苏州华旷冶金科技有限公司
第5年
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第5年
来源：苏州华旷冶金科技有限公司 时间：2025-03-25 13:52:14 [举报]
内燃机气阀钢是一类用于制造内燃机气阀的重要材料，需要具备多种优良的性能。
高温强度和蠕变性能
内燃机在工作时，气阀处于高温环境，尤其是在排气阀侧，温度较高。气阀钢需要有足够的高温强度来承受气体压力和热应力，防止气阀变形。例如，在一些的内燃机中，排气阀温度可达到800℃以上，气阀钢在这样的高温下保持一定的强度。
蠕变性能也是关键指标之一。在长期的高温作用下，气阀钢不能出现过量的蠕变变形，以确保气阀的密封性和正常工作。否则，气阀与阀座之间的配合会出现问题，影响内燃机的压缩比和功率输出。
耐热疲劳性能
内燃机在工作过程中，气阀不断地开启和关闭，经历着反复的温度变化。这种交变的温度载荷会导致材料产生热疲劳。气阀钢需要有良好的耐热疲劳性能，能够承受这种频繁的温度变化而不产生裂纹或损坏。例如，在一些高负荷的内燃机车发动机中，气阀每分钟可能需要开闭数百次，对气阀钢的耐热疲劳性能要求。
耐腐蚀性能
内燃机燃烧过程中会产生一些腐蚀性气体，如二氧化硫、水蒸气等。气阀钢需要具备良好的耐腐蚀性，以防止这些气体对气阀表面产生腐蚀，从而延长气阀的使用寿命。特别是在一些使用含硫量较高的燃料的内燃机中，气阀钢的耐腐蚀性尤为重要。
耐磨性能
气阀与阀座之间在开启和关闭过程中会产生摩擦，所以气阀钢需要有较好的耐磨性能，以减少磨损，气阀的密封性。如果耐磨性能不好，会导致气阀与阀座之间的间隙增大，影响内燃机的性能。
抗氧化性能
在高温环境下，气阀钢容易与空气中的氧气发生氧化反应。良好的抗氧化性能可以气阀钢表面形成稳定的氧化膜，防止氧原子进一步向内部扩散，从而保护材料内部结构，延长气阀的使用寿命。
二、常用材质
马氏体耐热钢
这是目前应用广泛的内燃机气阀钢类型之一。典型的马氏体耐热钢有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等。它们具有较好的高温强度和蠕变性能，通过淬火和回火处理可以获得马氏体组织，从而提高硬度和耐磨性。其中，铬（Cr）元素可以提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，硅（Si）元素有助于提高钢的高温强度。
这类钢在工作温度不超过700℃的内燃机中应用较多，如一些小型汽车发动机、摩托车发动机等。
奥氏体耐热钢
奥氏体耐热钢含有较高的铬和镍（Ni）成分，如常见的309S、310S等不锈钢也属于奥氏体耐热钢范畴。它们的高温组织为奥氏体，具有良好的高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性。
由于奥氏体耐热钢的成本相对较高，一般用于对性能要求较高的内燃机，如大型船舶发动机、发电机组等。其工作温度可以在800℃左右，能够满足一些高负荷、高温度环境下的使用要求。
沉淀硬化型耐热钢
以631（17 - 7PH）钢为代表，这类钢在固溶处理后形成奥氏体组织，经过时效处理后，会析出金属间化合物等沉淀相，从而使钢的强度和硬度大幅提高。沉淀硬化型耐热钢具有较好的综合性能，在高温强度、蠕变性能和耐腐蚀性方面都有不错的表现。
主要用于一些的内燃机，特别是航空航天发动机等对材料性能要求苛刻的领域。其工作温度可以根据具体的合金成分和热处理工艺进行调整，一般可在600 - 800℃之间。
三、制造工艺
熔炼
气阀钢的熔炼通常采用电弧炉或感应炉。在熔炼过程中，要严格控制化学成分，确保各种合金元素的含量符合标准要求。例如，对于马氏体耐热钢，要控制铬、硅、碳（C）等元素的比例。同时，还需要去除钢水中的杂质和有害气体，如氧、氢、氮等。
热加工
热加工包括锻造和轧制等工艺。通过锻造可以改善钢的组织结构，提高其力学性能。锻造后的钢坯再经过轧制，可以使其尺寸精度达到要求。在热加工过程中，要注意控制加热温度、轧制速度和压下量等参数，以防止出现裂纹等缺陷。
热处理
热处理是气阀钢制造过程中的关键环节。对于马氏体耐热钢，通常采用淬火 + 回火的处理方式。淬火可以使钢获得马氏体组织，提高硬度，但淬火后钢的内部存在较大的内应力，需要通过回火来消除。回火温度一般在500 - 700℃之间，根据具体的性能要求进行调整。
对于奥氏体耐热钢和沉淀硬化型耐热钢，热处理工艺有所不同。奥氏体耐热钢可能需要进行固溶处理和稳定化处理，以获得佳的组织结构和性能；沉淀硬化型耐热钢则需要进行固溶处理和时效处理，通过时效处理使沉淀相析出，从而提高钢的强度和硬度。
机加工
