一種高密度粉末冶金氣門座的制造方法技術(shù)

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)動機氣門座。其密度達(dá)到７．５ｇ／ｃｍ↑［２］以上，硬度達(dá)到ＨＲＣ３０以上，既耐磨耐熱又耐沖擊，適合排氣溫度高、使用無鉛燃料甚至無液壓挺柱的汽車發(fā)動機排氣門座的工作環(huán)境。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)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)動機配氣機構(gòu)中氣門座的生產(chǎn)。氣門座是汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)中的重要部件。它不僅受到機械沖擊作用，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。在使用無鉛汽油時，由于缺乏或沒有析出鉛化物的潤滑效果，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。為了解決上述問題，除了改進(jìn)發(fā)動機閥系配置及其間隙等結(jié)構(gòu)設(shè)計外，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。本專利技術(shù)目的在于提供，通過該方法生產(chǎn)的氣門座在無鉛燃料發(fā)動機中具有優(yōu)異的耐熱、耐磨性能和足夠的使用壽命。為達(dá)到上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)所采用的解決問題的手段是予先制備包含碳在內(nèi)的予合金化粉末，同時，在奧氏體+滲碳體組織狀態(tài)下進(jìn)行熱復(fù)壓。本專利技術(shù)在霧化制粉時即將碳加入合金中，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，本專利技術(shù)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，本專利技術(shù)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，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)壓工序為先將模具預(yù)熱至200-300℃，再將上述用石墨酒精溶液浸漬過的予燒結(jié)坯放入電阻絲加熱、氮氣保護(hù)且予燒結(jié)坯可連續(xù)移動的加熱爐中，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，本專利技術(shù)的優(yōu)點在于(1)本專利技術(shù)在水霧化制粉時將石墨加入合金中，制得含化合碳的予合金粉末；其它專利則采用混合粉末。(2)本專利技術(shù)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)本專利技術(shù)熱復(fù)壓所用加熱裝置是電阻絲加熱的普通加熱爐，造價低；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)備造價高，需要昂貴的中頻控制裝置。(4)本專利技術(shù)樣品加熱爐可通氮氣等保護(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)本專利技術(shù)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過程中可進(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，只起潤滑作用，起不到上述作用。實施例按本專利技術(shù)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)成分見表1，再將予合金粉通過壓制、燒結(jié)、熱復(fù)壓制得排氣門座，具體的工藝參數(shù)見表2，所制得的排氣門座的密度及硬度見表3，按照超速耐久實驗規(guī)范，將上述3批排氣門座先在試驗臺架上全速全負(fù)荷(額定轉(zhuǎn)速4200r/min、額定功率72KW、最大扭矩200N·m)運行100小時，然后按表4所列程序6個工況順序進(jìn)行超速耐久試驗，每個循環(huán)為12小時30分，進(jìn)行了10個循環(huán)125小時試驗。按上述試驗程序總計進(jìn)行了225小時臺架試驗，經(jīng)拆機檢測，三批排氣門座尺寸全部在公差范圍之內(nèi)，未見磨損，沒有氣門下沉，使用情況良好。試驗所用汽油機無液壓挺柱，沒有間隙調(diào)節(jié)器，氣門落座時拍擊力大，而且排氣溫度較高，為850±10℃，使用條件相當(dāng)惡劣。用同一條件試驗的其它幾種材料的排氣門座，在試驗到50-60小時時，氣門都有不同程度的下沉。上述試驗結(jié)果表明，本專利技術(shù)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、使用無鉛燃料甚至無液壓挺柱的汽車發(fā)動機排氣門座的工作環(huán)境。表1實施例排氣門座的具體化學(xué)成分(重量％) 表2實施例所采用的本專利技術(shù)制造方法的具體工藝參數(shù) 表3實施例所制得的排氣門座的具體密度及硬度指標(biāo) 表4試驗工況權(quán)利要求1.，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，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)壓工序為先將模具預(yù)熱至200-300℃，再將上述用石墨酒精溶液浸漬過的予合金坯放入電阻絲加熱、氮氣保護(hù)且予燒結(jié)坯可連續(xù)移動的加熱爐中，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,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)動機氣門座。其密度達(dá)到7.5g/cm文檔編號B22F3/00GK1273892SQ0010733公開日2000年11月22日 申請日期2000年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月16日專利技術(shù)者陳廣志, 奚杰, 田玉清, 丁福昌, 鄧陳虹, 許慶森, 王迎輝 申請人:鋼鐵研究總院本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
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，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)壓工序為：先將模具預(yù)熱至２００－３００℃，再將上述用石墨酒精溶液浸漬過的予合金坯放入電阻絲加熱、氮氣保護(hù)且予燒結(jié)坯可連續(xù)移動的加熱爐中，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。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳廣志，奚杰，田玉清，丁福昌，鄧陳虹，許慶森，王迎輝，
申請(專利權(quán))人：鋼鐵研究總院，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]