一種含納米Fe粉末冶金氣門座的制作方法
【專利摘要】一種含納米Fe粉末冶金氣門座，屬于汽車零部件制造【技術(shù)領(lǐng)域】。含納米Fe粉末冶金氣門座，包括以下重量百分比的各組分：碳0.9-2.0，鉻3.0-6.0，鉬2.0-5.0，鎳1.0-2.0，鈷3.0-6.0，納米Fe0.1-0.3，銅12-30，二氟化鈣0.08-0.12，二硫化鉬0.04-0.07，硫化錳0.05-0.08，云母0.1-0.5，硅酸鹽0.3-0.6，氮化硼0.08-0.12，鉛0.08-0.12，余量為鐵。制造方法：基礎(chǔ)粉采用水霧化制備的低合金粉末+配方量的高合金粉末（鉻、鉬、鈷）及納米Fe+配方量的自潤滑性的固體材料（二硫化鉬，硫化錳，云母，硅酸鹽，氮化硼，鉛，石墨），機(jī)械混合40分鐘后，經(jīng)壓制，將燒結(jié)胚置于推焊式燒結(jié)爐，在氨分解氣氛中，溫度在1100-1150℃進(jìn)行燒結(jié)40分鐘。由于鉻、鉬、鈷高合金和納米Fe元素的加入以及采用自潤滑的固體材料，燒結(jié)后強(qiáng)勁的合金基體上，均勻分布的硬質(zhì)相，同時形成了一層堅(jiān)固的、粘著力強(qiáng)的氧化膜，極大地提高了氣門座耐磨性、耐熱性、耐腐蝕以及抗沖擊性。
【專利說明】一種含納米Fe粉末冶金氣門座

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車零部件，具體涉及一種含納米Fe粉末冶金氣門座，將予合金化粉末進(jìn)行壓制，燒結(jié)和機(jī)械加工，制得汽車零部件，屬于汽車零部件冶金制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]氣門座是汽車發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的重要部件，它與氣門組成一對重要密封磨擦付，發(fā)動機(jī)工作時，氣門座受到氣門沖擊，高溫(530?870°C)燃燒氣體的沖刷、腐蝕、以及燃燒產(chǎn)物、空氣中灰塵的磨損，另外還受到熱冷應(yīng)力交替作用，它極易產(chǎn)生變形、燒損，甚至斷裂，因此不但要求氣門座材料耐磨、耐腐蝕、抗高溫，還要求一定徑向壓潰強(qiáng)度。
[0003]發(fā)動機(jī)氣門和氣門座處于嚴(yán)酷的熱力，化學(xué)和機(jī)械力狀況下工作，其承受著高應(yīng)力(發(fā)動機(jī)最高燃燒壓力可達(dá)20MPa)、高工作溫度(氣門頭低平面中心達(dá)870°C)和腐蝕環(huán)境(高溫燃?xì)馇治g、硫化、V205)腐蝕和氧化作用)。
[0004]根據(jù)上述氣門座的工作環(huán)境，為保證其工作可靠性和使用壽命，在不同的工作環(huán)境和不同燃料的情況下，必須盡快開發(fā)研究新材料和新工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種含納米Fe粉末冶金氣門座，使本產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度高，具有很好的耐磨、耐熱、耐腐蝕以及抗沖擊性。
[0006]本發(fā)明的的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種含納米Fe粉末冶金氣門座，化學(xué)成分及其含量為(wt%):碳:0.9-2.0，鉻:3.0-6.0，鑰:2.0-5.0，鎳:1.0_2.0，鈷:
3.0-6.0，納米 Fe: 0.1-0.3，銅:12-30，二氟化鈣:0.08-0.12，二硫化鑰:0.04-0.07，硫化錳:0.05-0.08，云母:0.1-0.5，硅酸鹽:0.3-0.6，氮化硼:0.08-0.12，鉛:
0.08-0.12，石墨 1.0-1.6，余量為鐵。
[0007]優(yōu)選地，所述氣門座包括以下重量百分比的各組分:碳1.0-1.8，鉻3.5-6，鑰
2.5-5.0，鎳 1.3-2.0，鈷 5.5-6.0，納米Fe 0.2-0.3，銅 16.0-26.0，二氟化鈣 0.1-0.12，二硫化鑰 0.05-0.07，硫化錳 0.06-0.08，云母 0.16-0.5，硅酸鹽 0.3-0.6，氮化硼 0.08-0.12，鉛
0.09-0.12，石墨 1.1-1.5，余量為鐵。
