铁基粉末冶金气门导管组织结构与性能的研究

摘要

本文通过粉末冶金技术，在一定烧结温度（1120℃和1150℃）下制备了Fe-Cu-C及Fe-Cu-C-MoS2系铁基粉末冶金气门导管，用碳硫分析仪对烧结后的含碳量进行分析，借助金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪及力学性能测试，重点研究了C、Cu含量和几何尺寸、烧结温度、热处理工艺对气门导管组织性能的影响和作用机制，分析了气门导管的致密化、尺寸变化，还研究了其硫化腐蚀及相关电化学腐蚀。试验结果表明:气门导管烧结脱碳量均在控制范围内，1120℃烧结的脱碳量要比1150℃烧结低，其组织性能也优于1150℃烧结，烧结密度相比压坯有所降低，其尺寸稳定性也较高，故烧结温度以1120℃为宜。铁基材料的C含量决定显微组织，Cu通过液相扩散，提高致密度，MoS2改善压坯密度均匀性，Fe-Cu-C系烧结态主要组织为层片状珠光体和铁素体，Fe-Cu-C-MoS2系中的MoS2在氨分解保护气氛的烧结中发生分解，其烧结态主要组织为大量不规则珠光体、少量层片状珠光体和铁素体，经840℃油淬+180℃低温回火后，气门导管主要组织均为回火马氏体和残余奥氏体。气门导管的硬度、压溃强度均随高度方向上的致密度降低而降低，经热处理后，气门导管的硬度和压溃强度大大提高，但针对热处理对后续加工及使用性能的影响还有待验证。气门导管高温硫化后形成一层疏松多孔的块状硫化膜，并产生部分裂纹缺陷，硫化膜的主要成分为Fe1-XS、Fe7S8，电化学试验表明，气门导管上端面与下端面的耐腐蚀性均要明显优于气门导管中间横截面。

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摘要

第一章 绪论

1．1 发动机气门导管及其制造技术

1．2 粉末冶金技术

1．2．1 成型的基本过程

1．2．2 常用成型技术

1．2．3 烧结过程

1．2．4 常用烧结技术

1．3 铁基粉末冶金材料常见元素与化合物的作用

1．3．1 碳

1．3．2 铜

1．3．3 二硫化钼

1．3．4 硫化锰

1．4 粉末冶金气门导管的制造及发展概况

1．4．1 性能与尺寸精度要求

1．4．2 材质选择

1．4．3 生产工艺

1．4．4 组织与性能控制

1．4．5 粉末冶金气门导管的发展概况

1．5 本课题的研究意义与主要内容

第二章 试验过程及方法

2．1 试验材料与设备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设备

2．2 试样制备方法

2．2．1 混料

2．2．2 压制

2．2．3 烧结

2．2．4 热处理

2．3 分析检测方法

2．3．1 密度的测试

2．3．2 表观硬度和显微硬度的测试

2．3．3 径向压溃强度的测试

2．3．4 含碳量分析

2．3．5 组织、结构观察与分析

2．3．6 硫化腐蚀

2．3．7 电化学腐蚀

第三章 气门导管烧结致密化与尺寸变化分析

3．1 气门导管致密化

3．1．1 气门导管烧结过程

3．1．2 气门导管烧结致密化

3．1．3 气门导管烧结前后密度比较

3．2 气门导管烧结后尺寸变化

3．3 本章小结

第四章 气门导管的成分、组织与结构

4．1 烧结后含碳量的变化

4．2 气门导管晶体结构

4．3 气门导管显微组织

4．3．1 烧结态的组织

4．3．2 热处理后的组织

4．4 本章小结

第五章 气门导管的力学性能

5．1 烧结温度对致密度与力学性能的影响

5．1．2 对致密度的影响

5．1．2 对力学性能的影响

5．2 化学组成对力学性能的影响

5．2．1 碳含量的影响

5．2．2 铜含量的影响

5．3 力学性能在高度方向的分布

5．4 高度壁厚比对力学性能的影响

5．5 热处理对力学性能的影响

5．6 本章小结

第六章 气门导管的耐腐蚀性

6．1 硫化腐蚀试验

6．1．1 引言

6．1．2 气门导管的硫化膜及形成机制

6．1．3 气门导管的硫化机理

6．2 电化学腐蚀试验

6．2．1 引言

6．2．2 气门导管的Tafel曲线

6．2．3 气门导管的电化学阻抗谱

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况