用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料及其制造方法
【專利說明】
[0001] 背景。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及適用于內(nèi)燃機(jī)的氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料，特別是進(jìn)一步改進(jìn) 該鐵基燒結(jié)合金材料的耐磨性、降低對配接材料的侵蝕性并改進(jìn)徑向壓潰強(qiáng)度。
【背景技術(shù)】
[0003] 將內(nèi)燃機(jī)的氣門座鑲?cè)号涞綒飧咨w中以確保燃燒室中的氣密性和冷卻氣門。氣 門座鑲?cè)Π褮忾T安裝在底座上，以打開和關(guān)閉進(jìn)氣孔和排氣孔。因此，例如，氣門座鑲?cè)Ρ?氣門敲擊、被滑動磨損、被燃燒氣體加熱并被燃燒產(chǎn)物腐蝕。
[0004] 最近，強(qiáng)烈要求汽車內(nèi)燃機(jī)具有更高的輸出動力和更高的燃料效率。為滿足該要 求，所用的氣門座鑲?cè)μ幱诟鼝毫拥沫h(huán)境下。也強(qiáng)烈要求氣門座鑲?cè)哂羞M(jìn)一步改進(jìn)的耐 磨性。
[0005] 對于這一要求，例如，JP 2005-248234 A描述了用于氣門座鑲?cè)Φ南铝需F基燒結(jié) 合金材料。該材料包括10至20%面積比的具有10至150微米的粒徑和500 HV 0. 1或更 大并小于800 HV 0. 1的硬度的Co基金屬間化合物和15至35%面積比的具有10至150微 米的粒徑和800 HV 0. 1或更大并小于1100 HV 0. 1的硬度的Co基金屬間化合物。Co基金 屬間化合物以總共25至55%的面積比分散在該材料中。根據(jù)JP 2005-248234 A中描述的 技術(shù)，獲得具有優(yōu)異的耐磨性和對配接材料的低侵蝕性的氣門座鑲?cè)Α?br>[0006] WO 2009/122985A1描述了用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料。WO 2009/122985A1中描述的技術(shù)涉及一種鐵基燒結(jié)合金材料，該鐵基燒結(jié)合金材料具有分散 并包含在其中的兩種硬顆粒。根據(jù)WO 2009/122985A1中描述的技術(shù)，該鐵基燒結(jié)合金材料 含有具有5至20微米的平均初級粒徑的第一硬顆粒和具有20至150微米的平均初級粒徑 的第二硬顆粒。選擇性使用第一和第二硬顆粒以在與通過混合第一和第二硬顆粒而得的混 合硬顆粒的峰頂對應(yīng)的直徑中，相鄰峰頂之間的粒徑差為15至100微米。摻合第一和第二 硬顆粒以總共占據(jù)10至60面積％。WO 2009/122985A1描述，因此，當(dāng)該鐵基燒結(jié)合金材料 用于氣門座鑲?cè)r，可以同時改進(jìn)耐磨性，降低對配接材料的侵蝕性并改進(jìn)機(jī)械強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明概述 根據(jù)JP 2005-248234 A中描述的技術(shù)，可以獲得具有優(yōu)異的耐磨性和對配接材料的 低侵蝕性的鐵基燒結(jié)合金材料。但是，在JP 2005-248234 A中描述的技術(shù)中，分散了大量 的硬顆粒。結(jié)果，不利地，機(jī)械強(qiáng)度降低并且無法獲得優(yōu)異的耐磨性和高機(jī)械強(qiáng)度。在WO 2009/122985A1中描述的技術(shù)中，當(dāng)含有大量的微細(xì)硬顆粒時，不利地，硬顆粒聚結(jié)，不可能 均勻分散，且聚結(jié)的硬顆粒變成磨損的起點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的目的是解決相關(guān)技術(shù)中的這一問題并提供用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié) 合金材料，其作為氣門座鑲?cè)ν瑫r具有高機(jī)械強(qiáng)度(徑向壓潰強(qiáng)度)、對配接材料的低侵蝕 性和優(yōu)異的耐磨性。要指出，"徑向壓潰強(qiáng)度"在此是指根據(jù)JIS Z 2507測得的徑向壓潰強(qiáng) 度的值。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人已經(jīng)對影響耐磨性、對配接材料的侵蝕性和機(jī)械強(qiáng) 度(徑向壓潰強(qiáng)度）的各種因素作出深入研宄。結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)得出下列發(fā)現(xiàn)。通過除 具有高硬度的硬顆粒外還使用具有低硬度的硬顆粒，可以提高硬顆?？偭慷唤档蛷较驂?潰強(qiáng)度。此外，可以改進(jìn)耐磨性而不顯著提高對配接材料的侵蝕性。本發(fā)明人還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， Co基金屬間化合物顆粒優(yōu)選用于具有高硬度的硬顆粒，和碳化物型硬顆粒優(yōu)選用于具有低 硬度的硬顆粒。
