【正文】 IS06831XV–1976新標(biāo)準(zhǔn)草案（1989）1211436523——歐洲標(biāo)準(zhǔn)EURONORM90–718341—德國標(biāo)準(zhǔn)DIN17480–198410352—英國標(biāo)準(zhǔn)BS970，Part–77927——法國標(biāo)準(zhǔn)NF A35579–839441—意大利標(biāo)準(zhǔn)UN13992–75934—2美國標(biāo)準(zhǔn)SAE1775–8031313510日本標(biāo)準(zhǔn)JISG4311–87JASO E101–851010435512——前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)DOCT5632–79954—— 氣閥鋼標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)狀況目前我國生產(chǎn)氣閥鋼執(zhí)行兩個標(biāo)準(zhǔn)，即GB1221–84（耐熱鋼棒）和GB／T12773–91（內(nèi)燃機氣閥鋼鋼棒技術(shù)條件）。馬氏體鋼號中，4Cr9Si2淬火硬度比德國X45CrSi93（45Cr9Si3）和X50CrSi82（50Cr8Si2）低；8Cr20Si2Ni（即XB）鋼的淬火硬度不能保證≥HRC50，需要增加過冷處理工藝，且工藝性差，生產(chǎn)中成材率低，成本較高，用戶希望增加新牌號 [8，1621]。0．20mm，矯直精度不高，一般不能生產(chǎn)直徑＜9mm的冷拉磨光材。GB1221–84GB／T12772–91DIN17480–1984ISO683／XV–1988草案馬氏體鋼4Cr9Si2—4Cr10Si2Mo8Cr20Si2Ni（XB）—4Cr9Si2—4Cr10Si2Mo8Cr20Si2Ni——X45CrSi93X40CrSiMo102—X85CrMoV182X50CrSi82X45CrSi93——X85CrMoV182奧氏體鋼4Cr14Ni14W2Mo——5Cr21Mn9Ni4N（21–4N）Y5Cr21Mn9Ni4N（21–4NS）———2Cr21Ni2N（21–12N）3Cr20Ni11Mo2PB（20–11P）—4Cr14Ni14W2Mo——5Cr21Mn9Ni4N————2Cr21Ni2N（21–12N）———X45CrNiW189（19–9W）X55CrMnNiN208（21–2N）X53CrMnNiN219（21–4N）（訂貨協(xié)商）X50CrMnNiNbN219 （21–NNbW）—X60CrMnMoVNbN2110 （Resis TEL）—————X55CrMnNiN208（21–2N）X53CrMnNiN219（21–4N）—X50CrMnNiNbN219（21–NNbW）X33CrNiMnN238（218N）———X53CrMnNiNbN219（21–4NNb）鎳基合金———GH810A———NiFe25Cr20NbTi—NiCr20TiAl（Nimonic 80A）—NiFe25Cr20NbTiNiCr15Fe7TiAl（Inconel 751）NiCr20TiAl（Nimonic 80A）—由于磨光材產(chǎn)量低，近幾年每年的需求缺口在2000～3000t。冷拉變形量過大時易造成軋材開裂。我國實際使用的閥門鋼主要有上述三個鋼種，能用于引進機型的只有21–4N鋼。目前我國高負(fù)荷的柴油機進氣門、高性能的排氣門鋼和鎳基合金還處于空白狀態(tài) [9，2830]。