CN105793453A - 高性能的基于镍的合金 - Google Patents

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Abstract

一种基于镍的合金包含按重量％计的约0.7％至约2％的碳；高达约1.5％的锰；高达约1.5％的硅；约25％至约36％的铬；约5％至约12％的钼；约12％至约20％的钨；高达约1.5％的钴；约3.5％至约10％的铁；约20％至约55％的镍；和附带的杂质。该合金适合用于高温应用中，例如内燃发动机的阀座嵌件中。

Description

高性能的基于镍的合金
技术领域
本公开涉及基于镍的合金。更具体地，本公开涉及具有高的硬度、压缩屈服强度、耐磨损性、极限拉伸强度、导热性、铸造性和/或可加工性的基于镍的合金，其可以被用于发动机部件，如用于阀座嵌件。
背景技术
基于镍的阀座嵌件合金通常具有优于高合金钢的耐磨损性、耐热性、和耐腐蚀性的这些性能，且常常被用来作为用于严酷条件下的结构构件(如阀座嵌件)的材料。已知的基于镍的合金具有相对良好的性能，包括良好的硬度和压缩屈服强度。已知的基于镍的合金包含被确定为J96的合金(可购自L.E.Jones公司(Menominee,Michigan))，其具有良好的硬度和压缩屈服强度。
被确定为J89的合金也由L.E.Jones公司标注，这种合金的细节在共同转让的美国专利No.6482275中提供，该申请的公开内容通过引用将其整体并入本文。在一般情况下，J89合金包含以重量百分比计的2.25％至2.6％的C、高达0.5％的Mn、高达0.6％的Si、34.5％至36.5％的Cr、4.00％至4.95％的Mo、14.5％至15.5％的W、5.25％至6.25％的Fe、余量的Ni及附带的杂质。
被确定为J91的基于镍的合金(可购自L.E.Jones公司)在共同转让的美国专利申请公开No.2008/0001115(美国专利申请No.11/476550)中得到描述，其全部公开内容通过引用全部并入本文。
发明内容
在一些实施方式中，本发明提供了一种基于镍的合金，其包含按重量％计的约0.7％至约2％的碳；高达约1.5％的锰；高达约1.5％的硅；约25％至约36％的铬；约5％至约12％的钼；约12％至约20％的钨；高达约1.5％的钴；约3.5％至约10％的铁；约20％至约55％的镍；和附带的杂质。
在进一步的实施方式中，所述基于镍的合金可以包含按重量％计的约1％至约1.9％的碳；高达约0.6％的锰；高达约0.7％的硅；约26％至约33％的铬；约6.5％至约10％的钼；约14.5％至约16.5％的钨；高达约0.6％的钴、约5％至约8.5％的铁；约29％至约44％的镍；和附带的杂质。
在进一步的实施方式中，所述基于镍的合金可以包含按重量％计的约1.1％至约1.8％的碳；约0.1％至约0.6％的锰；约0.1％至约0.7％的硅；约28.5％至约33％的铬；约7％至约9％的钼；约14.5％至约16.5％的钨；高达约0.6％的钴；约5％至约8.5％的铁；约29％至约44％的镍；和附带的杂质。
在一些实施方式中，本发明提供了一种用于内燃发动机的阀座嵌件，其中，所述阀座嵌件由基于镍的合金制成，所述基于镍的合金含有以重量％计的约0.7％至约2％的碳；高达约1.5％的锰；高达约1.5％的硅；约25％至约36％的铬；约5％至约12％的钼；约12％至约20％的钨；高达约1.5％的钴；约3.5％至约10％的铁；约20％至约55％的镍；和附带的杂质。
附图说明
图1是包含根据本申请的实施方式的基于镍的合金(在本文中被称为J95合金)的阀座嵌件的阀组件的横截面图。
图2是一种光学显微镜(OLM)显微照片，其描绘了J95合金中的微观结构的形态(试验加热8)。
图3是J95合金在测得的硬度和计算得到的硬度之间相关性的示图。