[0010] 此外，本發(fā)明人已經(jīng)得出下列理念。即是，他們將具有小粒徑的微細(xì)硬顆粒粉末和 具有大粒徑的相對粗的硬顆粒粉末混合用作具有高硬度的硬顆粒，并調(diào)節(jié)該混合粉末以具 有含兩個峰頂?shù)倪m當(dāng)粒徑分布。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用該混合粉末作為原材料粉末， 提高了燒結(jié)中的擴(kuò)散性質(zhì)并進(jìn)一步提高了徑向壓潰強(qiáng)度。
[0011] 在基于該發(fā)現(xiàn)的進(jìn)一步研宄下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。也就是說，本發(fā)明的概述如下。
[0012] (1)具有優(yōu)異耐磨性的用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料，其包括： 基質(zhì)相； 第一硬顆粒；和 第二硬顆粒， 其中第一和第二硬顆粒具有彼此不同的硬度并分散在基質(zhì)相中， 包括基質(zhì)相和這兩種硬顆粒的基質(zhì)部分含有0. 3至1. 5質(zhì)量％的C和總共10至50質(zhì) 量％的選自Si、Mo、Cr、Ni、Co、Mn、S、W、V、Ca、F、Mg和0的一種或多種，余量是Fe和不可 避免的雜質(zhì)， 第一硬顆粒是具有600至1200 HV的維氏硬度的Co基金屬間化合物顆粒， 第二硬顆粒是具有400至700 HV的維氏硬度的碳化物型顆粒，且 所述材料具有包括2至45質(zhì)量％的第一硬顆粒和2至30質(zhì)量％的第二硬顆粒的結(jié)構(gòu)， 其中分散著總共10至50質(zhì)量％的這兩種硬顆粒并具有6. 6克/立方厘米或更大的密度和 350 MPa或更大的徑向壓潰強(qiáng)度。
[0013] (2)根據(jù)⑴的用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料， 其中所述Co基金屬間化合物顆粒含有20至60質(zhì)量％的Mo、1至10質(zhì)量％的Si和總 共5至70質(zhì)量％的選自Cr、Ni和Fe的一種或多種，余量是Co和不可避免的雜質(zhì)，且 所述碳化物型顆粒含有〇. 5至1. 5質(zhì)量％的C、0. 2至0. 5質(zhì)量％的Si、0. 1至0. 5質(zhì) 量％的Mn、2至6質(zhì)量％的Cr、3至7質(zhì)量％的Mo、4至8質(zhì)量％的W和1至3質(zhì)量％的V， 余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0014] (3)根據(jù)⑵的用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料， 其中以混合粉末的形式摻合所述Co基金屬間化合物顆粒，所述混合粉末通過摻合具 有5至40微米的平均粒徑的粉末顆粒和具有40至100微米的平均粒徑的粉末顆粒得到。
[0015] (4)根據(jù)⑵的用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料， 其中所述碳化物型顆粒作為具有經(jīng)過#100目篩的粒徑分布（-#100目）的粉末摻入。
[0016] (5)根據(jù)（1)至（4)任一項(xiàng)的用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料， 其中，除所述硬顆粒外，0. 2至5質(zhì)量％的固體潤滑劑顆粒分散在基質(zhì)相中。
[0017] (6)制造用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料的方法，其包括： 作為原材料粉末，摻合并混合鐵基粉末、硬顆粒粉末、合金粉末和任選固體潤滑劑顆粒 粉末以獲得混合粉末； 將所述混合粉末置于模具中以模制獲得具有預(yù)定形狀和密度的生壓坯；和 燒結(jié)所述生壓坯以獲得燒結(jié)體，其中 所述硬顆粒粉末含有第一硬顆粒粉末和第二硬顆粒粉末， 第一硬顆粒粉末是具有600至1200 HV的維氏硬度的Co基金屬間化合物顆粒粉末， 第二硬顆粒粉末是具有400至700 HV的維氏硬度的碳化物型顆粒粉末， 摻合所述原材料粉末以使包括基質(zhì)相和硬顆粒的基質(zhì)部分，在燒結(jié)后含有〇. 3至1. 5 質(zhì)量％的C和總共10至50質(zhì)量％的選自Si、Mo、Cr、Ni、Co、Mn、S、W、V、Ca、F、Mg和0的 一種或多種，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)，且燒結(jié)后的結(jié)構(gòu)包括2至45質(zhì)量％的第一硬顆 粒和2至30質(zhì)量％的第二硬顆粒，其中含有總共10至50質(zhì)量％的這兩種硬顆粒，以獲得 具有6. 6克/立方厘米或更大的密度和350 MPa或更大的徑向壓潰強(qiáng)度的燒結(jié)體。
[0018] (7)根據(jù)（6)的制造用于氣門座鑲?cè)Φ蔫F基燒結(jié)合金材料的方法， 其中所述Co基金屬間化合物顆粒粉末含有20至60質(zhì)量％的Mo、1至10質(zhì)量％的Si 和總共5至70質(zhì)量％的選自Cr、Ni和Fe的一種或多種，余量是Co和不可避免的雜質(zhì)，且 所述碳化物型顆粒粉末含有〇. 5至1. 5質(zhì)量％的C、0. 2