詳細(xì)內(nèi)容提供于美國(guó)專利No. 6，482，275中，通過(guò)引用將其公開內(nèi)容并入本文。通常，J89合金包含以重量百分比計(jì)的(在本文中使用的“百分之”和“％”意指以重量計(jì)的百分比，除非有其它說(shuō)明)2. 25-2. 6% 的 C、至多 0. 5% 的Mn、至多 0. 6% 的 Si、34. 5-36. 5% 的 Cr、4. 00-4. 95% 的Mo、14. 5-15. 5%的W、5. 25-6. 25%的Fe，余量為Ni和偶存雜質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容
本文公開的是鎳基合金，其包含(以重量百分比計(jì))約0.5-約1.5的碳、約 25-約35的鉻、約12-約18的鎢、約3. 5-約8. 5的鐵、約1_約8的鉬、至多約0. 50的錳、 至多約1. 0的硅；以及余量為鎳和偶存雜質(zhì)。該合金適用于內(nèi)燃機(jī)中的閥座墊板用途。
圖1是處于鑄態(tài)條件下的J91在500倍下的OLM顯微照片。圖2是處于鑄態(tài)條件下的J91在500倍下的SEM顯微照片。圖3是對(duì)于J3、J130、J160和J91合金在提高的溫度下的磨損圖。
具體實(shí)施例方式將本文描述的鎳基合金(稱為“J91合金”)指定為提高可機(jī)加工性并且在提高的溫度下維持所需的硬度和耐磨性。通過(guò)對(duì)碳、鉻、鎳和鎢含量的調(diào)整，可提供不含粗的一次碳化物還展現(xiàn)所需耐磨性質(zhì)的基體材料。J91合金的顯微組織可表征為散布有富M的 FCC相的球形或蛋形共晶域(domain)，并且因此提供所需的耐磨性質(zhì)而不依靠粗的一次碳化物。除了改進(jìn)的可機(jī)加工性和所需的硬度，J91合金還可展現(xiàn)高的壓縮屈服強(qiáng)度、良好的耐腐蝕性和良好的抗氧化性。在詳細(xì)解釋實(shí)施方案之前，要理解在其應(yīng)用中J91合金不限于在下面描述中給出的組合物和組分濃度的詳細(xì)內(nèi)容。J91合金能夠在其它的實(shí)施方案中實(shí)施，并且能夠以各種方式實(shí)踐或進(jìn)行。此外，理解本文使用的詞組和術(shù)語(yǔ)是出于描述的目的，而不應(yīng)該將其視為限制。當(dāng)在本文使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“約”意指包括比所列舉的數(shù)值或范圍高出至多10%和低出至多10%的值。雖然設(shè)計(jì)J91合金特別指定用于內(nèi)燃機(jī)閥座墊板中，但是其它應(yīng)用也是可行的。 與J89合金相比，J91合金基于如下的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)移除粗的一次碳化物并在共晶反應(yīng)相基體(在其中可引入其它的增強(qiáng)溶質(zhì))中產(chǎn)生均勻分布的面心立方(FCC)鎳-固溶體相， 可獲得鎳基合金的硬度和壓縮屈服強(qiáng)度。碳(C)以總合金的約0.5-約1.5重量％的量存在于J 91合金中；優(yōu)選地，約 0. 95-約1. 3重量％。令人驚訝地，J91合金展現(xiàn)了與J89合金相同的耐磨性質(zhì)，而卻具有較低的碳含量。然而J89合金依賴于粗的一次碳化物的存在來(lái)獲得耐磨性，而在鑄態(tài)條件下通過(guò)改進(jìn)的耐磨基體顯微組織，優(yōu)選不含粗的一次碳化物的J91合金可獲得所需的耐磨性。通過(guò)選擇Ni、Cr和W含量，通過(guò)產(chǎn)生散布有富Ni的FCC相的球形或蛋形共晶域的三元共晶反應(yīng)，可增加共晶組織的量。鉻(Cr)以總合金的約25-約35重量％、優(yōu)選27-33重量％并且更優(yōu)選約觀.5_約 31. 5重量％的量存在于合金中?？蛇x擇鉻含量使得Cr、Ni和W的相對(duì)量將J91合金移動(dòng)更接近Ni-W-Cr三相圖的共晶中心點(diǎn)，從而促進(jìn)對(duì)于在W和Ni之間(一種或多種)金屬間化合物相形成的趨勢(shì)。通過(guò)增加均勻分布的共晶組織的量，可使基體材料非常耐磨。鎢(W)以總合金的約12-約18重量％的量存在于合金中。優(yōu)選地，鎢含量為至少約14重量％并且至多約16重量％。更優(yōu)選的W含量為約14. 5% -約15.5%。鐵(Fe)以總合金的約3. 5_約8. 5重量％的量存在于合金中；優(yōu)選地，至少約5重量％并且至多約7重量％。優(yōu)選的！^含量為約5. 25% -約8. 25%。鉬(Mo)以總合金的約1-約8重量％的量存在于合金中。通常，較多的鉬提高合金硬度并且減少碳化物尺寸；然而，太多的鉬可導(dǎo)致脆性產(chǎn)物。鉬的重量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為至少約2重量％并且至多約6. 25重量％。更優(yōu)選地，該合金包含約4-5重量％的Mo，最優(yōu)選Mo 含量為約4. -約4.95%。錳(Mn)可以以總合金的至多約0. 5重量％的量添加或存在。優(yōu)選的Mn含量為約 0. 25% -約 0. 5%o娃(Si)以總合金的至多約1.0重量％的水平添加或存在于合金中。優(yōu)選的S i 含量為約0. 15% -約0.60%。該合金可包含總量至多1. 5重量％的其它特意添加的元素。