热处理后的气阀钢需要进行机加工，制成气阀的形状和尺寸。机加工包括车削、磨削、铣削等多种工序。在机加工过程中，要气阀的尺寸精度和表面粗糙度符合设计要求。例如，气阀的密封面需要经过精细的磨削加工，以确保其与阀座的良好配合。
四、应用领域
汽车发动机
无论是传统的燃油汽车还是新能源汽车中的增程器等部件，都需要用到内燃机气阀钢。在汽车发动机中，气阀钢主要用于制造进气阀和排气阀。随着汽车发动机技术的发展，对气阀钢的性能要求也在不断提高。例如，为了提高汽车的燃油经济性和动力性能，现代汽车发动机的工作温度和压力不断提高，这就需要性能更好的气阀钢来满足需求。
船舶发动机
船舶发动机的功率较大，工作环境更为恶劣，对气阀钢的性能要求更高。船用内燃机气阀钢需要具备更高的高温强度、蠕变性能和耐腐蚀性能。因为船舶发动机需要长时间在海上运行，受到海水腐蚀和高温、高压环境的双重影响。
工业内燃机
如发电机组、工程机械等使用的内燃机也需要用到气阀钢。在这些应用场景中，气阀钢的性能直接影响到设备的可靠性和使用寿命。例如，在发电机组中，气阀钢的质量和性能决定了发电设备的稳定性和效率。按组织类型：气阀钢分为马氏体型和奥氏体型。
按化学成分：气阀钢可分为碳素钢、不锈钢、高温合金钢等。
按制造工艺：气阀钢可分为铸造成型、锻造成型、焊接成型等。
按用途：气阀钢可分为通用气阀钢、耐腐蚀气阀钢、高温气阀钢、低温气阀钢等。
应用领域气阀钢起源发源
汽车和内燃机工业的发展，推动了阀门钢的开发，早的阀门钢是20世纪20年代的0.4C-12Cr钢。1930年开始使用8.5Cr-3Si钢。1942年英国列入标准中的牌号为En52。稍后法国提出了10Cr-2Si-1Mo钢。这样就形成了以Cr-Si为主的马氏体型阀门钢。这种钢在650℃以下有良好的热强性和抗氧化性，且较经济，各国还广泛用于低负荷的排气阀门和中负荷的进气阀门。我国标准中的牌号为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo。增加碳含量并加入镍、钼、钨、钒等可提高耐热性，发展为高碳马氏体型耐热钢，碳含量高达0.80%～0.85%，如X80CrSiNi20（XB）、X85CrMoV193、X80CrSiMoW152等。我国研制了新钢种MF811。
中、高负荷的排气阀-般采用奥氏体型阀门钢。早使用的是高碳18Cr-8Ni奥氏体钢。为了提高钢的热强性添加了钨、钼，并相应提高了镍的含量，如X45CrNiW189、14Cr-14Ni-2W-1Mo钢。在21Cr-12Ni钢中加入0.2%N进一步稳定了奥氏体并增加了钢的硬度和延缓了碳化物的集聚。用锰代替Cr-Ni钢中的镍始于1945年。1950年Jenmings发现硅含量小于0.25%显著提高了抗氧化铅腐蚀的能力。1952年美国发明了低硅的21Cr-9Mn-4Ni-N钢（21-4N)，与21Cr-12NiN、14Cr-14Ni-2W-Mo相比，性能较经济，在汽油机排气阀门仁迅速得到广泛应用。在21-4N钢某础上添加硫改善切削性能形成了21-4NS。添加铌、钼、钨和钒，提高了高温强度、疲劳强度和耐磨性，开发了21-4WNbN，X60CrMnMoVNbN2110钢。21-4N钢硅低氮高，生产难度大，对其成分进行调整，成为21-2N，这种钢用于轻负荷排气阀更为经济。23-8N是用于柴汕机排气阀门较经济的材料，性能优于21-12N和14Cr-14Ni-2W-Mo钢，工艺性能也优于21-4N钢。美国还致力于改善阀门钢的高温疲劳强度和抗腐蚀、耐磨性的研究，开发了汽油机、柴油机两用的新型排气阀门材料VMS513，在高温下的疲劳强度比21-4N高40% 。热强性：内燃机阀门在工作过程中，尤其是排气阀，会面临高温环境，因此阀门钢需要具备足够的热强性，即在高温下保持较高的强度和稳定性。
耐腐蚀性：由于阀门直接暴露于燃气中，会受到燃气中的腐蚀性成分侵蚀，因此阀门钢需要具有良好的耐腐蚀性。
抗氧化性：高温下的氧化会导致阀门材料性能下降，因此阀门钢需要具备良好的抗氧化性，以防止氧化腐蚀。
耐磨性：阀门在开启和关闭过程中会与阀座发生摩擦，因此需要具备良好的耐磨性以减少磨损。
抗冲击性：阀门在工作过程中会受到气流冲击力和机械应力的作用，因此需要具备良好的抗冲击性以抵抗冲击疲劳。
分类5Cr21Mn9Ni4N气阀用耐热钢是奥氏体型耐热钢，具有良好的抗氧化性和抗燃气腐蚀性，高温力学性能较好。用于制造经受高强度为主的汽油及柴油机用的排气阀。
特性及适用范围：5Cr21Mn9Ni4N5Cr21Mn9Ni4N为奥氏体型耐热钢，具有良好的抗氧化性和抗燃气腐蚀性，高温力学性能较好。5Cr21Mn9Ni4N耐热钢用于制造经受高强度为主的汽油及柴油机用的排气阀，工作温度750℃左右的汽车发动机、柴油机的排气阀门。
标签：汽车零部件材料,精炼固溶气阀钢,气阀钢牌号,内燃机气阀用钢