[0008]優(yōu)選地，所述碳0.9-1.5，鉻 4.5-6.0，鑰 3.5-5.0，鎳 1.0-1.8，鈷 3.0-5.0，納米 Fe
0.1-0.25，銅 18.0-25.0，二氟化鈣 0.08-0.11，二硫化鑰 0.05-0.07，硫化錳 0.05-0.08，云母 0.2-0.5，硅酸鹽 0.3-0.6，氮化硼 0.08-0.12，鉛 0.1-0.12，石墨 1.0-1.5，余量為鐵。
[0009]上述含納米Fe粉末冶金氣門座的制造方法，基礎(chǔ)粉采用水霧化制備的低合金粉末+幾種配方量的高合金粉末(鉻、鑰、鈷)及納米Fe+配方量的自潤滑性的固體材料(二硫化鑰，硫化錳，云母，硅酸鹽，氮化硼，鉛，石墨)機(jī)械混合40分鐘后，壓制，將燒結(jié)胚局推焊式燒結(jié)爐，在氨分解氣氛中，溫度在1100-1150°C進(jìn)行燒結(jié)40分鐘。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
第一，本發(fā)明通過改進(jìn)高壓水霧化制粉技術(shù)以及合理添加一定含量的鉻、鑰、鈷高合金和納米Fe及自潤滑的材料，通過機(jī)械混合、壓制、燒結(jié)。由于銅溶浸工藝的采用，使氣門座的導(dǎo)熱性、熱強(qiáng)度和耐磨性等物理性質(zhì)和機(jī)械性能得到了顯著的改善；
第二，納米Fe元素加入，可以細(xì)化晶粒，提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，因?yàn)殂~溶浸工藝的采用，其導(dǎo)熱性比現(xiàn)有技術(shù)提高3倍，抗壓強(qiáng)度提高2倍；
第三，本發(fā)明由于碳高、鉻、鑰、鈷和納米Fe容易形成網(wǎng)狀碳化物，這樣，硬的碳化物與在相對軟的基體上鑲嵌著硬質(zhì)點(diǎn)的組織結(jié)構(gòu)，明顯地提高氣門座的耐磨、耐熱、耐腐蝕以及抗沖擊性；
第四，本發(fā)明采用具有自潤滑性的固體材料:氣門座的接觸面在溫度高于300°C后摩擦表面高溫作用下，形成了一層具有堅(jiān)固的、粘著力強(qiáng)的氧化膜，將氣門和氣門座兩者接觸面隔離，由于這樣的氧化膜具有一定的潤滑性，而起了良好的減磨作用；
第五，本發(fā)明在制造時首先將基礎(chǔ)鐵粉采用水霧化制成的低合金粉末配入一定量的鉻、鑰、鈷和納米Fe粉末以及自潤滑材料，由于納米Fe元素的加入和銅溶浸工藝的采用以及采用自潤滑的固體潤滑材料。氣門座①硬度> HRB108 ;②密度> 7.6g/cm3 ;③徑向壓潰強(qiáng)度> 900MPa;燒結(jié)后強(qiáng)勁的合金基體上，均勻分布的硬質(zhì)相，同時形成了一層堅(jiān)固的、粘著力強(qiáng)的氧化膜，極大地提高氣門座的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性及壓潰強(qiáng)度。800小時可靠性試驗(yàn)轉(zhuǎn)速n=2300 r/min，功率206kw，溫度815°C，試驗(yàn)結(jié)果:平均磨損量0.0278mm。

【具體實(shí)施方式】
[0011]一種含納米Fe粉末冶金氣門座，化學(xué)成分及其含量為(Wt%) --碳:0.9-2.0,鉻:
3.0-6.0,鑰:2.0-5.0,鎳:1.0-2.0,鈷:3.0-6.0,納米 Fe: 0.1-0.3,銅:12-30，二氟化鈣:0.08-0.12，二硫化鑰:0.04-0.07，硫化錳:0.05-0.08，云母:0.1-0.5，硅酸鹽:0.3-0.6，氮化硼:0.08-0.12，鉛:0.08-0.12，石墨 1.0-1.6，余量為鐵。
[0012]氣門座還可以包括以下重量百分比Wt %的各組分--碳1.0-1.8，鉻3.5-6，鑰
2.5-5.0，鎳 1.3-2.0，鈷 5.5-6.0，納米Fe 0.2-0.3，銅 16.0-26.0，二氟化鈣 0.1-0.12，二硫化鑰 0.05-0.07，硫化錳 0.06-0.08，云母 0.16-0.5，硅酸鹽 0.3-0.6，氮化硼 0.08-0.12，鉛
0.09-0.12，石墨 1.1-1.5，余量為鐵。
[0013]氣門座還可以包括以下重量百分比Wt %的各組分:碳0.9-1.5，鉻4.5-6.0，鑰