這樣的元素包括鈷 (Co)、釩(V)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、稀土元素、釔(Y)、銅(Cu)、硫(S)、 磷(P)、氮(N)或其它元素。例如，該合金可包含至多0.5%的V、至多0.5%的Co、至多 0. 03%的 P、至多 0. 03%的 S。合金余量為鎳(Ni)和偶存雜質(zhì)。通常，該合金包含至少約30重量％的鎳。優(yōu)選的Ni含量為約35-約45%。因此，該合金優(yōu)選基本上由C、Cr、W、Mo、Fe、Ni、Mn和S i組成。在本文使用的“基本上由...組成”將不利地影響合金的可機(jī)加工性和磨損性質(zhì)的添加物排除在外。在800°C下，碳化物之間的基體材料優(yōu)選包含元素Cr-Ni-W的三相共晶組合物，其提供提高的強(qiáng)度。形成三相共晶組合物所需的Cr-Ni-W相對(duì)濃度可參考Cr-Ni-W三元組分相圖來(lái)確定。這樣的相圖示于例如ASM Handbook, Copyright 1992，Volume 3的第3_48 頁(yè)，通過(guò)引用將其并入本文。
在一個(gè)高度優(yōu)選的實(shí)施方案中，該合金包含
權(quán)利要求
1.鎳基合金，其以重量百分比計(jì)包含約0.5-約1. 5的碳；約25-約35的鉻；約12-約 18的鎢；約3. 5-約8. 5的鐵；約1-約8的鉬；至多約0. 50的錳；至多約1. 0的硅；約30-約 45的鎳和偶存雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含約0.95-約1. 30重量％的碳。
3.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含約28.5-約30. 5重量％的鉻。
4.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含至少約14.0重量％的鎢。
5.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含至少約5.0重量％的鐵并且至多約7. 0重量％ 的鐵。
6.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含約4.5重量％的鉬。
7.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含至多約1.3重量％的碳。
8.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含至多約32.0重量％的鉻。
9.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含至多約16.0重量％的鎢。
10.權(quán)利要求1的合金，其中該合金包含約40-42重量％的鎳。
11.權(quán)利要求1的合金，其中Cr、Ni和W的相對(duì)濃度使得在約800°C的溫度下形成三相共晶組合物。
12.權(quán)利要求1的合金，其中合金基本上由以下組成約0.95-約1. 3的碳；約觀.5-約 31.5的鉻；約14. 5-約15. 5的鎢；約5. 25-約8. 25的鐵；約4. 35-約4. 95的鉬；約0. 25-約 0. 5的錳；約0. 15-約0. 6的硅；至多約0. 5的釩、至多約0. 5的鈷、至多約0. 03的硫、至多約0. 03的磷，以及約38-約42的鎳和偶存雜質(zhì)，以重量百分比計(jì)。
13.權(quán)利要求1的合金，其中所述合金為鑄件。
14.權(quán)利要求12的合金，其中所述合金為鑄件。
15.權(quán)利要求1的合金，其中所述合金為用于內(nèi)燃機(jī)的閥座墊板。
16.權(quán)利要求1的合金，其中該合金具有鑄態(tài)的顯微組織，其包含不含粗的一次碳化物的球形共晶域的耐磨基體。
17.用于內(nèi)燃機(jī)中的閥座墊板，所述閥座墊板由基本上包含以下的合金制成約 0. 5-約1. 5的碳；約25-約35的鉻；約12-約18的鎢；約3. 5-約8. 5的鐵；約1-約8的鉬；至多約0. 5的錳；至多約1. 0的硅；以及余量為鎳和偶存雜質(zhì)，以重量百分比計(jì)。
18.權(quán)利要求17的閥座墊板，其中該閥座墊板為鑄件。
19.權(quán)利要求17的閥座墊板，其中該合金基本上由以下組成約0.95-約1. 3的碳；約 28. 5-約31. 5的鉻；約14. 5-約15. 5的鎢；約5. 25-約8. 25的鐵；約4. 35-約4. 95的鉬； 約0. 25-約0. 5的錳；約0. 15-約0. 6的硅；總量不超過(guò)0. 5的釩和鈷、不超過(guò)0. 03的硫、 不超過(guò)0. 03的磷，以及余量為鎳和偶存雜質(zhì)。
20.權(quán)利要求17的閥座墊板，其具有約48-約52的洛氏C硬度。
全文摘要
本文公開的是鎳基合金，其包含(以重量百分比計(jì))約0.5-約1.5的碳；約25-約35的鉻；約12-約18的鎢；約3.5-約8.5的鐵；約1-約8的鉬；至多約0.50的錳；至多約1.0的硅；以及余量為鎳和偶存雜質(zhì)。該合金適用于內(nèi)燃機(jī)中的閥座墊板用途。
文檔編號(hào)C22C19/05GK102439184SQ201080017829
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者D·W·班克羅夫特, 喬從躍 申請(qǐng)人:L·E·瓊斯公司