一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，由鐵、鉻、鉬、硼、錳、鎳、氮、鈦、鋁、硅、碳組成。其中各組分按重量百分比鉻為25-32％，鉬為2-5％，硼為1.3-3％，錳為0.5-5％，鎳為11-16％，氮為0.1-0.3％，鈦為0.5-3％，硅為0.04-4％，碳小于0.1％，余量為鐵。本發(fā)明產(chǎn)品可代替stellite-6鈷基合金粉末用于等離子堆焊工藝中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)進(jìn)行防護(hù)和修復(fù)，在保證高溫性能的同時(shí)大大降低了成本。同時(shí)，產(chǎn)品具有良好的工藝性能，stellite1-6合金粉末堆焊前需要對(duì)基體進(jìn)行預(yù)熱處理，以避免焊縫開(kāi)裂。本發(fā)明堆焊基體不用預(yù)熱處理，具有良好的堆焊工藝性能。
【專利說(shuō)明】一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，屬于高溫耐磨領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣門(mén)與氣門(mén)座是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最苛刻的一對(duì)摩擦副，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)受到高 溫、機(jī)械磨損和腐蝕的綜合作用，在高溫、強(qiáng)腐蝕及頻繁沖擊條件下工作的各類發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、 排氣門(mén)，經(jīng)常因盤(pán)錐面的破壞而早期失效，目前我國(guó)每年報(bào)廢的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)在四萬(wàn)只以上。 目前國(guó)內(nèi)外氣門(mén)材料大致經(jīng)歷了鉻鋼、硅鉻鋼、鉻基奧氏體鋼和鐵錳奧氏體鋼幾個(gè)階段，我 國(guó)排氣門(mén)用鋼主要是4Cr9Si2、4CrlOSi2Mn和21-4N，而這些鋼國(guó)內(nèi)只能滿足40 %，60%需 要進(jìn)口，且鑄造加工性能較差，壽命也不長(zhǎng)。為了有效提高錐面的抗磨損能力和抗腐蝕性能 以滿足工作狀態(tài)的需求，在很多氣門(mén)上采用涂覆強(qiáng)化合金的方法。采用合理的堆焊方法和 堆焊材料修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)盤(pán)錐面可有效延長(zhǎng)氣門(mén)的服役壽命，每年可以節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材上萬(wàn) 噸，加之設(shè)備、能源、工時(shí)等，其經(jīng)濟(jì)效益十分客觀。
[0003] 目前氣門(mén)錐面合金強(qiáng)化是增強(qiáng)其承受高溫和腐蝕作用而獲得滿意的耐久性和價(jià) 格的一種常用方法。目前一般對(duì)氣門(mén)錐面堆焊Stellite-6高溫耐磨合金進(jìn)行強(qiáng)化處理。 Stellite-6是鈷基錐面強(qiáng)化合金，能大大的提高氣門(mén)錐面的耐磨性能，同時(shí)合金中添加了 Cr元素增加了耐腐蝕性能。鈷金屬是一種稀缺并昂貴資源，我國(guó)是一個(gè)鈷資源缺乏的國(guó)家， 每年有半數(shù)需要進(jìn)口，大大限制了其使用。同時(shí)Stellite-6在堆焊前需要對(duì)基體進(jìn)行預(yù) 熱，才能保證堆焊焊層不開(kāi)裂。
[0004] 資源的缺乏、工藝性能的不足以及高昂的價(jià)格促使我們尋找低價(jià)格高性能優(yōu)良工 藝的替代材料，以滿足氣門(mén)錐面堆焊的技術(shù)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在于可以堆焊 于發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)的錐面增加耐磨性和耐腐蝕性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊 用鐵基噴焊粉含有下列質(zhì)量比的化學(xué)成分：
[0006] 25 至 32% 鉻，
[0007] 2 至 5% 鑰，
[0008] 1.3 至 3% 硼，
[0009] 0.5 至 5% 錳，
[0010] 11 至 16% 鎳，
[0011] 0· 1 至 0· 3% 氮，
[0012] 0· 5 至 3% 鈦，
[0013] 0.04 至 4%硅，
[0014] 小于0.1 %的碳，
[0015] 余量為不小于40 %的鐵。
