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閥門(mén)用鋼生產(chǎn)工藝

發(fā)布時(shí)間: 2022-03-12  點(diǎn)擊次數(shù): 836次

閥門(mén)鋼是耐熱鋼的一個(gè)重要分支,是制造內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣閥門(mén)的專用特殊材料。這種材料常處于450~900℃的高溫和3000~7000kPa的爆發(fā)壓力的工作條件下,并長(zhǎng)期承受汽油、柴油等燃?xì)獾母邷馗g與沖刷及閥門(mén)本身與閥座的摩擦。因此,閥門(mén)材料必須具備在最高工作溫度下有足夠的熱強(qiáng)性、抗高溫腐蝕性、抗氧化性、耐磨性和抗沖擊性。

閥門(mén)鋼(gas valve steel;valve steel)適合于制造各種閥門(mén)用的鋼種,也稱氣閥鋼(gas valve steel)。為提高閥門(mén)鋼的耐磨性和耐蝕性,還可對(duì)其進(jìn)行表面滲鋁和堆焊硬質(zhì)合金等表面改性處理 [1]  。

起源發(fā)源

編輯 播報(bào)
汽車(chē)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的發(fā)展,推動(dòng)了閥門(mén)鋼的開(kāi)發(fā),最早的閥門(mén)鋼是20世紀(jì)20年代的0.4C-12Cr鋼。1930年開(kāi)始使用8.5Cr-3Si鋼。1942年英國(guó)列人標(biāo)準(zhǔn)中的牌號(hào)為En52。稍后法國(guó)提出了10Cr-2Si-1Mo鋼。這樣就形成了以Cr-Si為主的馬氏體型閥門(mén)鋼。這種鋼在650℃以下有良好的熱強(qiáng)性和抗氧化性,且較經(jīng)濟(jì),各國(guó)還廣泛用于低負(fù)荷的排氣閥門(mén)和中負(fù)荷的進(jìn)氣閥門(mén)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的牌號(hào)為4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo。增加碳含量并加人鎳、鉬、鎢、釩等可提高耐熱性,發(fā)展為高碳馬氏體型耐熱鋼,碳含量最高達(dá)0.80%~0.85%,如X80CrSiNi20(XB)、X85CrMoV193、X80CrSiMoW152等。我國(guó)研制了新鋼種MF811。
中、高負(fù)荷的排氣閥-般采用奧氏體型閥門(mén)鋼。最早使用的是高碳18Cr-8Ni奧氏體鋼。為了提高鋼的熱強(qiáng)性添加了鎢、鉬,并相應(yīng)提高了鎳的含量,如X45CrNiW189、14Cr-14Ni-2W-1Mo鋼。在21Cr-12Ni鋼中加入0.2%N進(jìn)-步穩(wěn)定了奧氏體并增加了鋼的硬度和延緩了碳化物的集聚。用錳代替Cr-Ni鋼中的鎳始于1945年。1950年Jenmings發(fā)現(xiàn)硅含量小于0.25%顯著提高了抗氧化鉛腐蝕的能力。1952年美國(guó)發(fā)明了低硅的21Cr-9Mn-4Ni-N鋼(21-4N),與21Cr-12NiN、14Cr-14Ni-2W-Mo相比,性能*較經(jīng)濟(jì),在汽油機(jī)排氣閥門(mén)仁迅速得到廣泛應(yīng)用。在21-4N鋼某礎(chǔ)上添加硫改善切削性能形成了21-4NS。添加鈮、鉬、鎢和釩,提高了高溫強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性,開(kāi)發(fā)了21-4WNbN,X60CrMnMoVNbN2110鋼。21-4N鋼硅低氮高,生產(chǎn)難度大,對(duì)其成分進(jìn)行調(diào)整,成為21-2N,這種鋼用于輕負(fù)荷排氣閥更為經(jīng)濟(jì)。23-8N是用于柴汕機(jī)排氣閥門(mén)較經(jīng)濟(jì)的材料,性能優(yōu)于21-12N和14Cr-14Ni-2W-Mo鋼,工藝性能也優(yōu)于21-4N鋼。美國(guó)還致力于改善閥門(mén)鋼的高溫疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕、耐磨性的研究,開(kāi)發(fā)了汽油機(jī)、柴油機(jī)兩用的新型排氣閥門(mén)材料VMS513,在高溫下的疲勞強(qiáng)度比21-4N高40% [2]  。
按組織類(lèi)型閥門(mén)鋼分為馬氏體型和奧氏體型。常用的馬氏體型閥門(mén)鋼有4Cr9Si2和4Cr10Si2Mo鋼。4Cr9Si2鋼用作700℃以下工作的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)的排氣閥。4Cr10Si2Mo鋼可用作工作溫度不超過(guò)750℃的中、高負(fù)荷汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)的排氣閥。使用較廣泛的奧氏體型閥門(mén)鋼是4Cr14Ni14W2Mo鋼,用于制作使用溫度不超過(guò)750℃的內(nèi)燃機(jī)重負(fù)荷排氣閥。其他的奧氏體型閥門(mén)鋼還有5Cr21Mn9Ni4N和2Cr21Ni12MnSiN鋼。

國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

編輯 播報(bào)
我國(guó)閥門(mén)鋼的研究生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代。在YBII 1959《耐熱鋼技術(shù)條件》中列入了通4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni14W2Mo三個(gè)閥門(mén)鋼牌號(hào)。70年代開(kāi)始研制21-N。80年代國(guó)產(chǎn)閥門(mén)鋼進(jìn)入全面發(fā)展階段。引進(jìn)消化了21-4WNbN,XB,21-12N,23-8N,21-2N,X85CrMoV182,X60CrMnMoVNbN2110,20-11P等 [3]  。


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