合金材料、气门座圈及其制备方法、气门座圈的安装方法

摘要

本发明提供一种合金材料、由该合金材料制备的气门座圈、该气门座圈的制备方法和气门座圈的安装方法，属于汽车配件技术领域，其可解决现有的合金材料和由其制备的气门座圈在以乙醇为燃料的发动机中耐腐蚀和耐磨损性能较差的问题。本发明的改进了合金材料的配方，完善了气门座圈的制备工艺和安装方法。本发明的气门座圈的耐磨性能和耐蚀性能优良，切削加工性、抗拉强度和抗屈服强度得到了改善。

说明书

技术领域

本发明属于发动机配件技术领域，具体涉及一种合金材料、 由该合金材料制备的气门座圈、该气门座圈的制备方法和气门座 圈的安装方法。

背景技术

乙醇是一种清洁可再生能源，国内市场上使用的汽油均添加 了部分乙醇，并且国际市场尤其巴西市场对乙醇燃料的消费量巨 大，因此以乙醇为燃料的发动机在国际市场潜力很大。

由于有些地区的乙醇燃料中的乙醇含量较高，例如巴西的乙 醇燃料内的乙醇含量较高，最高达100%，乙醇燃料燃烧后氧化物 生成量减少，酸性物生成量增多，发动机气门与座圈接触面增大， 且气门与座圈之间无油雾润滑，润滑条件恶劣，腐蚀和磨损加剧。 乙醇燃料对发动机的可靠性试验要求更高，而传统的汽油发动机 的座圈材料或天然气发动机的座圈材料均满足不了，在完成200h 可靠性试验后就会出现座圈严重下沉，气门与座圈密封不严的现 象。需要开发针对以乙醇为燃料的发动机的气门座圈材料，提高 气门座圈材料的，耐腐蚀和耐磨损性能。

发明内容

本发明的目的是解决现有合金材料的耐腐蚀和耐磨损性能较 差的问题，提供一种耐腐蚀和耐磨损性能优良的合金材料。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种合金材料，按 质量百分比计其成分为：

C 1.1-1.6%；

Cr 6.0-8.0%；

Mo 6.0-8.0%；

Co 10.0-13.0%；

Ni 2.0-4.0%；

Mn 0.9-1.7%；

S 0.7-1.5%；

其它不可避免的杂质1.0%以下，

余量为Fe。

本发明的合金材料通过添加合金粒子Cr、Mo、Co(Cr-Mo-Co 系硬质粒子)，可以有效抑制金属间的初期磨损，保证了合金材料 的耐磨性、热稳定性，再辅以MnS(S和Mn结合)可以提高材料的 自润滑性能和加工性能。

优选的是，按质量百分比计其成分为：

C 1.2-1.5%；

Cr 6.5-7.6%；

Mo 6.3-7.0%；

Co 11.0-12.6%；

Ni 2.3-3.7%；

Mn 1.0-1.6%；

S 0.9-1.4%；

其它不可避免的杂质1.0%以下，

余量为Fe。

本发明所要解决的技术问题还包括，针对气门座圈的制备方 法中气门座圈耐磨性能和耐蚀性能不佳的问题，提供一种耐磨性 能和耐蚀性能优良的气门座圈的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种气门座圈的制 备方法，包括以下步骤：按上述的的合金材料的配比称量各原料 的粉末并混合压制，获得气门座圈的坯体；

将气门座圈的坯体连续烧结；

对气门座圈的坯体进行后处理。

优选的是，所述的连续烧结步骤中，烧结温度为1090-1110 ℃，烧结时间为14-16min。

优选的是，所述的后处理步骤包括：气门座圈的坯体在过热 水蒸气处理40-60min，其中，温度为540-560℃。

进一步优选的是，所述的门座圈的坯体在过热水蒸气处理中， 表面生成的Fe₃O₄的厚度为3-4μm。

本发明的方法制备的气门座圈的耐磨性能和耐蚀性能优良， 气门座圈的切削加工性、抗拉强度和抗屈服强度得到了改善。

本发明还提供一种气门座圈，该气门座圈是由上述方法制备， 所述的气门座圈的洛氏硬度为35-50，密度为6.7-7.1g/cm³，压溃 强度为450-500MPa。因此，该气门座圈的耐磨性能和耐蚀性能优 良，气门座圈的切削加工性、抗拉强度和抗屈服强度得到了改善。

本发明还提供一种气门座圈的安装方法，通过控制气门座圈 压入缸盖的过盈量为64-107μm，防止座圈压入缸盖后碎裂。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结 合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例提供一种合金材料，该合金材料的配方见表1。

优选的，上述合金材料应用于制备气门座圈。当然，也不限 制于进排气的气门座圈，也可以应用于其它腐蚀和磨损严重的地 方，例如，正时齿轮。

合金材料中添加合金粒子Cr、Mo、Co(Cr-Mo-Co系硬质粒子)， 可以有效抑制金属间的初期磨损，保证了合金材料的耐磨性、热 稳定性，再辅以MnS(S和Mn结合)可以提高合金材料的自润滑性 能和加工性能。