[0016] 上述一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在于所述的噴焊粉的組份按重量 百分比優(yōu)選為，鉻為26-30%，鑰為3-4. 5%，硼為1. 3-3%，錳為0. 5-3. 5%，鎳為12-15%， 氮為 0· 1-0. 3%，鈦為 0· 5-2%，硅為 0· 04-4%，碳小于 0· 1%。
[0017] 上述一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，可以進(jìn)一步加入重量百分比不大于2 % 的鶴。
[0018] 上述一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，還可以進(jìn)一步加入重量百分比不大于 4%的鋁。
[0019] 上述一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在于重量百分比不大于4%的鈮。
[0020] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉是奧氏體加少量鐵素體的組織，以 硼化物、鈦化物硬質(zhì)相保證材料的硬度。本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，加入 25-32%的鉻。金屬鉻與氧的親和力大，F(xiàn)e-Cr合金在空氣中高溫氧化時(shí)，首先在表面形成 Cr203膜。該氧化膜結(jié)構(gòu)致密，和基體的黏合力強(qiáng)，可以將內(nèi)部材料保護(hù)起來(lái)，具有高耐高溫 性能，本材料選取20 % -32 %的鉻，鉻的最小含量高于20 %，使得表面能夠形成非常完整致 密的保護(hù)性Cr203膜，在這種情況下，當(dāng)膜厚增加、破裂露出基體時(shí)，基體有足夠的鉻重新 形成氧化膜。
[0021] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，加入2-5%的鑰，鑰可降低材料的過(guò) 熱傾向性，提高強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)定性。同時(shí)鑰和鉻共同作用，改進(jìn)材料的耐腐蝕性能。
[0022] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，加入1. 3-3%的硼，該材料因?yàn)榕鸬?加入，形成細(xì)微的硼碳化合物，能大幅度提高材料在高溫下的耐磨性能。
[0023] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，加入11-16%的鎳元素和0.5-5% 的錳。Ni的晶格常數(shù)與鐵相近，所以可成連續(xù)固溶體，促進(jìn)奧氏體的穩(wěn)定性。錳也是奧 氏體化元素，鎳、錳、碳、氮錳與鐵固溶起強(qiáng)化的作用，提高基體的硬度和強(qiáng)度。
[0024] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，加入了 0. 1-0. 3%的氮。氮是強(qiáng)烈的 奧氏體形成元素，減少了材料中碳的用量，降低堆焊時(shí)產(chǎn)生Cr7C3, Cr23C6的風(fēng)險(xiǎn)，減少晶 間腐蝕。N在產(chǎn)品中借氮化物的析出而產(chǎn)生彌散硬化。提高材料的高溫穩(wěn)定性，增強(qiáng)耐腐蝕 性能。
[0025] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，加入了 0. 5-3%的鈦。鈦和硼、碳形 成復(fù)雜的硼碳化合物，比鐵、鉻的硼碳化合物具有更好的耐磨性。同時(shí)，鈦對(duì)硼碳的消耗，使 得更多的鉻進(jìn)入到基體當(dāng)中，增強(qiáng)材料的耐腐蝕性能。
[0026] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，含有0.04-4%的硅元素，硅的功能 在于優(yōu)化粉末的霧化工藝性能，提高成品率，降低合金元素在噴涂過(guò)程中的氧化。
[0027] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，含有小于0. 1的碳元素，碳元素分 兩種狀態(tài)存在于材料中，一種是固溶于基體中，一種是形成金屬碳化物，本材料中由于有硼 的加入，實(shí)際上是形成金屬碳硼化合物。
[0028] 本發(fā)明的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，還可以加入不大于2%的鎢，提高材 料的耐熱性能，加入不大于4%的鋁，增強(qiáng)材料的耐高溫腐蝕性能，加入不大于4%的Nb細(xì) 化晶粒。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，替代Stellite-6 用于氣門(mén)錐面的強(qiáng)化和修復(fù)。本發(fā)明涉及的氣門(mén)堆焊用粉末可以通過(guò)霧化制成堆焊粉。具 體實(shí)施方式為：配料-熔煉-霧化-冷卻-粉末收集-篩分-分級(jí)-檢測(cè)-入庫(kù)。