图4是J95合金的测得的嵌件断裂韧性和计算得到的嵌件断裂韧性之间的相关性的示图。
图5是J95合金(试验加热8)和J89以及J91合金的压缩屈服强度与温度的函数关系的示图。
图6是相比于J89合金的，J95合金的极限拉伸断裂强度与温度的函数关系的示图。
图7是扫描型电子显微镜(SEM)显微照片，其描绘了在铸态条件下的J95微观结构的背散射电子图像。
图8是OLM显微照片，其描绘了J89合金(另一种基于镍的合金)的典型微观结构的形态。
图9是OLM显微照片，其描绘了J91合金(另一种基于镍的合金)的典型微观结构的形态。
具体实施方式
在一些实施方式中，本发明提供了用作阀座嵌件的基于镍的合金，现在将参照如附图中举例说明的它的一些实施方式进行详细描述。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所述基于镍的合金的充分理解。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，本文的实施方式可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，未详细描述众所周知的工艺步骤和/或结构以免不必要地使所述基于镍的合金难以理解。
在本说明书和下述权利要求中，单数形式例如“一个”、“一种”和“所述”还可包括复数形式，除非内容另外清楚地指明。
除非另有说明，否则在本公开和权利要求中表示数量、条件等的所有数字在所有情况下应理解为被术语“约”修饰。术语“约”是指例如涵盖范围的数值，该范围为该数值加或减该数值的10％。
术语“室温”、“环境温度”和“环境”是指例如约20℃(约68°F)至约25℃(约77°F)的温度。
图1根据本发明示出了一种发动机阀组件2。阀组件2包括阀4，其可滑行地支撑在阀杆导承6的内孔和阀座嵌件18内。阀杆导承6是配合在发动机的气缸盖8内的管状结构。箭头示出了阀4的运动方向。阀4包括阀座面10，其插在阀4的帽12和颈部14之间。阀杆16定位在颈部14的上方，并且可以被容纳在阀杆导承6内。阀座嵌件18包括阀座嵌件面10’，并且通过例如压合安装在发动机的气缸盖8内。在一些实施方式中，气缸盖8可包括例如铸铁、铝或铝合金的铸件。在一些实施方式中，嵌件18(在横截面中示出)是环形形状，并且阀座嵌件面10’在阀4的运动过程中接合阀座面10。
在一些实施方式中，本发明公开内容涉及基于镍的合金(下文称为“J95合金”或“J95”)。J95合金的可铸性、可加工性、韧性、硬度、压缩屈服强度、极限拉伸断裂强度、耐磨性、和导热性使其可用在多种应用中，包括例如用作内燃发动机的阀座嵌件，以及用在球轴承、涂层中等等。在一些实施方式中，所述合金用作内燃发动机的阀座嵌件。
在一些实施方式中，J95合金包含按重量％计的约0.7％至约2％的碳；高达约1.5％的锰；高达约1.5％的硅；约25％至约36％的铬；约5％至约12％的钼；约12％至约20％的钨；高达约1.5％的钴；约3.5％至约10％的铁；约20％至约55％的镍；和附带的杂质。
在一些实施方式中，J95合金可具有任选添加的其他合金元素，或可不含故意添加的这些元素。在一些实施方式中，J95合金的余量是镍和附带的杂质。在一些实施方式中，镍可以以约20重量％至约55重量％的量存在于所述合金中，如以约25重量％至约50重量％，或约29重量％至约44重量％的量存在于所述合金中。在一些实施方式中，J95合金可以含有0％至约1.5重量％的其他元素(如小于约1重量％，或小于约0.5重量％)，诸如，例如，铝、砷、铋、铜、钙、镁、氮、磷、铅、硫、锡、钛、钇和稀土元素(镧系元素)、锌、钽、硒、铪和锆。
