一种气阀用高硬度3j40合金棒材及其制造方法
阅读说明：本技术 一种气阀用高硬度3j40合金棒材及其制造方法 (High-hardness 3J40 alloy bar for air valve and manufacturing method thereof ) 是由 毛福祥 束文武 梁小刚 王林涛 张建国 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种气阀用高硬度3J40合金棒材及其制造方法,该气阀用高硬度3J40合金棒材晶粒度为细于5级且级差在2级以内,无条带晶粒；同时棒材力学性能稳定,且硬度HV≥370。(The invention relates to a high-hardness 3J40 alloy bar for an air valve and a manufacturing method thereof, wherein the grain size of the high-hardness 3J40 alloy bar for the air valve is finer than 5 grade, the grade difference is within 2 grade, and no strip grain exists; meanwhile, the mechanical property of the bar is stable, and the hardness HV is more than or equal to 370.)
技术领域
本发明涉及镍基高温合金材料制造领域，特别是一种气阀用高硬度3J40合金棒材及其制造方法。
背景技术
3J40是Ni-Cr基合金材料，一方面由于其Cr含量和Al含量较高，使得该合金具有硬度高和耐磨性好的特点；因而广泛应用于机械仪表等轴尖零部件。另一方面，该合金材料热塑性较差，热加工成型难度较大，大规格合金棒材暂未有成功生产的先例。
气阀合金主要用于制造内燃机阀门等零部件，使用环境非常苛刻，对合金材料的硬度要求更高，高硬度意味着材料有更好的耐磨性。现有的Nimonic 80A气阀钢材料已经越来越无法满足高端客户的使用要求。本次试制的高硬度3J40合金棒材，铬含量40％左右，极高的铬含量意味着该材料的耐腐蚀性能更为优异，同时富铬的α-Cr相可以增加基体硬度；铝含量3.3％，作为强化物生成元素，较高的铝含量的进一步提高了材料的基体硬度。
在实际生产中，如何有效的控制3J40合金成分均匀性，减少合金的偏析程度，进一步提高该合金的热加工塑性是亟需解决的技术难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气阀用高硬度3J40合金棒材及其制造方法，该气阀用高硬度3J40合金棒材晶粒度为细于5级且级差在2级以内，无条带晶粒；同时棒材力学性能稳定，且硬度HV≥370。
为解决上述技术问题，本发明提供的气阀用高硬度3J40合金棒材，其化学成分及其重量百分比包括：
C：≤0.03％；
Si：≤0.2％；
Mn：≤0.1％；
P：≤0.01％；
S：≤0.01％；
Cu：≤0.5％；
Fe：≤1.0％；
Al：3.2～3.6％；
Cr：39.0～41.0％；
Ni：余量。
进一步，该气阀用高硬度3J40合金棒材晶粒度为细于5级且级差在2级以内，无条带晶粒；同时棒材力学性能稳定，且硬度HV≥370。
一种气阀用高硬度3J40合金棒材的制造方法，包括如下步骤：
配料→真空感应熔炼→浇注电极→热送退火→电极表面处理→保护气氛电渣重熔→钢锭均匀化退火→锻造开坯→修磨→锻造成品→固溶处理→矫直磨光→无损检验。
进一步，热送退火包括：电极浇注完成后，高温脱模，送加热炉进行退火，降低电极组织应力；加热炉温度650℃，电极进炉后，然后随炉升温3h到1180 ℃，保温2h，炉冷到800℃，出炉空冷。
进一步，均匀化退火包括：电渣重熔结束后，进行均匀化退火，减少成分偏析，使得组织更加均匀；电渣锭规格为Ф375；电渣锭退火温度为1190℃，保温 36h。
进一步，锻造开坯包括：均匀化退火结束后，进行锻造开坯，开坯规格为 140-180方。
进一步，修磨包括：将方坯表面的缺陷修磨干净，无裂纹缺陷。
进一步，锻造成品包括：修磨干净的方坯，重新回炉加热，加热温度 1100-1120℃，根据生产要求锻造成品，获得成品棒材。
进一步，固溶处理包括：成品棒材锻造结束后，进行固溶处理，降低残余应力，使强化元素充分溶解到基体中，以得到过饱和固溶体。
进一步，无损检验包括：磨光棒材逐支进行超声波探伤检验，验收级别按照 GB/T4162中AA级进行。
发明的技术效果：本发明的气阀用高硬度3J40合金棒材及其制造方法，相对于现有技术，在高硬度3J40合金冶炼制得钢锭的过程中，首先采用金属铬、电解镍、纯铝等原材料进行冶炼，减少钢中的杂质元素；电极高温脱模，脱模后进行热送退火；电渣结束的钢锭进行高温长时的均匀化退火处理，减缓偏析，得到的坯料组织更加均匀；合金电极浇注完成后，进行热送退火，防止电极组织应力过大，电渣生产中发生开裂；固溶处理可以降低材料，降低残余应力，使强化元素充分溶解到基体中，以得到过饱和固溶体。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：
图1是实施例1中第1批气阀用高硬度3J40棒材的晶粒度金相照片图；
图2是实施例1中第2批气阀用高硬度3J40棒材的晶粒度金相照片图；
具体实施方式
实施例1
本实施例制了2批气阀用高硬度3J40合金棒材，均经过配料→真空感应熔炼→浇注电极→热送退火→电极表面处理→保护气氛电渣熔炼→钢锭扩散退火→锻造开坯→修磨→锻造成品→固溶热处理→矫直磨光→无损检验。
将冶炼得到的实施例钢锭进行均匀化退火，得到成分均匀，塑性较好的钢锭。获得的钢锭化学成分见下表1。
表1实施例得到的钢锭化学成分检测结果
将冶炼得到的实施例钢锭进行锻制，得到规格为140-180规格的锻造毛坯。
将锻造毛坯修磨干净后，再加热后进行锻造成品，加热温度控制1100～1120 ℃，控制末火总变形量50-70％，一火成型，得到直径为Ф60-Ф120的锻造圆坯。
将得到的锻造圆坯进行1020±10℃保温1h，水冷的固溶热处理，然后校直磨光，直至表面没有划伤、裂纹、起皮等缺陷。
对热处理后的棒材进行取样，标注编号，在试样热处理箱式炉中将试样加热至800℃士10℃，保温24h，空冷；对得到的试样分别进行晶粒度检测及室温拉伸性能检测；晶粒度测试结果见图1，力学性能检测结果见表2。
表2实施例得到的气阀用高硬度3J40棒材室温拉伸及硬度晶粒度检测结果
作为对比，现有技术中较为接近的GH80A棒材，其室温拉伸及硬度和晶粒度检测结果参见表3，由表3所得结果可知，3J40棒材在晶粒度、硬度、室温拉伸性能均优于现有的GH80A棒材。
表3GH80A棒材室温拉伸及硬度和晶粒度检测结果
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。