1913年美國發(fā)現(xiàn)了耐熱的Cr–Si鋼，1919年后形成了以Si–Cr鋼為中心的閥門鋼，1928年產(chǎn)生了4Cr9Si2鋼（美國HNV3日本SUHl等）。 為了提高耐蝕性，在五十年代中期，英美等國都發(fā)展了高鉻馬氏體鋼8Cr20Ni2Si2（美國HNV6，日本SUH4）等應(yīng)用廣泛，成為今天馬氏體系閥門用鋼的代表。美國在40年代末研究成功B–312與21–12N鋼。1940年初，美國制閥者為了保證耐蝕性，希望含20％Cr與低Si。如將Si限制得特別低則耐鉛腐蝕性顯著提高；而其含氮量增加時，高溫硬度也顯著提高。1952年美國Armco和Thompson公司研究成功21–4N鋼（美國EV8，21–4N，日本21–4N，英國349552，西德X53CrMnNi219，蘇聯(lián)5Cr20Mn9Ni4，9II303等[10]）。英國在1974年標(biāo)準(zhǔn)[11]中增加含Nb 2．0–3．0％的21–4N鋼，進一步提高了熱強度。西德、日本、英國也發(fā)展了含硫21–4N鋼。另外，美國TRW公司和WALLACE公司共同研制了VMS–513合金[13]，它是一種具有良好的耐蝕、耐磨及疲勞強度的耐熱合金。氣閥使用溫度在800–850℃時，可采用鎳基合金。英國在高級轎車上采用Nimonic80A。為了降低排氣閥溫度，有些國家如美國、西德、蘇聯(lián)等采用中空閥。采用中空閥后可降低材料級別。對負(fù)荷較重的排氣閥，在閥面堆焊耐熱合金（鎳基、鈷基合金），也有采取滲Al等方法的。為了節(jié)約材料，排氣閥也可采用兩種材料對焊。特別對奧氏體閥門鋼如21–4N，因抗擦傷性能差，所以閥桿大多經(jīng)鍍鉻處理。國內(nèi)主要使用的3種閥門鋼，在今天巳不能滿足發(fā)展的要求。由于降低了50％的Ni含量而比21–4N更具經(jīng)濟性，美國已有約80％的汽車發(fā)動機使用21–2N鋼[13，3237]。為滿足不斷被改進強化的內(nèi)燃機性能要求，各國都在研制性能高、成本低的新型氣閥鋼。英、德還研制出了5Cr21Mn9Ni4Nb2WN（21–4N＋WNb）和6Cr2Mn10MoVNbN，用于高負(fù)荷柴油機和汽油機排氣閥。發(fā)達國家為滿足內(nèi)燃機不斷發(fā)展的需要，在高負(fù)荷排氣閥用的高合金鋼和更高負(fù)荷排氣閥用鎳基合金之間，早已研制了中間材料，利于大量使用。 4排氣閥用21–4N鋼 化學(xué)成分根據(jù)試制技術(shù)條件規(guī)定，21–4N鋼的化學(xué)成分含量是：C0．48–0．58％，Si≤0．35％，Mn8．00–10．00％，S≤0．03％，P≤0．04％，Cr 20．00–22．00％，Ni 3．50–4．50％，N 0．35–0．50％，C＋N≥0．90％[14，16]。試樣成份為C0．5％，Si0．28％，Mn8．84％，P0．023％，S0．008％，Cr21．10％, Ni3．98％，N0．363％,經(jīng)1180℃30分鐘水冷、760℃14小時空冷處理（）。該項試驗除可在臺架試驗上進行外，也可通過浸漬試驗很快得到近似結(jié)果。在到達規(guī)定的溫度后保溫1小時，然后取出試樣放入10％的醋酸中清洗，去掉腐蝕產(chǎn)物和氧化皮。按以上方法在910℃條件下，我們測得的21–／平方分米小時。 21–4N鋼的物理性能 金相組織℃15分鐘水冷，較多的碳化物。如果升高固溶溫度，可以使碳化物完全溶解，但晶粒卻很快長大（）。過高的固溶溫度，雖使碳化物充分溶解，但晶粒嚴(yán)重長大，至使塑性嚴(yán)重下降，溫度過低則強度較高，冷拉矯直時很困難。 