在一些实施方式中，J95合金基本上由按重量％计的约0.7％至约2％的碳；高达约1.5％的锰；高达约1.5％的硅；约25％至约36％的铬；约5％至约12％的钼；约12％至约20％的钨；高达约1.5％的钴；约3.5％至约10％的铁；约20％至约55％的镍；和附带的杂质组成。如本文所用的术语“基本上由...组成”或“基本上由...组成的”具有部分封闭的含义，也就是说，这些术语排除会实质上并且不利地改变合金的基本和新颖特性的步骤、特征或其他元素(即，将对J95合金的所需特性产生不利影响的步骤或特征或其他元素)。J95合金的基本和新颖特性可包括以下特性中的至少一种：可铸性、可加工性、韧性、硬度、压缩屈服强度、极限拉伸断裂强度、耐磨性、导热性和合金的微观结构。
在一些实施方式中，J95合金可被处理以实现适用于阀座嵌件的可铸性、可加工性、韧性、硬度、压缩屈服强度、极限拉伸断裂强度、耐磨性、和导热性的组合。J95合金可根据任何合适的技术处理。用于处理J95合金的技术包括，例如粉末冶金、铸造、热锻、热/等离子体喷涂、焊覆、激光熔覆、表面改性，例如PVD、CVD等等。
在一些实施方式中，J95合金可以通过多种技术形成为粉末材料，所述技术包括例如球磨元素粉末或雾化以形成预合金粉末。在一些实施方式中，粉末材料可以被压制成零部件的所需的形状并烧结。烧结工艺可用于在所得零部件中实现所需的性能。
阀座嵌件可通过铸造来制造，铸造是一种涉及熔融合金成分并将熔融混合物浇注到模具中的已知工艺。在一些实施方式中，合金铸件可任选地经历热处理，之后再加工成最终形状。
在一些实施方式中，J95合金可用在阀座嵌件的制造中，阀座嵌件包括例如用在柴油发动机(例如，具有或不具有EGR的柴油发动机)、天然气发动机和双燃料发动机配气机构应用中的阀座嵌件。所述J95合金还可用在其他应用中。例如，所述J95合金可用在制造用于汽油、天然气、双燃料或可替代燃料的内燃发动机的阀座嵌件。在一些实施方式中，J95合金阀座嵌件可通过常规技术来制造。
所述合金J95还可用在其他应用中，在其他应用中，高温性能是有利的，其他应用例如耐磨涂层、内燃机组件和柴油发动机组件。
不受任何特定理论的约束，相信，J95合金的独特微观结构(其在一些实施方式中含有几乎完整的共晶反应相)与J95合金的微观结构分布(其中共晶反应相是精细的和均匀分布的)产生J95合金的性能，如可铸性、可加工性、韧性、硬度、压缩屈服强度、极限拉伸断裂强度、耐磨性、和导热性，这对于阀座嵌件应用是合乎期望的。在一些实施方式中，J95合金的微观结构是完全或几乎完全由共晶反应相组成的，也就是说，在一些实施方式中，J95合金包含数量为至少95体积％的共晶反应相，如至少97体积％，或约100体积％的共晶相。在一些实施方式中，J95合金的微观结构基本上由共晶反应相组成。在一些实施方式中，在J95合金的共晶反应相具有铸态形式的层状形态并且精细地和均匀地分布在所述微观结构中。
在一些实施方式中，共晶相的长度小于约1微米。不受任何特定理论的约束，相信，共晶相的长度对铸造条件比宽度更敏感，并且因此可以根据铸造条件的不同而变化。例如，在一些实施方式中，共晶相的长度可为约1至约20微米，例如小于约15微米，或小于约10微米。
图2是J95合金的一种实施方式的微观形态的显微照片。如图2所示，尽管有可能是非常少量的例如固溶体相(可能在图2的显微照片的浅色区域)，但图2所示的微观结构形态几乎完全(即，约100体积％)是共晶反应相。这些共晶反应相具有层状形态并均匀分布。
