專利名稱：一種高密度粉末冶金氣門座的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于將予合金化粉末進(jìn)行壓制、燒結(jié)和熱復(fù)壓，制得汽車零件的冶金領(lǐng)域。適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中氣門座的生產(chǎn)。
氣門座是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的重要部件。它不僅受到機(jī)械沖擊作用，還受到高溫(700-850℃)燃燒氣體的沖刷、腐蝕、燃燒產(chǎn)物及空氣中灰塵磨損作用，熱冷應(yīng)力的交替作用，因此，極易產(chǎn)生變形、燒損，甚至斷裂。在使用無(wú)鉛汽油時(shí)，由于缺乏或沒(méi)有析出鉛化物的潤(rùn)滑效果，加劇了早期磨損，氣門座尤其是排氣門座使用條件更加惡劣。
為了解決上述問(wèn)題，除了改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)閥系配置及其間隙等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，重要的是改進(jìn)材料和生產(chǎn)工藝。粉末冶金工藝生產(chǎn)的各種材料氣門座正在逐漸取代鑄造工藝生產(chǎn)的氣門座。
日本專利平5-80521和中國(guó)專利CN1131595A分別介紹了一種粉末冶金氣門座制造方法，這兩種方法都是采用石墨和多種金屬粉末的混合物制造。這種粉末混合方法不易使金屬元素混合均勻，特別是石墨和各種金屬的比重相差懸殊，更不易混合均勻，使所制得的產(chǎn)品合金元素和所形成的碳化物不易分布均勻。而合金元素的分布不均將直接影響合金的物理機(jī)械性能，例如沖擊韌性、耐熱性等，而碳化物分布不均將直接影響合金的耐磨性能。
本發(fā)明目的在于提供一種高密度粉末冶金氣門座的制造方法，通過(guò)該方法生產(chǎn)的氣門座在無(wú)鉛燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中具有優(yōu)異的耐熱、耐磨性能和足夠的使用壽命。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的解決問(wèn)題的手段是予先制備包含碳在內(nèi)的予合金化粉末，同時(shí)，在奧氏體+滲碳體組織狀態(tài)下進(jìn)行熱復(fù)壓。
本發(fā)明在霧化制粉時(shí)即將碳加入合金中，制得含化合碳的鐵基予合金粉末，其具體化學(xué)成分為(重量％)C1.0-2.0，Mo2.5-3.5，Ni1.6-2.6，Co9.5-10.5，Mn≤0.5。予合金化可使金屬元素能夠均勻分布于合金中，有利提高物理機(jī)械性能，特別是Ni、Co等元素在合金中的彌散分布有利提高合金的韌性和耐熱性能。而碳在制粉時(shí)加入，則有利形成(Fe、Cr、Mo)3C。(Fe、Cr、Mo)3C具有較高的顯微硬度，HV達(dá)800-900，有利提高合金的耐磨性能。
但是，合金粉末含有化合碳，使粉末顆粒變硬，成形性大大下降。為了得到高密度粉末冶金氣門座，本發(fā)明采用了奧氏體+滲碳體組織狀態(tài)下的熱復(fù)壓工藝。
基于上述考慮，本發(fā)明制造方法包括制粉、壓制、燒結(jié)、熱復(fù)壓等步驟，其特征在于具體步驟為采用水霧化方法制取含化合碳的予合金粉末，所述予合金粉末顆粒尺寸在0.154mm以下，所述予合金粉末中碳含量為1.0-2.0重量％；予合金粉末以600-800Mpa壓力壓制，在1100-1150℃、中性氣氛中燒結(jié)1-1.5小時(shí)，制得予燒結(jié)坯；將所制得予燒結(jié)坯用含2-4重量％石墨的酒精溶液進(jìn)行浸漬，浸漬時(shí)間為1-2分鐘，然后進(jìn)入熱復(fù)壓工序；所述熱復(fù)壓工序?yàn)橄葘⒛＞哳A(yù)熱至200-300℃，再將上述用石墨酒精溶液浸漬過(guò)的予燒結(jié)坯放入電阻絲加熱、氮?dú)獗Ｗo(hù)且予燒結(jié)坯可連續(xù)移動(dòng)的加熱爐中，在750-1050℃下加熱3-5分鐘，然后將加熱至750-1050℃的予燒結(jié)坯置于模具中，以600-800Mpa壓力，進(jìn)行再壓制，即可制得高密度粉末冶金氣門座。
所獲得的粉末冶金氣門座，密度＞7.5g/cm3，硬度＞HRC30。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明在水霧化制粉時(shí)將石墨加入合金中，制得含化合碳的予合金粉末；其它專利則采用混合粉末。
(2)本發(fā)明采用的熱復(fù)壓是在奧氏體+滲碳體雙相組織狀態(tài)下進(jìn)行熱復(fù)壓；而一般熱復(fù)壓是鐵素體或奧氏體單相組織的熱復(fù)壓。
(3)本發(fā)明熱復(fù)壓所用加熱裝置是電阻絲加熱的普通加熱爐，造價(jià)低；而象氣門座這樣的小件樣品一般熱復(fù)壓或熱鍛所采用的加熱手段是中頻感應(yīng)加熱，設(shè)備造價(jià)高，需要昂貴的中頻控制裝置。