优选的，将上述的配方的合金材料通过:称料-混料-压制-烧结 -冷处理-热处理-后处理的工艺过程制得气门座圈。其中，称料、 混料和压制可以采用现有技术的方法进行。

优选的，上述的烧结工艺为连续烧结，将压制成型后的气门 座圈的坯体放在连续烧结炉里进行烧结，烧结温度为1100℃，烧 结时间为16min。

优选的，烧结后气门座圈的坯体还可采用冰冻处理机进行冷 处理和采用退火进行热处理，用以改善组织结构，提高座圈的综 合性能。

优选的，所述的后处理工艺为：将气门座圈的坯体在过热水 蒸气下处理40min，其中，水蒸气的压力为1.013MPa，温度为 550℃，水蒸气与气门座圈的铁基材料发生化学反应生成均匀、致 密、有铁磁性、厚度为3μm的氧化物Fe₃O₄，同时氧化物还会渗 入气门座圈的孔隙内，在工作中可以有效抑制金属间的接触磨损， 增加了耐磨性能和耐蚀性能。

优选的，经过上述工艺制得的气门座圈，其洛氏硬度为45， 密度为6.7g/cm³，压溃强度为470MPa。

上述的气门座圈通过过盈配合的方法安装入缸盖，其中过盈 量为88μm，以防止座圈压入缸盖后碎裂。

取本实施例制备的气门座圈放入发动机的气缸，以100%乙醇 为燃料进行500h可靠性试验，结果见表2，从表2可知，本实施 例制备的气门座圈的磨损量较小，特别适合于以乙醇为燃料的发 动机。

表1各实施例合金材料的配方

  C（W%）   Cr（W%）   Mo（W%）   Co（W%）   Ni（W%）   Mn（W%）   S（W%）   其它   Fe  实施例1   1.4   7   7   12   2   0.9   0.9   0.3   余量  实施例2   1.6   8   8   10   3   1.5   1.5   0.6   余量  实施例3   1.1   6   6   13   4   1.7   1   0.7   余量  实施例4   1.2   6.5   6.5   11   2.3   1   0.7   1   余量  实施例5   1.5   7.6   7.8   12.6   3.7   1.6   1.4   0.9   余量

表2各实施例气门座圈可靠性测试对比表

  座圈磨损量(mm)   测试完成情况   对比座圈   0.32   220h失效   实施例1的座圈   0.08   完成500h测试   实施例2的座圈   0.06   完成500h测试   实施例3的座圈   0.09   完成500h测试   实施例4的座圈   0.07   完成500h测试   实施例5的座圈   0.05   完成500h测试

注：对比座圈为市售的汽油发动机座圈。

实施例2

本实施例提供一种合金材料，该合金材料的配方见表1。

优选的，上述合金材料应用于制备气门座圈。当然，也不限 制于进排气的气门座圈，也可以应用于其它腐蚀和磨损严重的地 方，例如，正时齿轮。

合金材料中添加合金粒子Cr、Mo、Co(Cr-Mo-Co系硬质粒子)， 可以有效抑制金属间的初期磨损，保证了合金材料的耐磨性、热 稳定性，再辅以MnS(S和Mn结合)可以提高合金材料的自润滑性 能和加工性能。

优选的，将上述的配方的合金材料通过:称料-混料-压制-烧结 -冷处理-热处理-后处理的工艺过程制得气门座圈。其中，称料、 混料和压制可以采用现有技术的方法进行。

优选的，上述的烧结工艺为连续烧结，将压制成型后的气门 座圈的坯体放在连续烧结炉里进行烧结，烧结温度为1090℃，烧 结时间为15min。

优选的，烧结后气门座圈的坯体还可采用冰冻处理机进行冷 处理和采用退火进行热处理，用以改善组织结构，提高座圈的综 合性能。

优选的，所述的后处理工艺为：将气门座圈的坯体在过热水 蒸气下处理50min，其中，水蒸气的压力为1.013MPa，温度为540 ℃，水蒸气与气门座圈的铁基材料发生化学反应生成均匀、致密、 有铁磁性、厚度为3.5μm的氧化物Fe₃O₄，同时氧化物还会渗入 气门座圈的孔隙内，在工作中可以有效抑制金属间的接触磨损， 增加了耐磨性能和耐蚀性能。

优选的，经过上述工艺制得的气门座圈，其洛氏硬度为35-50， 密度为6.8g/cm³，压溃强度为480MPa。

上述的气门座圈通过过盈配合的方法安装入缸盖，其中过盈 量为64μm，以防止座圈压入缸盖后碎裂。

取本实施例制备的气门座圈放入发动机的气缸，以100%乙醇 为燃料进行500h可靠性试验，结果见表2，从表2可知，本实施 例制备的气门座圈的磨损量较小，特别适合于以乙醇为燃料的发 动机。

实施例3

本实施例提供一种合金材料，该合金材料的配方见表1。

优选的，上述合金材料应用于制备气门座圈。当然，也不限 制于进排气的气门座圈，也可以应用于其它腐蚀和磨损严重的地 方，例如，正时齿轮。

合金材料中添加合金粒子Cr、Mo、Co(Cr-Mo-Co系硬质粒子)， 可以有效抑制金属间的初期磨损，保证了合金材料的耐磨性、热 稳定性，再辅以MnS(S和Mn结合)可以提高合金材料的自润滑性 能和加工性能。