在一些实施方式中，J95合金的微观结构没有或几乎没有初生碳化物相，例如，在一些实施方式中，J95合金的微观结构含有小于约2体积％的初生碳化物相，如小于约1体积％，或小于约0.5体积％，或小于约0.1体积％，或没有初生碳化物相(即，含有0体积％的初生碳化物相)。在一些实施方式中，J95合金的微观结构是几乎没有或没有镍固溶体相，例如，在一些实施方式中，J95合金含有小于约2体积％的镍固溶体相，例如小于约1体积％，或小于约0.5体积％，或小于约0.1体积％，或没有镍固溶体相(即，含有0体积％镍固溶体相)。在一优选的实施方式中，J95合金微观结构既不含初生碳化物相，也不含镍固溶体相，也就是说，在一些实施方式中，J95合金不含有可检测的初生碳化物相并且不含有可检测的镍固溶体相。用于阀座嵌件应用的一些镍合金使用初生碳化物相或镍固溶体相，以获得合乎期望的性能，例如耐磨性、硬度、机械加工性、或低线性膨胀系数，在J95合金中，不要求初生碳化物相和镍固溶体相来获得这些理想的性能。也就是说，在一些实施方式中，J95合金不含或几乎不含(即，小于2体积％)初生碳化物相和镍固溶体相，同时仍获得对于阀座嵌件的应用所希望有的性能，如可铸造性、机械加工性、韧性、硬度、压缩屈服强度、极限拉伸断裂强度、耐磨性和导热性。
在一些实施方式中，所述J95合金可具有高水平的硬度。例如，在一些实施方式中，J95合金可具有大于约45HRc的铸态总体硬度(bulkhardness)，如大于约50HRc，或大于约55HRc，或约45HRc至约60HRc，或约50HRc至约55HRc的铸态总体硬度。
在一些实施方式中，J95合金表现出用于阀座嵌件应用中的令人满意的韧性。例如，在一些实施方式中，由J95合金制造的阀座嵌件可以具有约0.3至约0.8(x8.33ft-lb)的断裂韧性，或大于约0.4(x8.33ft-lb)的断裂韧性，例如约0.4至约0.7(x8.33ft-lb)的断裂韧性。
在一些实施方式中，J95合金具有高的极限拉伸强度和压缩屈服强度，也就是说，J95合金具有适合用于阀座嵌件应用中的极限拉伸强度和压缩屈服强度。在一般情况下，较高的极限拉伸强度对应于较高的嵌件抗开裂性，而较高的压缩屈服强度对应于较高的阀座嵌件保持能力和阀门/阀座嵌件座面的变形退缩(即，变形磨损)。此外，具有较高的压缩屈服强度的材料可以有利地在用于阀座嵌件的薄壁构思中使用。在一些实施方式中，J95合金在约室温(77°F)至约1000°F的温度下具有大于约100ksi的压缩屈服强度，如大于约110ksi，或大于约120ksi，或大于约130ksi的压缩屈服强度。例如，在一些实施方式中，在室温下，合金的压缩屈服强度大于约130ksi。在一些实施方式中，在约75°F(室温)至约600°F的温度下，J95合金的极限拉伸断裂强度大于约30ksi，例如约40至约70ksi。例如，在一些实施方式中，J95合金的极限拉伸断裂强度在77°F时大于约60ksi。
在一些实施方式中，J95合金具有适合用于阀座嵌件应用中的高导热率。阀座嵌件材料的导热率会影响其性能，具有高导热率的阀座嵌件材料可以更有效地将热从发动机阀门转移走以防止过热。在一些实施方式中，J95合金在约室温至约700℃的温度下具有约8至约22W/mK的导热率，例如约10至约20W/mK的导热率。
在一些实施方式中，所述J95合金可以具有适合于在阀座嵌件应用中使用的线性热膨胀系数。例如，在一些实施方式中，J95合金具有约11×10-6mm/mm℃至约17×10-6mm/mm℃的线性热膨胀系数。
在一些实施方式中，J95合金含有合适数量的碳，这有助于该合金的硬度。例如，在一些实施方式中，J95合金包含约0.7重量％至约2重量％的碳，例如约1重量％至约1.9重量％的碳，或约1.1重量％至约1.8重量％的碳，或者约1.3重量％至约1.7重量％的碳。
在一些实施方式中，合适数量的铬改善了J95合金的耐腐蚀性。在一些实施方式中，J95合金包含约25重量％至约36重量％的铬，如约26重量％至约33重量％，或约28.5重量％至约33重量％的铬。
在一些实施方式中，在J95合金中存在含量范围从约12重量％至约20重量％的钨，例如约13重量％至约18重量％，或约14.5重量％至约16.5重量％的钨。