3.5-5.0，鎳 1.0-1.8，鈷 3.0-5.0，納米Fe 0.1-0.25，銅 18.0-25.0，二氟化鈣 0.08-0.11，二硫化鑰 0.05-0.07，硫化錳 0.05-0.08，云母 0.2-0.5，硅酸鹽 0.3-0.6，氮化硼 0.08-0.12，鉛
0.1-0.12，石墨1.0-1.5，余量為鐵。
[0014]本發(fā)明的氣門座，在制造的時候首先將基礎(chǔ)鐵粉采用水霧化制成的低合金粉末，之后配入一定量的鉻、鑰、鈷、高合金和納米Fe高合金粉末及種自潤性材料(二硫化鑰、硫化錳、云母、硅酸鹽、氮化硼、鉛以及石墨)，壓制后將燒結(jié)坯置于推捍式燒結(jié)爐，在氨分解氣氛中，溫度在1100?1150°C進(jìn)行燒結(jié)。氣門座燒結(jié)坯硬度大于HB108，其金相組織(馬氏體+貝氏體+索氏體+合金碳化物)，密度彡7.6g/cm3。燒結(jié)后可獲得強(qiáng)勁的合金基體上，均勻分布的硬質(zhì)相，極大地提高產(chǎn)品的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性及徑向壓潰強(qiáng)度。
[0015]本發(fā)明的關(guān)鍵為:I)選用的基礎(chǔ)粉末，它須具備一定耐磨、耐熱、耐腐蝕，具有較聞強(qiáng)度的低合金材料。2)選用能形成硬質(zhì)相的高合金材料，它須具備較高耐磨、耐熱、耐腐蝕性能，同時要求它和基礎(chǔ)粉末有較好的親和性和熔合界面，通過燒結(jié)，能夠牢固地結(jié)合在一起，當(dāng)氣門座受到?jīng)_擊時，硬質(zhì)相又不會脫落。
[0016]由于鉻、鑰、鈷高合金和納米Fe元素的加入以及采用自潤滑的固體材料，燒結(jié)后強(qiáng)勁的合金基體上，均勻分布的硬質(zhì)相，同時形成了一層堅(jiān)固的、粘著力強(qiáng)的氧化膜，極大地提高了氣門座耐磨性、耐熱性、耐腐蝕以及抗沖擊性。
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
實(shí)施例1:
基礎(chǔ)粉采用水霧化制備的低合粉末+幾種(鉻、鑰、鈷)高合金粉末和納米Fe)以及自潤性材料(二硫化鑰、硫化錳、云母、硅酸鹽、氮化硼、鉛以及石墨)混合40分鐘，在制壓后，用推捍式燒結(jié)爐，氨分解氣氛，溫度1120°C，燒結(jié)40分種，檢測燒結(jié)坯硬度HR108?110 ;金相組織:馬氏體+貝氏體+索氏體+合金碳化物；徑向壓潰強(qiáng)度彡900MPa,密度彡7.6g/cm3。其化學(xué)成份為M:1.5，鉻:5.6，鑰=4.6,11:1.5，鈷:5.8，納米Fe:0.13，銅:18，二氟化鈣:
0.09，二硫化鑰:0.05，硫化錳:0.06，云母:0.3，硅酸鹽:0.4，氮化硼:0.10，鉛:0.11，石墨:1.2,余量為鐵。
[0018]一汽錫柴的6DF1柴油機(jī)采用本發(fā)明的粉末冶金氣門座和安慶帝伯公司生產(chǎn)的粉末冶金氣門座，用6DF1柴油機(jī)上做可靠性試驗(yàn)(額定轉(zhuǎn)速2300r/min，額定功率206KW，經(jīng)800小時可靠性試驗(yàn)，先進(jìn)行500小時熱沖擊，后又進(jìn)行200小時耐久和100小時性能試驗(yàn))，其中1-4缸裝粉末冶金氣門座，其余5-6缸裝無錫廠家生產(chǎn)的合金鑄鐵氣門座，經(jīng)800小時試驗(yàn)后，試驗(yàn)結(jié)果情況如下:
?粉末冶金氣門座平均磨損量為0.0301 mm，無錫合金鑄鐵氣門座平均磨損量為
0.0425 mm。
[0019]?本發(fā)明生產(chǎn)的粉末冶金氣門座平均磨損量為0.0278 mm。
[0020]?安慶帝伯粉末冶金有限公司生產(chǎn)的粉末冶金氣門座平均磨損量為0.0325 mm。
[0021]由此可見，本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品性能優(yōu)于安慶帝伯公司生產(chǎn)的粉末冶金氣門座和無錫合金鑄鐵氣門座產(chǎn)品。
[0022]實(shí)施例2:
一種含納米Fe粉末冶金氣門座，其化學(xué)成分為-M:1.6，鉻:5.5，鑰:4.6，鎳:1.6，鈷:
4.9，納米Fe:0.15，銅:18，二氟化鈣:0.09，二硫化鑰:0.05，硫化錳:0.06，云母:0.3，硅酸鹽:0.5,氣化砸:0.10,鉛:0.11,石墨:1.3,余量為鐵。制造方法同實(shí)施例1.按照超速耐久試驗(yàn)規(guī)范，將浙江吉利MR479Q天燃?xì)獍l(fā)動機(jī)粉末冶金氣門座在試驗(yàn)臺架上全速全負(fù)荷試驗(yàn)(額定轉(zhuǎn)速6000r/min，額定功率69KW，最大扭矩128N.m),累計(jì)運(yùn)行333小時(其中磨合22小時20分鐘，外特性試驗(yàn)I小時40分鐘，強(qiáng)化試驗(yàn)309小時)。經(jīng)折機(jī)檢測，氣門座尺寸全部在公差范圍內(nèi)，未見磨損，氣門沒有下沉，使用情況良好。
[0023]試驗(yàn)所用的汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，扭矩大，氣門落座時拍擊力大，而且排氣溫度較高，為850± 10°C，使用條件相當(dāng)惡劣。用同一條件試驗(yàn)的其它幾種材料的氣門座，在試驗(yàn)到50-60小時，氣門座都有不同程度的下沉。
[0024]實(shí)施例3:
一種含納米Fe粉末冶金氣門座，其化學(xué)成分:碳:1.8，鉻:5.8，鑰:4.8，鎳1.7，鈷:
5.3，納米Fe:0.14，銅:20，二氟化鈣:0.1，二硫化鑰:0.06，硫化錳:0.05，云母:0.4，硅酸鹽0.3，氮化硼:0.09，鉛:0.09，石墨:1.2，其余為鐵。
[0025]制造方法與實(shí)施例1
按照超速耐久試驗(yàn)規(guī)范，將上汽斯柯達(dá)EAlll汽油機(jī)氣門座產(chǎn)品在試驗(yàn)臺架上全速全負(fù)荷(額定轉(zhuǎn)速5000 r/min,額定功率77kw，最大扭矩155N.m),累計(jì)運(yùn)行500小時(其中磨合22小時20分鐘，外特性試驗(yàn)I小時40分鐘，強(qiáng)化試驗(yàn)476小時)。經(jīng)折機(jī)檢測，氣門座尺寸全部在公差范圍內(nèi)，未見磨損，氣門沒有下沉，使用期況良好。
[0026]上述實(shí)例1、2、3試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明氣門座具有優(yōu)異的耐熱、耐磨、耐沖擊性能，適合排氣溫度高、高強(qiáng)化汽油機(jī)和重載柴油機(jī)的工作環(huán)境，特別是能滿足干燃料(天然氣、液化天然氣和甲醇)發(fā)動機(jī)的工況要求。
【權(quán)利要求】
1.一種含納米Fe粉末冶金氣門座，其特征在于，所述氣門座包括以下重量百分比界七％的各組分-M 0.9—2.0，鉻 3.0—6.0，鑰 2.0—5.0，鎳 1.0—2.0，鈷 3.0—6.0，納米 Fe0.1—0.3，銅 12—30, 二氟化鈣 0.08—0.12，二硫化鑰 0.04—0.07，硫化錳 0.05—0.08，云母 0.1—0.5，硅酸鹽 0.3—0.6，氮化硼 0.08—0.12，鉛 0.08—0.12，石墨 1.0-1.6，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含納米Fe粉末冶金氣門座，其特征是，所述氣門座包括以下重量百分比wt %的各組分:碳1.0—1.8，鉻3.5—6，鑰2.5—5.0，鎳1.3—2.0，鈷5.5—6.0，納米 Fe 0.2—0.3，銅 16.0-26.0，二氟化鈣 0.1—0.12，二硫化鑰 0.05—0.07，硫化錳 0.06—0.08，云母 0.16—0.5，硅酸鹽 0.3—0.6，氮化硼 0.08—0.12，鉛 0.09—0.12，石墨1.1-1.5，余量為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含納米Fe粉末冶金氣門座，其特征是，所述氣門座包括以下重量百分比wt %的各組分:碳0.9—1.5，鉻4.5—6.0，鑰3.5—5.0，鎳1.0—1.8，鈷3.0—5.0，納米 Fe 0.1—0.25，銅 18.0-25.0，二氟化鈣 0.08—0.11，二硫化鑰 0.05—0.07，硫化錳 0.05—0.08，云母 0.2—0.5，硅酸鹽 0.3—0.6，氮化硼 0.08—0.12，鉛 0.1—0.12，石墨1.0-1.5，余量為鐵。
【文檔編號】B22F9/08GK104399966SQ201410580502
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】奚杰 申請人:奚杰