[發明專利]一種氣閥合金等軸晶粒的制備方法

在審

• 申請號: 202011183391.7
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112281068A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 王立民;李權;趙吉慶;程杰鋒;陳正宗;何西扣;包漢生;唐廣波;楊鋼;劉正東
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/46;C21D6/00;C21D8/00;C23F1/28;G01N1/32
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種氣閥合金等軸晶粒的制備方法，屬于氣閥合金制造以及金屬材料微觀組織表征技術領域。化學成分組成重量比為：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％。對氣閥合金進行熱壓縮，當熱壓縮溫度為1050℃～1200℃，應變速率為0.1S^?1～1S^?1，并且變形量在30％～60％時，獲得等軸狀的完全再結晶晶粒。優點在于，很好的解決高鉻氣閥合金不易腐蝕的問題，方便材料的組織檢驗。

技術領域

本發明屬于氣閥合金制造以及金屬材料微觀組織表征技術領域，特別是涉及一種氣閥合金等軸晶粒的制備及顯示方法，適用于交通、冶金、機械、能源、航空、航天、化工等領域。

背景技術

氣門材料又叫氣閥材料，主要指用來制造內燃機進、排氣門的材料。這類材料由于工作在高溫以及具有腐蝕性氣氛的工作環境下，因此要求這類材料具有良好的高溫強度、高溫硬度、抗蠕變性能以及抗煙氣腐蝕能力。氣閥合金屬于氣閥材料中的一種，氣閥材料包括氣閥鋼和氣閥合金。氣閥鋼包括馬氏體氣閥鋼以及奧氏體氣閥鋼，常見的牌號有4Cr9Si2Mo、4Cr9Si3、21-4N、21-4NWNb以及23-8N等。目前國際上和國內常用的氣閥合金有Nimonic 80A和Inconel 751。氣閥合金與氣閥鋼相比具有更加優良的高溫強度、抗氧化性能以及高溫持久性能，因此常常被用來制造燃燒室溫度更高，工作環境更苛刻，功率更高的發動機的排氣閥。為了保證具有良好的耐腐蝕性能，通常在氣閥合金中都含有一定量的的鉻元素，以提高材料的抗腐蝕性能。但由于鉻元素的加入也同時提高了合金的金相組織以及晶粒的腐蝕難度，因此，對于氣閥合金通常都需要獨特配制的腐蝕液。而對于氣閥合金而言，完全再結晶后的組織是最理想的組織，也就是組織中的晶粒呈等軸狀，這樣的合金的性能也更加均勻，具有更優異的使用性能。

晶粒度是指鋼鐵材料或合金在奧氏體狀態時的晶粒尺寸大小。由于鋼鐵材料的強度、硬度、韌性以及塑性等都與材料內部晶粒大小有很大的關系，所以晶粒度是評價鋼鐵材料組織特征的很重要的一項指標。絕大部分鋼的奧氏體只是在高溫下才是穩定的。因此欲測定奧氏體晶粒就得設法將高溫狀態奧氏體輪廓的痕跡在室溫下顯示出來，常用的顯示奧氏體晶粒的方法可歸納為滲入外來元素法、化學試劑腐蝕法和控制冷卻速度法3種。(1)滲入外來元素法。如滲碳法和氧化法，是利用奧氏體晶界優先形成滲碳體和氧化亞鐵等組成物，形成網絡顯示出奧氏體輪廓。滲碳法一般適用于不高于0.3％c的滲碳鋼和含不高于0.6％c而含碳化物元素較多的其他類型鋼。氧化法卻適用于任何結構鋼和工具鋼。(2)化學試劑腐蝕法。鋼材經不同溫度的淬火一回火處理后，磨光并用飽和苦味酸水溶液和新潔爾滅幾滴浸蝕能抑制馬氏體組織，促使奧氏體晶界的顯示。或者直接用鹽酸1～5mL、苦味酸(飽和的)和乙醇浸蝕，使馬氏體直接顯示出來，利用馬氏體深淺不同和顏色的差異而顯示出奧氏體的晶粒大小，此法適用于合金化程度高的能直接淬硬的鋼。(3)控制冷卻速度法。低碳鋼、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼可控制冷卻速度使鋼的奧氏體周圍先共析析出網狀鐵素體、網狀滲碳體，或使屈氏體沿晶界少量析出以顯示出奧氏體晶粒。

要想獲得理想的完全再結晶組織，需要對材料的再結晶動力學進行研究，也就是對材料的熱變形溫度、變形速率以及變形量進行綜合考慮，得出三種參數對材料動態再結晶的影響，才會獲得材料發生完全動態再結晶的工藝參數。對于氣閥合金而言，在高溫下均是奧氏體狀態，冷卻過程中沒有像鋼鐵材料那樣的相變，所以氣閥合金的晶粒形貌完全取決于前面的熱變形和后面的固溶制度。但對于不同的氣閥合金，其發生動態再結晶的工藝參數也不相同，這就需要做大量的試驗來驗證。對于氣閥廠來說，也需要提供的氣閥合金具有良好的組織特征和均勻的力學性能，所以，獲得等軸狀的晶粒對于氣閥合金來說至關重要。

發明內容