在一些实施方式中，在J95合金中存在含量范围从3.5重量％至约10重量％的铁，例如约4重量％至约9重量％，或约5重量％至约8.5重量％的铁。
在一些实施方式中，J95合金包含含量从约5重量％至约12重量％的钼，例如约6重量％至约11重量％，或约6.5重量％至约10重量％，或约7重量％至约9重量％的钼。
在一些实施方式中，在J95合金中可以添加或存在含量高达约1.5重量％的锰，例如高达约0.6重量％，或者高达约0.5重量％，或高达约0.4重量％，或高达约0.2重量％的锰。例如，在一些实施方式中，J95合金可以存在含量范围从0重量％至约1.5重量％的锰，例如约0.1重量％至约0.6重量％的锰。
在一些实施方式中，在J95合金中可以添加或存在，例如，高达约1.5重量％的硅，例如高达约0.7重量％，或高达约0.5重量％，或高达约0.3重量％的硅。例如，在一些实施方式中，J95合金可包含从0重量％至约1.5重量％的硅，例如约0.1重量％至约0.7重量％的硅。
在一些实施方式中，J95合金可以包含钴。例如，在一些实施方式中，在J95合金中可添加或存在含量高达约1.5重量％的钴，例如高达约0.7重量％，或高达约0.06重量％，或高达约0.5重量％，或高达约0.3重量％的钴。例如，在一些实施方式中，J95合金可包含含量从0％至约1.5重量％的钴，例如约0.05重量％至约0.8重量％，或约0.1重量％至约0.6重量％的钴。
实施例
下文所述的实施例举例说明了可用于实施本发明的实施方式的不同的组成和条件。所有部分和比例均以重量计，除非另有说明。然而，将显而易见的是，所述实施方式可使用许多类型的组成实施，并且可具有根据上述公开和下文所指出的许多用途。
通过改变多种实验合金的组成探讨了组成变化的影响。实验加热物1-11的组成阐述于表1中。为了比较的目的，还提供了J89合金和J91合金组合物。J95合金的性能在下面讨论。术语“剩余物”指的是存在于合金中的极少量的另外的元素，这些另外的元素的重量百分比之和构成合金的剩余重量百分比(即，剩余物的wt.％＝100％-(∑aiwt.％)；其中Σai为所列出的所有元素的重量百分比的总和，而ai为元素列表中的单个元素的wt.％)。
表1:试验加热物的组成
如上述表中所示，将J95合金加热物(即，试验加热物1-8)与J89和J91合金区分的合金元素是碳、钼和铬。
实施例1：嵌件韧性评估
J95合金的样品(实验加热物2-7)也被铸成具有相同样品几何形状的阀座嵌件。铸态阀座嵌件在环境条件下进行径向压碎测试，以评估韧性。根据修订版的MetalPowderIndustryFederationStandard55(判定粉末冶金试样径向压碎强度)对压碎试验进行评估。在径向方向上将压缩负荷施加在每个阀座嵌件。当样品受压时，样品在力的作用下变形。每个样品连续受压并且变形量增大，直到样品破裂。施加在破裂的样品上的力与材料、样品的几何形状、温度和应变速率是函数关系。从径向压碎测试所得的在破裂时的峰值力和变形总结于表2中。
表2:嵌件径向压碎测试结果
L.E.Jones嵌件韧度指数采用下列公式计算：
L.E.Jones嵌件韧性指数＝(在破裂时的力×总变形)/100
力的单位是磅，总变形的单位是英寸，因此，该指数单位为8.33英尺-磅(ft-lb)。
嵌件断裂韧性可能会影响所希望的嵌件性能，以及嵌件的加工过程。例如，对于某些合金，如果应用积极的设计(即，薄壁特征几何形状)，则磨削响应会是显著的挑战。如表2所示，各样品的嵌件断裂韧性是在0.438到0.625(×8.33ft-lb)的范围内。因此，对于阀座嵌件应用，被测试的阀座嵌件展示出令人满意的嵌件断裂韧性。
进行线性回归分析来分析J95合金的总体硬度(HRc)与5种主要合金元素(即，碳、铬、钼、钨和铁)的函数关系。铸态(as-cast)总体硬度的回归结果可以由等式(1)来定义：
