本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨耐熱合金材料及制備方法。

背景技術(shù)：

汽車氣門座圈作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上面的一個(gè)重要的配件，通常汽車氣門座圈的主要作用就是承受高速?zèng)_擊以及密封氣門，它主要是用于密封發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的，而且基本無時(shí)無刻都在承受高速?zèng)_擊的一個(gè)部件，因此汽車氣門座圈在使用一段時(shí)間之后，容易出現(xiàn)不同程度的磨損失效，就必須經(jīng)常去4S店或者修理廠進(jìn)行維修，大大提升了成本。

氣門和氣門座圈在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)處于高應(yīng)力狀態(tài)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)最高燃燒壓力可達(dá)20MPa、氣門座圈溫度可達(dá)500攝氏度，氣門座面溫度極高，可達(dá)800攝氏度以上，氣門頭底平面中心溫度設(shè)置達(dá)到近900攝氏度，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，各種硫、磷、氮等理化反應(yīng)出現(xiàn)的侵蝕、硫化、腐蝕以及氧化作用導(dǎo)致其工作環(huán)境是非常差，加之不斷嚴(yán)格的環(huán)保要求，無鉛環(huán)保燃油、醇類燃料以及CNG燃料的不斷普及，如之前鉛能與燃料中的硫、磷等產(chǎn)生具有潤(rùn)滑作用的氧化鉛、硫酸鉛等不斷減少或完全消失，導(dǎo)致鉛的潤(rùn)滑、減摩作用降低或者不復(fù)存在，同時(shí)隨著工業(yè)化的發(fā)展，各種性能指標(biāo)的不斷提升，對(duì)材料的要求也越來越高，為保證材料在如此惡劣的條件下工作可靠性和使用壽命，就必須根據(jù)工作環(huán)境，合理選擇材料并合理設(shè)計(jì)合金材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述存在的問題，本發(fā)明提供了一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，通過在材料的選擇上綜合考慮，針對(duì)不同材料的物理性質(zhì)和機(jī)械性能，合理進(jìn)行合金設(shè)計(jì)，然后通過粉末冶金技術(shù)，混料、壓制、燒結(jié)等工序制得所述材料。

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，其中合金材料由以下成分按質(zhì)按量百分比組成：C：0.7-1.5%，Cu：0.5-8%，Cr：3-5.2%，Ni：0.8-2.5%，Co：1.5-5.5%，Mn：0.3-0.7%，Mo：0.8-5.5%，Si：0.1-0.6%，W：0-2%，P：0-0.8%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，主要制備步驟如下：

（1）原料準(zhǔn)備：根據(jù)耐磨耐熱合金材料的性能要求，設(shè)計(jì)各元素的含量，通過換算后，根據(jù)比例配置各組分原料備用，其中各組分粉末純度大于99.8%，然后取合金材料總量0.6-0.8%的硬脂酸鋅備用；

（2）原料添加：將Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉先加入粉末混料機(jī)中，然后加入30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，已經(jīng)稱量總量30%的硬脂酸鋅加在石墨上面，再依次加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅，最后加入20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨和25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉；

（3）原料混合：將上述已加入的原料進(jìn)行攪拌混合，攪拌時(shí)間為1-5小時(shí)，然后加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅和30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，繼續(xù)進(jìn)行攪拌混合1-2小時(shí)；

（4）預(yù)壓成形：將混合均勻的粉末倒入預(yù)壓模具，然后在50噸壓力成型機(jī)進(jìn)行壓制成形，壓力控制在150-300兆帕，壓制時(shí)間控制在1-3小時(shí)；

（5）去脂處理：將上述初步壓制的產(chǎn)品在350-380攝氏度的熱空氣中進(jìn)行去除硬脂酸鋅處理，時(shí)間為0.5-2小時(shí)；

（6）預(yù)燒處理：將壓制成形的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，采用階梯燒結(jié)模式進(jìn)行燒結(jié)處理，溫度達(dá)到380-450攝氏度保溫1-2小時(shí)，溫度在580-650攝氏度保溫2-3小時(shí)，溫度在880-950攝氏度保溫1-2小時(shí)，溫度在1280-1450攝氏度保溫1-3小時(shí)，最后將溫度控制在1480-1550攝氏度，燒結(jié)2-4小時(shí)；