固溶處理將兩爐21–4N鋼料，分別以1100，1150，1200和1250℃保溫1小時水冷處理，所得性能和金相組織見（）。當(dāng)溫度超過1200℃時，塑性開始降低。材料：1–C0．52％，Si0．10％，Mn8．67％，Cr21．10％，Ni3．84％，N0．38％，S0．02％，P≤0．03％；2–C0．49％，Si0．14％，Mn8．18％，Cr21．70％，Ni3．98％，N0．384％，S0．03％，P≤0．03％； 21–4N鋼不同溫度固溶處理后的機械性能 A 1100℃，400 B 1150℃，400 C 1200℃，400 D 1250℃，400 21–4N鋼不同溫度固溶處理后的金相組織但由于該工序是由鋼廠進行的，我們不再另作處理，因而對原材料生產(chǎn)單位的熱處理質(zhì)量，就有著較高的要求。圖（）是經(jīng)1150℃固溶處理后，分別在4，8，12小時760℃條件下進行時效處理的金相組織和硬度變化關(guān)系。有關(guān)資料指出，微粒狀的析出物是材料熱處理后的最佳狀態(tài)。 a.. 4小時，400 b. 8小時，400 c. 12小時，400 21–4N鋼經(jīng)760℃不同時間下時效處理后的金相組織5 21–4N鋼的預(yù)先處理2l一4N(全稱 5Cr2lMn9Ni4N)鋼是以碳化物、氮化物彌散強化的奧氏體耐熱鋼，在700℃以下具有良好的強度、硬度和極好的抗腐蝕性能．是一種節(jié)Ni的內(nèi)燃機排氣閥用鋼。發(fā)動機的氣閥不但要求具有良好的耐蝕性能，而且需要良好的耐磨性能。采用軟氮化的方法能大大提高它的表面硬度和耐磨性。人們想了很多辦法來清除鈍化膜[22，225]。但這種方法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)條件要求高；氰化鹽浴能對不銹鋼、耐熱鋼進行軟氮化但這種工藝污染較大；離子氮化能對不銹鋼、耐熱鋼進行氮化或軟氮化，但離子氮化裝載量少，大批生產(chǎn)不易。該預(yù)處理工藝為奧氏體耐熱鋼進行軟氮化提供了一條合理的途徑。預(yù)處理劑配方的主要藥品是：濃硫酸（98％）、重鉻酸鉀、氯化鈉。氮化溫度為570℃，時間為3h，氮化氣氛為NH3（90％）＋CO2（10％），氨分解率為50，試樣出爐后水冷。通常的辦法是將工件進行爐內(nèi)腐蝕或酸洗，但處理后的工件必須立刻進行氮化，否則，工件表面與空氣接觸又會形成致密的鈍化膜[23，41]。在室溫下，硫酸對金屬氧化物的溶解力較弱，因此當(dāng)預(yù)先處理劑中不含CL—時，／1的預(yù)先處理劑也不與試樣反應(yīng)。在酸性溶液中，Cr會發(fā)生析氫反應(yīng)而溶解成Cr2＋，并認(rèn)為Cr可處于兩種完全不同的狀態(tài)，極易腐蝕的活化態(tài)和同貴金屬一樣的鈍化態(tài)。奧氏體耐熱鋼氣體軟氮化預(yù)先處理的結(jié)果表明，經(jīng)預(yù)先處理后的試樣表面生成了與原來不同的鈍化膜，所以經(jīng)長時間(20d)放置后，試樣還能在NH3＋CO2的氣氛中進行軟氮化。這種鈍化膜在空氣中是穩(wěn)定的,但在NH3＋CO2的氣氛中就不穩(wěn)定了，因為在氮化氣氛（NH3＋CO2）中發(fā)生如下反應(yīng)為：2NH3＝N2＋3H2；H2＋CO2＝CO＋H2O；CO＋NH3＝HCL＋H2O在NH3＋CO2的氣氛中生成了HCL它的腐蝕能力很強，能破除鈍化膜，而使氮化得以順利進行。只有高HCN量才能破除其鈍化膜。（2）21–4N經(jīng)H2S04＋K2Cr2O7水溶液預(yù)先處理劑處理后表面含Cr較高的鈍化膜被溶解，并形成了含Cr較低的鈍化膜