Has-cast＝-27.5+0.637C+0.681Cr+1.57Mo+2.24W+2.58Fe(1)
当研究各种元素对于总体HRc的相对影响时，每种元素的相对影响是系数和元素含量(重量百分比)的乘积。如等式1所示，所有五种主要的合金元素对总体硬度显示积极的影响。因此，在所研究的合金元素范围内的碳、铬、钼、钨和铁的增加将增大合金的铸态总体硬度。图3示出了所测得的总体硬度和使用等式(1)计算出的总体硬度之间的相关性。在所评估的合金元素范围内，观察到了非常良好的相关性，具有R2＝1的回归参数。在所评估的合金***内，获得预测的铸态硬度和测得的铸态硬度之间的合理的线性关系。此外，在经历了1800°F下的热暴露时，预期J95合金没有总体硬度变化。
还进行线性回归分析来分析J95合金的嵌件铸态的断裂韧性与五种主要合金元素的函数关系。铸态破裂韧性的回归结果可以由等式(2)定义(其中所有合金元素应用重量百分比)：
Ias-cast＝-7.21+0.268C+0.296Cr+0.0789Mo–0.120W–0.0234Fe(2)
如等式(2)所示，碳、铬和钼对嵌件断裂韧性有积极的影响，而钨和铁对嵌件韧性有负面影响。因此，在所评估的J95合金***范围内，增加碳、铬或钼，或减少钨或铁，将提高嵌件破裂韧性。
图4示出了所测得的嵌件破裂韧性和用等式(2)计算得到的嵌件断裂韧性之间的关系。在进行评估的合金元素的范围内，观察到很好的相关性，具有R2＝1的回归参数。研究结果还表明，在所评估的合金***内，获得预测的径向挤压韧性和测得的径向挤压韧性之间合理的线性关系。
实施例2：压缩屈服强度和拉伸断裂强度
评估J95合金(试验加热物8)、J89合金和合金J91的样品，以根据ASTME209-89A(2000)(在常规或快速加热率及应变率的情况下，在高温下金属材料的压缩测试的标准操作规程)确定压缩屈服强度。
所测试的J89和J91合金的组成列于表3中。
表3:J89和J91合金的组成
压缩测试结果的结果列于表4中，J95合金、J89合金和J91合金的压缩屈服强度与温度的函数关系的图形比较显示在图5中。
表4:J89、J91、和J95的压缩屈服强度
压缩屈服强度是阀座嵌件应用的关于阀座嵌件保持能力和阀门/阀座嵌件变形磨损方面的关键材料性能中的一种。在一般情况下，较高的压缩屈服强度对于阀座嵌件应用是优选的。具有较高的压缩屈服强度的材料对于阀座嵌件的薄壁构思会是有益的，在发动机设计中，阀座嵌件的薄壁构思是最近的趋势。如在表4中所示，在所应用的温度范围内，J95合金的压缩屈服强度与J89合金的压缩屈服强度大致相同。在所应用的试验温度范围内，合金J95与合金J89和J91相比显示整体的较高的压缩屈服强度(1000℃除外)。
J95合金不包含初生碳化物，但它仍与J89合金具有相同的压缩屈服强度，J89合金包含共晶基体(matrix)相与初生碳化物。不受任何特定理论的约束，相信，J95合金具有如此高的压缩屈服强度，因为其包含精细的共晶反应相，而J89基体包含显著较大的共晶反应相。因此，在J95合金中的初生碳化物的微观结构的设计提供较好的整体耐磨性并且有助于改善加工性和铸造性。
J95合金也采用ASTME8-04(2004)(金属材料拉伸试验的标准测试方法)和ASTME21-05(极限拉伸断裂强度的标准测试方法)评估高达1200°F的温度的拉伸强度。该试验的结果总结在表5中，并且示于图6中。
表5:J89、J91和J95的极限拉伸断裂强度
如表5和图6所示，J95合金与J89合金表现出类似的拉伸断裂强度。因此，对于阀座嵌件应用，J95合金应该有足够的拉伸强度。
实施例3：扫描电镜检查
图7是表示在铸态条件下的J95合金(试验加热物8)的背散射电子图像的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。如图7所示，利用z对比度显微照片，显示出J95合金的精细共晶微观结构的形态。元素分离图案比典型的高合金铸件显著减弱。
