內(nèi)燃機(jī)氣閥鋼是一類用于制造內(nèi)燃機(jī)氣閥的重要材料，需要具備多種優(yōu)良的性能。


高溫強(qiáng)度和蠕變性能
內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)，氣閥處于高溫環(huán)境，尤其是在排氣閥側(cè)，溫度較高。氣閥鋼需要有足夠的高溫強(qiáng)度來(lái)承受氣體壓力和熱應(yīng)力，防止氣閥變形。例如，在一些的內(nèi)燃機(jī)中，排氣閥溫度可達(dá)到800℃以上，氣閥鋼在這樣的高溫下保持一定的強(qiáng)度。
蠕變性能也是關(guān)鍵指標(biāo)之一。在長(zhǎng)期的高溫作用下，氣閥鋼不能出現(xiàn)過(guò)量的蠕變變形，以確保氣閥的密封性和正常工作。否則，氣閥與閥座之間的配合會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，影響內(nèi)燃機(jī)的壓縮比和功率輸出。
耐熱疲勞性能
內(nèi)燃機(jī)在工作過(guò)程中，氣閥不斷地開(kāi)啟和關(guān)閉，經(jīng)歷著反復(fù)的溫度變化。這種交變的溫度載荷會(huì)導(dǎo)致材料產(chǎn)生熱疲勞。氣閥鋼需要有良好的耐熱疲勞性能，能夠承受這種頻繁的溫度變化而不產(chǎn)生裂紋或損壞。例如，在一些高負(fù)荷的內(nèi)燃機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣閥每分鐘可能需要開(kāi)閉數(shù)百次，對(duì)氣閥鋼的耐熱疲勞性能要求。
耐腐蝕性能
內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些腐蝕性氣體，如二氧化硫、水蒸氣等。氣閥鋼需要具備良好的耐腐蝕性，以防止這些氣體對(duì)氣閥表面產(chǎn)生腐蝕，從而延長(zhǎng)氣閥的使用壽命。特別是在一些使用含硫量較高的燃料的內(nèi)燃機(jī)中，氣閥鋼的耐腐蝕性尤為重要。
耐磨性能
氣閥與閥座之間在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生摩擦，所以氣閥鋼需要有較好的耐磨性能，以減少磨損，氣閥的密封性。如果耐磨性能不好，會(huì)導(dǎo)致氣閥與閥座之間的間隙增大，影響內(nèi)燃機(jī)的性能。
抗氧化性能
在高溫環(huán)境下，氣閥鋼容易與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。良好的抗氧化性能可以氣閥鋼表面形成穩(wěn)定的氧化膜，防止氧原子進(jìn)一步向內(nèi)部擴(kuò)散，從而保護(hù)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)氣閥的使用壽命。


二、常用材質(zhì)
馬氏體耐熱鋼
這是目前應(yīng)用廣泛的內(nèi)燃機(jī)氣閥鋼類型之一。典型的馬氏體耐熱鋼有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等。它們具有較好的高溫強(qiáng)度和蠕變性能，通過(guò)淬火和回火處理可以獲得馬氏體組織，從而提高硬度和耐磨性。其中，鉻（Cr）元素可以提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，硅（Si）元素有助于提高鋼的高溫強(qiáng)度。
這類鋼在工作溫度不超過(guò)700℃的內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用較多，如一些小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)等。
奧氏體耐熱鋼
奧氏體耐熱鋼含有較高的鉻和鎳（Ni）成分，如常見(jiàn)的309S、310S等不銹鋼也屬于奧氏體耐熱鋼范疇。它們的高溫組織為奧氏體，具有良好的高溫強(qiáng)度、抗氧化性和耐腐蝕性。
由于奧氏體耐熱鋼的成本相對(duì)較高，一般用于對(duì)性能要求較高的內(nèi)燃機(jī)，如大型船舶發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組等。其工作溫度可以在800℃左右，能夠滿足一些高負(fù)荷、高溫度環(huán)境下的使用要求。
沉淀硬化型耐熱鋼
以631（17 - 7PH）鋼為代表，這類鋼在固溶處理后形成奧氏體組織，經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，會(huì)析出金屬間化合物等沉淀相，從而使鋼的強(qiáng)度和硬度大幅提高。沉淀硬化型耐熱鋼具有較好的綜合性能，在高溫強(qiáng)度、蠕變性能和耐腐蝕性方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。
主要用于一些的內(nèi)燃機(jī)，特別是航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)等對(duì)材料性能要求苛刻的領(lǐng)域。其工作溫度可以根據(jù)具體的合金成分和熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整，一般可在600 - 800℃之間。