（7）精壓處理：將預(yù)燒結(jié)的壓制件在精壓機(jī)進(jìn)行壓制處理，壓力控制在200-350兆帕；

（8）燒結(jié)熔浸：將精壓后的產(chǎn)品取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度達(dá)到450-480攝氏度保溫1-2小時(shí)，溫度在650-680攝氏度保溫1-3小時(shí)，溫度在950-980攝氏度保溫1-2小時(shí)，溫度在1250-1280攝氏度保溫1-2小時(shí)，最后將溫度控制在1520-1580攝氏度，燒結(jié)1-2小時(shí)；將熔浸銅-鉻-鐵合金塊放在燒結(jié)成形產(chǎn)品的頂部進(jìn)行熔浸處理，其中熔浸保護(hù)氣體氛圍為分解氨，其中熔浸溫度為1550-1630攝氏度，熔浸時(shí)間為0.5-2小時(shí)，然后爐冷至室溫即可。

本發(fā)明的有益之處在于：通過在材料的選擇上綜合考慮，針對(duì)不同材料的物理性質(zhì)和機(jī)械性能，合理進(jìn)行合金設(shè)計(jì)，然后通過粉末冶金技術(shù)，壓制、燒結(jié)、后處理等工序制得所述材料，使得材料具有成形尺寸精度，燒結(jié)后處理工藝靈活且節(jié)約原料、節(jié)省工時(shí)和低能耗等特點(diǎn)，便于后續(xù)機(jī)加工處理，同時(shí)增加銅、鉻、鎳、鈷等強(qiáng)化元素，通過基體間的燒結(jié)擴(kuò)散，提升了材料的結(jié)合強(qiáng)度和耐熱性，然后經(jīng)過特定銅基材料熔浸處理，導(dǎo)熱、抗氧化性能提升一倍以上，磨損量平均值還不到普通材料的一半，相比于普通材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，其中合金材料由以下成分按質(zhì)按量百分比組成：C：0.7%，Cu：0.5%，Cr：3%，Ni：0.8%，Co：1.5%，Mn：0.3%，Mo：0.8%，Si：0.1%，W：0.1%，P：0.01%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，主要制備步驟如下：

（1）原料準(zhǔn)備：根據(jù)耐磨耐熱合金材料的性能要求，設(shè)計(jì)各元素的含量，通過換算后，根據(jù)比例配置各組分原料備用，其中各組分粉末純度大于99.8%，然后取合金材料總量0.6%的硬脂酸鋅備用；

（2）原料添加：將Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉先加入粉末混料機(jī)中，然后加入30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，已經(jīng)稱量總量30%的硬脂酸鋅加在石墨上面，再依次加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅，最后加入20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨和25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉；

（3）原料混合：將上述已加入的原料進(jìn)行攪拌混合，攪拌時(shí)間為1小時(shí)，然后加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅和30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，繼續(xù)進(jìn)行攪拌混合1小時(shí)；

（4）預(yù)壓成形：將混合均勻的粉末倒入預(yù)壓模具，然后在50噸壓力成型機(jī)進(jìn)行壓制成形，壓力控制在150兆帕，壓制時(shí)間控制在1小時(shí)；

（5）去脂處理：將上述初步壓制的產(chǎn)品在350攝氏度的熱空氣中進(jìn)行去除硬脂酸鋅處理，時(shí)間為0.5小時(shí)；

（6）預(yù)燒處理：將壓制成形的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，采用階梯燒結(jié)模式進(jìn)行燒結(jié)處理，溫度達(dá)到380攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在580攝氏度保溫2小時(shí)，溫度在880攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在1280攝氏度保溫1小時(shí)，最后將溫度控制在1480攝氏度，燒結(jié)2小時(shí)；

（7）精壓處理：將預(yù)燒結(jié)的壓制件在精壓機(jī)進(jìn)行壓制處理，壓力控制在200兆帕；

（8）燒結(jié)熔浸：將精壓后的產(chǎn)品取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度達(dá)到450攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在650攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在950攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在1250攝氏度保溫1小時(shí)，最后將溫度控制在1520攝氏度，燒結(jié)1小時(shí)；將熔浸銅-鉻-鐵合金塊放在燒結(jié)成形產(chǎn)品的頂部進(jìn)行熔浸處理，其中熔浸保護(hù)氣體氛圍為分解氨，其中熔浸溫度為1550攝氏度，熔浸時(shí)間為0.5小時(shí)，然后爐冷至室溫即可。

實(shí)施例2

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，其中合金材料由以下成分按質(zhì)按量百分比組成：C：1.5%，Cu：8%，Cr：5.2%，Ni：2.5%，Co：5.5%，Mn：0.7%，Mo：5.5%，Si：0.6%，W：2%，P：0.8%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，主要制備步驟如下：

（1）原料準(zhǔn)備：根據(jù)耐磨耐熱合金材料的性能要求，設(shè)計(jì)各元素的含量，通過換算后，根據(jù)比例配置各組分原料備用，其中各組分粉末純度大于99.8%，然后取合金材料總量0.8%的硬脂酸鋅備用；