能量色散X射线谱(EDS)分析在三个位置(晶粒内位置A、胞间位置B和晶粒内位置C)进行，以半定量限定每个区域的组成。这种半定量EDS分析结果表明，位置A和位置B或位置C之间的主要组成差异是碳和钼含量。也就是说，在位置A中的碳含量是位置B或位置C的碳含量的两倍，而在位置B和C中的钼含量是位置A的钼含量的两倍。结果表明，没有初生碳化物的形成。另外，共晶结构(主要是层状形式)均匀地分布。
相比而言，图8和图9分别示出了J89合金和J91合金的典型微观结构形态。J89合金和J91合金样品的组成列于表6中：
表6:J89和J91合金的元素含量
J89合金是含有通过表现出杆形或H形形态的初生碳化物加强的共晶基体的镍-铬-钨合金。J91合金是包含固溶体强化Ni相和共晶凝固结构(即，约50体积％的共晶相和50体积％镍固溶体相，无初生碳化物)的Ni-Cr-W-Mo合金。
实施例4：导热性
阀座嵌件材料的导热率会影响它们的性能。具有高导热率的阀座嵌件材料是合乎期望的，因为它可以有效地将热量传递远离发动机阀门，以防止过热。该J95合金的导热率按照ASTME1461-01(通过闪光法进行的固体的热扩散率的标准测试方法)测量。
在NETZSCHLFA457MicroFlashTM***中对盘状样品进行测量，该盘状样品具有0.5”的直径、0.079”的厚度以及具有50微英寸或更小的表面粗糙度。在高温炉中，样品对准在钕玻璃激光器(1.06mm波长，330毫秒脉冲宽度)和锑化铟(InSb)红外探测器之间。在测量过程中，样品在试验温度下是稳定的，然后使用激光脉冲对样品的一个表面加热。由红外装置测量相反表面的温度上升。
为了比较的目的，J89和J91合金的样品也进行了评估。所评估的合金的组成列于表7：
表7:试验合金组成
J95合金的导热性(试验加热物8)和该J89和J91合金的导热性之间的比较在表8中提供。
表8:导热性测量结果
如表8所示，相比于J89和J91合金，J95合金有稍微较低的导热率。不受任何特定理论的约束，相信，在J95和J89或J91之间的导热率差异最有可能与它们的组成和微观结构的差异相关。
实施例5：热膨胀和收缩性能
J95合金(试验加热物8)的样品用于研究J95合金的热膨胀和收缩行为。为了比较的目的，还测量了J89合金(加热物序号4E18D)和J91合金(加热物7G10XA)的样品的热膨胀系数。所评估的合金的组成列于表9中。
表9:J89和J91合金的组成
线性热膨胀系数的测定结果列于表10：
表10:合金J89、J91和J95的热膨胀系数性能
如表10所示，相比于J89和J91合金，J95合金具有不同的线性热膨胀系数。不受任何特定理论的约束，相信，热膨胀性能的差异与合金的微观结构差异相关。J95合金适合用于阀座嵌件应用中。
本领域技术人员将理解的是，本发明可以以其他特定形式来实现而不脱离其精神或基本特征。因此，本发明公开的实施方式被认为在所有方面是说明性的而不是限制。本发明的范围由所附权利要求而非前面的描述表示并且其含义和范围以及等同物内的所有改变将被包含于其中。

Claims (20)

1.一种基于镍的合金，其包含以重量％计的：
约0.7％至约2％的碳；
高达约1.5％的锰；
高达约1.5％的硅；
约25％至约36％的铬；
约5％至约12％的钼；
约12％至约20％的钨；
高达约1.5％的钴；
约3.5％至约10％的铁；
约20％至约55％的镍；和
附带的杂质。
2.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其包含：
约1％至约1.9％的碳；
高达约0.6％的锰；
高达约0.7％的硅；
