專利名稱：含硫高溫自潤滑鎳基合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明敘述了一種可在大氣高溫條件下用于各類熱引擎和其它高溫機構滑動和密封部件的含硫高溫自潤滑合金及其制備方法。
大氣及特殊環(huán)境下的高溫潤滑問題是當今摩擦學研究的重點課題之一。該類問題的解決對發(fā)展新一代高效能引擎和先進推進系統(tǒng)及其它高溫機構有很大的實際意義。由于高溫下潤滑油、潤滑脂和常用固體潤滑劑失效，使?jié)櫥兊檬掷щy，在各類熱引擎和其它高溫機構中作為摩擦部件使用的工程材料要在苛刻的環(huán)境和摩擦學條件下工作，而發(fā)生較高的摩擦，并導致嚴重的磨損失效。
CN1034584A公開的高溫自潤滑鎳基合金存在較低溫度下摩擦系數過高和較高溫度時耐磨性及耐熱性較差等不足，加之最佳實施例合金中昂貴合金元素Nb含量高而使制造成本高，從而降低了該合金的實用性。
本發(fā)明的目的是為各類熱引擎和其它高溫機構等的滑動和密封部件提供一種具有高的強度和耐熱性，并在較寬的溫度范圍內呈現優(yōu)異耐磨性和自潤滑性的含硫高溫自潤滑鎳合金，本發(fā)明的另一個目的就是提供該合金的制備方法。
本發(fā)明提供的含硫自潤滑鎳合金的基本化學成分為C0-1.2，Mn8-20，Cr0-20，Co3-15，Fe5-20，S2-8，(wt%重量面分比，下同)，余量為NI，該合金由含大量合金元素的固溶強化的鎳γ相基體和碳化物硬質相及硫化物潤滑相構成。
鑄造含硫高溫自潤滑鎳基合金的制備方法如下合金采用中頻感應熔煉，熔模鑄造成形的制備工藝，步驟為1、配料。選用電解鎳、金屬鈷、純鐵、金屬鉻，電極石墨碳金屬鉬(或鉬-鐵)為原料，硫以FeS形成加入。按比例稱取原料，待用。配料前將原料破碎成適當大小的塊狀，并進行噴砂或研磨處理，除去表面銹蝕和污物。
2、加料。為減小活性金屬元素Cr、Mo及元素硫的燒損，采用分批加料法，即先加入鎳、鈷、鐵成分，再依次加入鉻、鉬、碳成分和FeS。
3、熔煉。熔煉在中頻感應爐中進行。
(1)將先加入的鎳、鈷、鐵成分加熱到熔化，再將鉻鉬碳成分加入，加大功率將其熔化。保溫1-2分鐘。
(2)降低功率加入FeS，控制溫度在1320-1360℃、保溫5-10分鐘，使合金熔體充分合金化。并讓生成有益于減摩的硫化物的化學反應充分進行。
(3)加大功率使合金過熱。加入占合金總量0.1-1(wt%)的CeO2粉末，并用大功率攪拌熔池1-2分鐘。將合金熔體的溫度控制在1380-1520℃的燒注溫度。
4、殼型預熱。將事先加工焙燒好的熔模鑄造殼型預熱到400-1000℃的溫度待用。
5、澆注。將溫度為1380-1520℃的合金熔體平穩(wěn)、連續(xù)地澆入預熱好的殼型中。
6、破型取出鑄件。隨預熱爐緩慢冷卻后，打破殼型，即得合金鑄造毛坯。
具有上述化學成分，并經上述制備方法制得的鑄造含硫高溫自潤滑鎳基合金的某些物理機械和摩擦磨損性能如表1，2所示。
注摩擦系數、磨損率為栓-盤式高溫摩擦試驗機上測得，對偶材料為淬火高速鋼(W18Cr4V)。
實施例例1化學成分為Mo18，Fe15，Co5，S4(wt%)，余量為Nl的鑄造含硫高溫自潤滑鎳基合金由Co、Fe、Mo固溶強化的鎳γ相基體和硫化物MoS2潤滑相構成。其密度為7.68g/cm3，硬度為HV 204×107Pa，熱膨脹系數(20-800℃)為15.0×10-6/℃，沖擊值為0.36×105J/m2，抗壓強度20℃為6.58×108Pa，500℃為5.83×108Pa。該合金室溫時的摩擦系數較高為0.50，300℃時降低至0.28，300-500℃摩擦系數低而穩(wěn)定(0.28-0.20)，磨損小(磨損率為2.8-8.7×10-14m3/N·m)，可用于工作溫度為300-500℃的熱引擎和其它高溫機構的滑動和密封部件。