（2）原料添加：將Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉先加入粉末混料機(jī)中，然后加入30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，已經(jīng)稱量總量30%的硬脂酸鋅加在石墨上面，再依次加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅，最后加入20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨和25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉；

（3）原料混合：將上述已加入的原料進(jìn)行攪拌混合，攪拌時(shí)間為5小時(shí)，然后加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅和30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，繼續(xù)進(jìn)行攪拌混合2小時(shí)；

（4）預(yù)壓成形：將混合均勻的粉末倒入預(yù)壓模具，然后在50噸壓力成型機(jī)進(jìn)行壓制成形，壓力控制在300兆帕，壓制時(shí)間控制在3小時(shí)；

（5）去脂處理：將上述初步壓制的產(chǎn)品在380攝氏度的熱空氣中進(jìn)行去除硬脂酸鋅處理，時(shí)間為2小時(shí)；

（6）預(yù)燒處理：將壓制成形的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，采用階梯燒結(jié)模式進(jìn)行燒結(jié)處理，溫度達(dá)到450攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在650攝氏度保溫2小時(shí)，溫度在950攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在1450攝氏度保溫3小時(shí)，最后將溫度控制在1550攝氏度，燒結(jié)2小時(shí)；

（7）精壓處理：將預(yù)燒結(jié)的壓制件在精壓機(jī)進(jìn)行壓制處理，壓力控制在260兆帕；

（8）燒結(jié)熔浸：將精壓后的產(chǎn)品取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度達(dá)到450攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在680攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在980攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在1280攝氏度保溫1小時(shí)，最后將溫度控制在1580攝氏度，燒結(jié)1小時(shí)；將熔浸銅-鉻-鐵合金塊放在燒結(jié)成形產(chǎn)品的頂部進(jìn)行熔浸處理，其中熔浸保護(hù)氣體氛圍為分解氨，其中熔浸溫度為1630攝氏度，熔浸時(shí)間為2小時(shí)，然后爐冷至室溫即可。

實(shí)施例3

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，其中合金材料由以下成分按質(zhì)按量百分比組成：C：1%，Cu：6%，Cr：5%，Ni：2%，Co：3.5%，Mn：0.55%，Mo：3.2%，Si：0.45%，W：0.15%，P：0.03%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

一種耐磨耐熱合金材料及制備方法，主要制備步驟如下：

（1）原料準(zhǔn)備：根據(jù)耐磨耐熱合金材料的性能要求，設(shè)計(jì)各元素的含量，通過換算后，根據(jù)比例配置各組分原料備用，其中各組分粉末純度大于99.8%，然后取合金材料總量0.7%的硬脂酸鋅備用；

（2）原料添加：將Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉先加入粉末混料機(jī)中，然后加入30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，已經(jīng)稱量總量30%的硬脂酸鋅加在石墨上面，再依次加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅，最后加入20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨和25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高純霧化鐵粉；

（3）原料混合：將上述已加入的原料進(jìn)行攪拌混合，攪拌時(shí)間為1小時(shí)，然后加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬脂酸鋅和30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨，繼續(xù)進(jìn)行攪拌混合1小時(shí)；

（4）預(yù)壓成形：將混合均勻的粉末倒入預(yù)壓模具，然后在50噸壓力成型機(jī)進(jìn)行壓制成形，壓力控制在150兆帕，壓制時(shí)間控制在1小時(shí)；

（5）去脂處理：將上述初步壓制的產(chǎn)品在360攝氏度的熱空氣中進(jìn)行去除硬脂酸鋅處理，時(shí)間為1小時(shí)；

（6）預(yù)燒處理：將壓制成形的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，采用階梯燒結(jié)模式進(jìn)行燒結(jié)處理，溫度達(dá)到380攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在580攝氏度保溫2小時(shí)，溫度在880攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在1280攝氏度保溫2小時(shí)，最后將溫度控制在1480攝氏度，燒結(jié)3小時(shí)；

（7）精壓處理：將預(yù)燒結(jié)的壓制件在精壓機(jī)進(jìn)行壓制處理，壓力控制在280兆帕；

（8）燒結(jié)熔浸：將精壓后的產(chǎn)品取出，置入帶氣體保護(hù)氛圍的網(wǎng)帶式鐵基燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，溫度達(dá)到450攝氏度保溫2小時(shí)，溫度在680攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在950攝氏度保溫1小時(shí)，溫度在1250攝氏度保溫2小時(shí)，最后將溫度控制在1550攝氏度，燒結(jié)1小時(shí)；將熔浸銅-鉻-鐵合金塊放在燒結(jié)成形產(chǎn)品的頂部進(jìn)行熔浸處理，其中熔浸保護(hù)氣體氛圍為分解氨，其中熔浸溫度為1580攝氏度，熔浸時(shí)間為1小時(shí)，然后爐冷至室溫即可。