三、制造工藝
熔煉
氣閥鋼的熔煉通常采用電弧爐或感應(yīng)爐。在熔煉過(guò)程中，要嚴(yán)格控制化學(xué)成分，確保各種合金元素的含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。例如，對(duì)于馬氏體耐熱鋼，要控制鉻、硅、碳（C）等元素的比例。同時(shí)，還需要去除鋼水中的雜質(zhì)和有害氣體，如氧、氫、氮等。
熱加工
熱加工包括鍛造和軋制等工藝。通過(guò)鍛造可以改善鋼的組織結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能。鍛造后的鋼坯再經(jīng)過(guò)軋制，可以使其尺寸精度達(dá)到要求。在熱加工過(guò)程中，要注意控制加熱溫度、軋制速度和壓下量等參數(shù)，以防止出現(xiàn)裂紋等缺陷。
熱處理
熱處理是氣閥鋼制造過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于馬氏體耐熱鋼，通常采用淬火 + 回火的處理方式。淬火可以使鋼獲得馬氏體組織，提高硬度，但淬火后鋼的內(nèi)部存在較大的內(nèi)應(yīng)力，需要通過(guò)回火來(lái)消除。回火溫度一般在500 - 700℃之間，根據(jù)具體的性能要求進(jìn)行調(diào)整。
對(duì)于奧氏體耐熱鋼和沉淀硬化型耐熱鋼，熱處理工藝有所不同。奧氏體耐熱鋼可能需要進(jìn)行固溶處理和穩(wěn)定化處理，以獲得佳的組織結(jié)構(gòu)和性能；沉淀硬化型耐熱鋼則需要進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理，通過(guò)時(shí)效處理使沉淀相析出，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度。
機(jī)加工
熱處理后的氣閥鋼需要進(jìn)行機(jī)加工，制成氣閥的形狀和尺寸。機(jī)加工包括車削、磨削、銑削等多種工序。在機(jī)加工過(guò)程中，要?dú)忾y的尺寸精度和表面粗糙度符合設(shè)計(jì)要求。例如，氣閥的密封面需要經(jīng)過(guò)精細(xì)的磨削加工，以確保其與閥座的良好配合。


四、應(yīng)用領(lǐng)域
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)
無(wú)論是傳統(tǒng)的燃油汽車還是新能源汽車中的增程器等部件，都需要用到內(nèi)燃機(jī)氣閥鋼。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣閥鋼主要用于制造進(jìn)氣閥和排氣閥。隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)氣閥鋼的性能要求也在不斷提高。例如，為了提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度和壓力不斷提高，這就需要性能更好的氣閥鋼來(lái)滿足需求。
船舶發(fā)動(dòng)機(jī)
船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的功率較大，工作環(huán)境更為惡劣，對(duì)氣閥鋼的性能要求更高。船用內(nèi)燃機(jī)氣閥鋼需要具備更高的高溫強(qiáng)度、蠕變性能和耐腐蝕性能。因?yàn)榇鞍l(fā)動(dòng)機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間在海上運(yùn)行，受到海水腐蝕和高溫、高壓環(huán)境的雙重影響。
工業(yè)內(nèi)燃機(jī)
如發(fā)電機(jī)組、工程機(jī)械等使用的內(nèi)燃機(jī)也需要用到氣閥鋼。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，氣閥鋼的性能直接影響到設(shè)備的可靠性和使用壽命。例如，在發(fā)電機(jī)組中，氣閥鋼的質(zhì)量和性能決定了發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定性和效率。氣閥鋼是一種用于制造各種閥門的鋼材。
基本定義氣閥鋼起源發(fā)源
汽車和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)了閥門鋼的開(kāi)發(fā)，早的閥門鋼是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)列入標(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)荷的排氣閥門和中負(fù)荷的進(jìn)氣閥門。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的牌號(hào)為4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo。增加碳含量并加入鎳、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鋼。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)一步穩(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材料VMS513，在高溫下的疲勞強(qiáng)度比21-4N高40% 。馬氏體型耐熱鋼：如4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，這類鋼具有較高的熱強(qiáng)性和抗氧化性，適用于低負(fù)荷的排氣閥門和中高負(fù)荷的進(jìn)氣閥門。
奧氏體型耐熱鋼：如5Cr21Mn9Ni4N（21-4N）、4Cr14Ni14W2Mo等，這類鋼具有優(yōu)良的熱強(qiáng)性和抗氧化性，適用于制作重負(fù)荷的排氣閥門。
發(fā)展趨勢(shì)5Cr21Mn9Ni4N氣閥用耐熱鋼是奧氏體型耐熱鋼，具有良好的抗氧化性和抗燃?xì)飧g性，高溫力學(xué)性能較好。用于制造經(jīng)受高強(qiáng)度為主的汽油及柴油機(jī)用的排氣閥。
特性及適用范圍：5Cr21Mn9Ni4N5Cr21Mn9Ni4N為奧氏體型耐熱鋼，具有良好的抗氧化性和抗燃?xì)飧g性，高溫力學(xué)性能較好。5Cr21Mn9Ni4N耐熱鋼用于制造經(jīng)受高強(qiáng)度為主的汽油及柴油機(jī)用的排氣閥，工作溫度750℃左右的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)的排氣閥門。