例2化學成分為C0.4，Mo15，Fe10，Cr10，Co5，S5(wt%)余量為Nl的鑄造含硫高溫自潤滑鎳基合金由Fe、Co、Cr、Mo固溶強化的鎳γ相基化(M0.9Cr0.1)2C硬質相和以Cr3S4為主的硫化物潤滑相構成。其密度為7.83g/cm3硬度為HV 231×107Pa，線膨脹系數(20-800℃)為14.3×10-8/℃，沖擊值為0.34×105J/m2，抗壓強度20℃為7.07×108Pa，500℃為4.36×108Pa，該合金在150-500℃溫度范圍內摩擦系數低而穩(wěn)定(0.26-0.20)，磨損小(磨損率為1.8-6.2×10-14m3/N·m)，適用于150-500℃工作的沖擊負荷較低的熱引擎和其它高溫機構的滑動和密封部件。
例3化學成分為C0.6-0.7，Mo15，Cr10，Co10，Fe10，S5，余量為Nl的鑄造含硫高溫自潤滑鎳基合金由Fe、Co、Cr、Mo等固溶強化的基體(M0.9Cr0.1)2C硬質相和Cr3S4潤滑相構成。其基體中合金元素總含量達34%以上。該合金中出現體積百分比超過40%的由基體、碳化物顆粒和硫化合顆粒構成的共晶組織，較大程度上增大了合金的強度和耐磨性。該合金密度為7.83g/cm3，硬度為284×107Pa，線膨脹系數(20-800℃)為14.1×10-6/℃，沖擊值為0.42-0.60×105J/m2，(經真空感應熔煉、真空熔模鑄造工藝制備的該合金沖擊值可達1.50×105J/m2以上)，抗壓強度20℃為7.46×108Pa，600℃為5.23×108Pa。
該合金在20-700℃摩擦系數低而穩(wěn)定(0.28-0.16)，磨損小，(磨損率為1.5-20×10-14m3/N·m)。
該合金適合用于工作溫度為室溫到700℃范圍的熱引擎和其它高溫機構的滑動和密封部件。
權利要求
1.一種可在大氣高溫條件下，用于各類熱引擎及其它高溫機構滑動和密封部件的含硫高溫自潤滑鎳基合金的基本化學成分為0-1.2，Mo8-25，Cr0-20，Co3-15，Fe5-20，S2-8(wt%)，余量為NI。
2.如權利要求1所述的鑄造含硫高溫自潤滑鎳基合金采用中頻感應熔煉、熔模鑄造成型的工藝方法制備，操作步驟包括配料、加料、熔煉、殼型預熱、澆注、破型出鑄件，其特征在于熔煉溫度為1320-1360℃，保溫10分鐘，澆注溫度1380-1500℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可在大氣高溫條件下用于各類熱引擎及其它高溫機構滑動和密封部件的含硫高溫自潤滑鎳基合金及制備方法。該合金由C、Mo、Cr、Co、Fe、S、Ni組成，采用中頻感應熔煉，熔模鑄造成型的工藝制備，具有較高的機械強度和耐熱性，從室溫至700℃的溫度范圍內呈現優(yōu)異的耐磨性和自潤滑性，可用于內燃發(fā)動機汽缸襯套，配合閥座及其它高溫機構的滑動和密封部件。
文檔編號C22C19/03GK1101681SQ9311900
公開日1995年4月19日 申請日期1993年10月11日 優(yōu)先權日1993年10月11日
發(fā)明者劉近朱, 張國威, 馬勵, 孟秀坤, 歐陽錦林 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所