约26％至约33％的铬；
约6.5％至约10％的钼；
约14.5％至约16.5％的钨；
高达约0.6％的钴；
约5％至约8.5％的铁；
约29％至约44％的镍；和
附带的杂质。
3.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其包含：
约1.1％至约1.8％的碳；
约0.1％至约0.6％的锰；
约0.1％至约0.7％的硅；
约28.5％至约33％的铬；
约7％至约9％的钼；
约14.5％至约16.5％的钨；
高达约0.6％的钴；
约5％至约8.5％的铁；
约29％至约44％的镍；和
附带的杂质。
4.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其中所述基于镍的合金具有包含至少约95体积％的量的共晶相的微观结构。
5.根据权利要求4所述的基于镍的合金，其中所述共晶相具有层状的形态。
6.根据权利要求4所述的基于镍的合金，其中所述共晶相在所述微观结构中是均匀地分布的。
7.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其中所述基于镍的合金具有基本上由共晶相组成的微观结构。
8.根据权利要求1基于镍的合金，其中所述基于镍的合金具有不含初生碳化物相的微观结构。
9.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其中所述基于镍的合金具有不含镍固溶体相的微观结构。
10.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其中所述基于镍的合金在约75°F至约1000°F的温度下具有至少约100ksi的压缩屈服强度。
11.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其中所述基于镍的合金在从约77°F至约600°F的温度下具有从约40ksi至约70ksi的极限拉伸断裂强度，其中，所述极限拉伸断裂强度在约77°F的温度下大于约60ksi。
12.根据权利要求1所述的基于镍的合金，其中所述基于镍的合金具有大于约45HRc的铸态总体硬度。
13.一种用于内燃发动机的部件，其包含根据权利要求1所述的基于镍的合金。
14.一种基于镍的合金，其基本上由以重量％计的，
约0.7％至约2％的碳；
高达约1.5％的锰；
高达约1.5％的硅；
约25％至约36％的铬；
约5％至约12％的钼；
约12％至约20％的钨；
高达约1.5重量％的钴；
约3.5％至约10％的铁；
约20％至约55％的镍；和
附带的杂质组成。
15.根据权利要求14所述的基于镍的合金，其中所述基于镍的合金具有基本上由共晶相组成的微观结构。
16.一种用于内燃发动机的阀座嵌件，其中，所述阀座嵌件由基于镍的合金制成，所述基于镍的合金含有以重量％计的，
约0.7％至约2％的碳；
高达约1.5％的锰；
高达约1.5％的硅；
约25％至约36％的铬；
约5％至约12％的钼；
约12％至约20％的钨；
高达约1.5重量％的钴；
约3.5％至约10％的铁；
约20％至约55％的镍；和
附带的杂质。
17.根据权利要求16所述的阀座嵌件，其中，所述阀座嵌件是铸件形式。
18.一种制造根据权利要求16所述的阀座嵌件的方法，所述方法包含铸造所述基于镍的合金并加工基于镍的合金工件。
19.一种制造内燃发动机的方法，该方法包含将根据权利要求16所述的阀座嵌件嵌入所述内燃发动机的气缸盖。
20.根据权利要求16所述的阀座嵌件，其中，所述阀座嵌件具有从约0.35x8.33ft-lb至约0.7x8.33ft-lb的嵌件断裂韧性指数。
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