(4)本發(fā)明樣品加熱爐可通氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體，可防止加熱氧化，防止產(chǎn)生氧化物夾雜；而一般感應(yīng)加熱是在空氣中進(jìn)行的，樣品容易氧化，容易產(chǎn)生氧化物夾雜。
(5)本發(fā)明樣品在熱復(fù)壓前，先浸漬含2-4％石墨的酒精溶液，使樣品表面均勻地布敷一薄層石墨，不僅在加熱過(guò)程，而且在樣品從爐中取出到裝入復(fù)壓模具，即樣品在空氣里移動(dòng)過(guò)程中可進(jìn)一步防止氧化和脫碳；而一般熱復(fù)壓或熱鍛均是在模具上涂敷石墨水溶液，只起潤(rùn)滑作用，起不到上述作用。
實(shí)施例按本發(fā)明所述的制造方法，分別制造了三批高密度粉末冶金排氣門座，具體為首先采用水霧化方法制備了予合金粉，其具體化學(xué)成分見(jiàn)表1，再將予合金粉通過(guò)壓制、燒結(jié)、熱復(fù)壓制得排氣門座，具體的工藝參數(shù)見(jiàn)表2，所制得的排氣門座的密度及硬度見(jiàn)表3，按照超速耐久實(shí)驗(yàn)規(guī)范，將上述3批排氣門座先在試驗(yàn)臺(tái)架上全速全負(fù)荷(額定轉(zhuǎn)速4200r/min、額定功率72KW、最大扭矩200N·m)運(yùn)行100小時(shí)，然后按表4所列程序6個(gè)工況順序進(jìn)行超速耐久試驗(yàn)，每個(gè)循環(huán)為12小時(shí)30分，進(jìn)行了10個(gè)循環(huán)125小時(shí)試驗(yàn)。
按上述試驗(yàn)程序總計(jì)進(jìn)行了225小時(shí)臺(tái)架試驗(yàn)，經(jīng)拆機(jī)檢測(cè)，三批排氣門座尺寸全部在公差范圍之內(nèi)，未見(jiàn)磨損，沒(méi)有氣門下沉，使用情況良好。
試驗(yàn)所用汽油機(jī)無(wú)液壓挺柱，沒(méi)有間隙調(diào)節(jié)器，氣門落座時(shí)拍擊力大，而且排氣溫度較高，為850±10℃，使用條件相當(dāng)惡劣。用同一條件試驗(yàn)的其它幾種材料的排氣門座，在試驗(yàn)到50-60小時(shí)時(shí)，氣門都有不同程度的下沉。上述試驗(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，特別適合排氣溫度高、使用無(wú)鉛燃料甚至無(wú)液壓挺柱的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門座的工作環(huán)境。表1實(shí)施例排氣門座的具體化學(xué)成分(重量％)
表2實(shí)施例所采用的本發(fā)明制造方法的具體工藝參數(shù)
表3實(shí)施例所制得的排氣門座的具體密度及硬度指標(biāo)
表4試驗(yàn)工況
權(quán)利要求
1.一種高密度粉末冶金氣門座的制造方法，包括制粉、壓制、燒結(jié)、熱復(fù)壓等步驟，其特征在于具體步驟為采用水霧化方法制取含化合碳的予合金粉末，所述予合金粉末顆粒尺寸在0.154mm以下，所述予合金粉末中碳含量為1.0-2.0重量％，予合金粉末以600-800Mpa壓力壓制，在1100-1150℃、中性氣氛中燒結(jié)1-1.5小時(shí)，制得予燒結(jié)坯，將所制得予燒結(jié)坯用含2-4重量％石墨的酒精溶液進(jìn)行浸漬，浸漬時(shí)間為1-2分鐘，然后進(jìn)入熱復(fù)壓工序；所述熱復(fù)壓工序?yàn)橄葘⒛＞哳A(yù)熱至200-300℃，再將上述用石墨酒精溶液浸漬過(guò)的予合金坯放入電阻絲加熱、氮?dú)獗Ｗo(hù)且予燒結(jié)坯可連續(xù)移動(dòng)的加熱爐中，在750-1050℃下加熱3-5分鐘，然后將加熱至750-1050℃的予燒結(jié)坯置于模具中，以600-800Mpa壓力，進(jìn)行再壓制，即可制得高密度粉末冶金氣門座。
全文摘要
一種高密度粉末冶金氣門座的制造方法,采用水霧化方法制取的含化合碳的預(yù)合金粉末。預(yù)合金粉末經(jīng)壓制、燒結(jié),制得預(yù)燒結(jié)坯。將預(yù)燒結(jié)坯浸漬石墨酒精溶液后置于加熱爐中加熱,再放入預(yù)熱至200—300℃的模具中,在奧氏體+滲碳體組織狀態(tài)下進(jìn)行熱復(fù)壓,制得汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門座。其密度達(dá)到7.5g/cm
文檔編號(hào)B22F3/00GK1273892SQ0010733
公開(kāi)日2000年11月22日 申請(qǐng)日期2000年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月16日
發(fā)明者陳廣志, 奚杰, 田玉清, 丁福昌, 鄧陳虹, 許慶森, 王迎輝 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院