[0030] 實(shí)施例
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，利用霧化的方式制備熱噴焊粉末，該粉末具有以下的重量百分比成 份：
[0033] 27% 鉻，
[0034] 4% 鑰，
[0035] 1.5% 硼，
[0036] 2% 錳，
[0037] 15% 鎳，
[0038] 0· 15% 氮，
[0039] 0.6% 鈦，
[0040] 4 %硅，
[0041] 1% 鎢，
[0042] 1%錯(cuò)，
[0043] 0.1 %碳，
[0044] 小于0.1 %的碳，
[0045] 余量為鐵。
[0046] 實(shí)施例2
[0047] 根據(jù)本發(fā)明，利用霧化的方式制備熱噴焊粉末，該粉末具有以下的重量百分比成 份：
[0048] 25% 鉻，
[0049] 3% 鑰，
[0050] 1.7% 硼，
[0051] 1% 錳，
[0052] 15% 鎳，
[0053] 0.2% 氮，
[0054] 0.8% 鈦，
[0055] 3 %硅，
[0056] 1.5%鎢，
[0057] 1.5%鋁，
[0058] 0.1 %碳，
[0059] 余量為鐵。
[0060] 實(shí)施例3
[0061] 根據(jù)本發(fā)明，利用霧化的方式制備熱噴焊粉末，該粉末具有以下的重量百分比成 份：
[0062] 30% 鉻，
[0063] 5% 鑰，
[0064] 2% 硼，
[0065] 3% 錳，
[0066] 13% 鎳，
[0067] 0.2% 氮，
[0068] 0.4% 鈦，
[0069] 3 %硅，
[0070] 2 %鋁，
[0071] 0.08 %碳，
[0072] 0.8 %鈮，
[0073] 余量為鐵。
[0074] 對(duì)以上實(shí)施例子，利用泰勒篩篩分出45-150um的粉末。采用上海多木實(shí)業(yè)有限公 司生產(chǎn)的DML-V02B等離子粉末對(duì)焊機(jī)進(jìn)行堆焊。堆焊基體為40Cr，輸出電流為95A，送粉 量為15g/min，單道焊縫寬10mm，焊槍速度為lmm/s。
[0075] 對(duì)比例1
[0076] 對(duì)比例子為Stellite6,該粉末成分按重量百分比計(jì)算，其成分為：
[0077] 1. 15 % 碳，
[0078] 0· 35 錳，
[0079] 1.05% 硅，
[0080] 28 % 鉻，
[0081] 1.5% 鎳，
[0082] 1.5% 鐵，
[0083] 4.5% 鎢，
[0084] 余量為鈷。
[0085] 采用上海多木實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的DML-V02B等離子粉末對(duì)焊機(jī)進(jìn)行堆焊。堆焊 基體為40Cr，輸出電流為95A，送粉量為15g/min，單道焊縫寬10mm，焊槍速度為lmm/s。
[0086] 對(duì)以上堆焊涂層取樣進(jìn)行高溫維氏硬度測(cè)試，分別測(cè)試20度、300度、500度、700 度四個(gè)溫度下的維氏硬度，測(cè)試結(jié)果如下表：
[0087]

【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉成分含（重量百分比） 25 至 32%鉻，2 至 5%鑰，1. 3 至 3%硼，0· 5 至 5%錳，11 至 16%鎳，(λ 1 至 0· 3%氮，0· 5 至3%鈦，0. 04至4%娃，小于0. 1 %的碳，余量為不小于40%的鐵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在于所述的 噴焊粉的組份按重量百分比優(yōu)選為，鉻為26-30%，鑰為3-4.5%，硼為1.3-3%，錳為 0.5-3. 5%，鎳為 12-15%，氮為 0· 1-0. 3%，鈦為 0.5-2%，硅為 0.04-4%，碳小于 0· 1%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在 于可以進(jìn)一步加入重量百分比不大于2%的鎢。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在 于可以進(jìn)一步加入重量百分比不大于4%的鋁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在于重 量百分比不大于4%的鈮。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5要求所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)堆焊用鐵基噴焊粉，其特征在 于可以制成噴涂和堆焊粉末。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK104096989SQ201410322740
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】朱明生, 丁立平 申請(qǐng)人:博睿泰達(dá)科技(北京)有限公司