优选的，烧结后气门座圈的坯体还可采用冰冻处理机进行冷 处理和采用退火进行热处理，用以改善组织结构，提高座圈的综 合性能。

优选的，上述的烧结工艺为连续烧结，将压制成型后的气门 座圈的坯体放在连续烧结炉里进行烧结，烧结温度为1110℃，烧 结时间为15min。

烧结后气门座圈采用现有技术进行冷处理和热处理，用以改 善组织结构，提高座圈的综合性能。

优选的，所述的后处理工艺为：将气门座圈在过热水蒸气下 处理60min，其中，水蒸气的压力为1.013MPa，温度为560℃， 水蒸气与气门座圈的铁基材料发生化学反应生成均匀、致密、有 铁磁性、厚度为3.8μm的氧化物Fe₃O₄，同时氧化物还会渗入气 门座圈的孔隙内，在工作中可以有效抑制金属间的接触磨损，增 加了耐磨性能和耐蚀性能。

优选的，经过上述工艺制得的气门座圈，其洛氏硬度为35， 密度为7.0g/cm³，压溃强度为460MPa。

上述的气门座圈通过过盈配合的方法安装入缸盖，其中过盈 量为100μm，以防止座圈压入缸盖后碎裂。

取本实施例制备的气门座圈放入发动机的气缸，以100%乙醇 为燃料进行500h可靠性试验，结果见表2，从表2可知，本实施 例制备的气门座圈的磨损量较小，特别适合于以乙醇为燃料的发 动机。

实施例4

本实施例提供一种合金材料，该合金材料的配方见表1。

优选的，上述合金材料应用于制备气门座圈。当然，也不限 制于进排气的气门座圈，也可以应用于其它腐蚀和磨损严重的地 方，例如，正时齿轮。

合金材料中添加合金粒子Cr、Mo、Co(Cr-Mo-Co系硬质粒子)， 可以有效抑制金属间的初期磨损，保证了合金材料的耐磨性、热 稳定性，再辅以MnS(S和Mn结合)可以提高合金材料的自润滑性 能和加工性能。

优选的，烧结后气门座圈的坯体还可采用冰冻处理机进行冷 处理和采用退火进行热处理，用以改善组织结构，提高座圈的综 合性能。

优选的，上述的烧结工艺为连续烧结，将压制成型后的气门 座圈的坯体放在连续烧结炉里进行烧结，烧结温度为1095℃，烧 结时间为14min。

烧结后气门座圈采用现有技术进行冷处理和热处理，用以改 善组织结构，提高座圈的综合性能。

优选的，所述的后处理工艺为：将气门座圈在过热水蒸气下 处理55min，其中，水蒸气的压力为1.013MPa，温度为545℃， 水蒸气与气门座圈的铁基材料发生化学反应生成均匀、致密、有 铁磁性、厚度为3.2μm的氧化物Fe₃O₄，同时氧化物还会渗入气 门座圈的孔隙内，在工作中可以有效抑制金属间的接触磨损，增 加了耐磨性能和耐蚀性能。

优选的，经过上述工艺制得的气门座圈，其洛氏硬度为40， 密度为7.1g/cm³，压溃强度为450MPa。

上述的气门座圈通过过盈配合的方法安装入缸盖，其中过盈 量为107μm，以防止座圈压入缸盖后碎裂。

取本实施例制备的气门座圈放入发动机的气缸，以100%乙醇 为燃料进行500h可靠性试验，结果见表2，从表2可知，本实施 例制备的气门座圈的磨损量较小，特别适合于以乙醇为燃料的发 动机。

实施例5

本实施例提供一种合金材料，该合金材料的配方见表1。

优选的，上述合金材料应用于制备气门座圈。当然，也不限 制于进排气的气门座圈，也可以应用于其它腐蚀和磨损严重的地 方，例如，正时齿轮。

合金材料中添加合金粒子Cr、Mo、Co(Cr-Mo-Co系硬质粒子)， 可以有效抑制金属间的初期磨损，保证了合金材料的耐磨性、热 稳定性，再辅以MnS(S和Mn结合)可以提高合金材料的自润滑性 能和加工性能。

优选的，烧结后气门座圈的坯体还可采用冰冻处理机进行冷 处理和采用退火进行热处理，用以改善组织结构，提高座圈的综 合性能。

优选的，上述的烧结工艺为连续烧结，将压制成型后的气门 座圈的坯体放在连续烧结炉里进行烧结，烧结温度为1105℃，烧 结时间为15min。

烧结后气门座圈采用现有技术进行冷处理和热处理，用以改 善组织结构，提高座圈的综合性能。

优选的，所述的后处理工艺为：将气门座圈在过热水蒸气下 处理48min，其中，水蒸气的压力为1.013MPa，温度为555℃， 水蒸气与气门座圈的铁基材料发生化学反应生成均匀、致密、有 铁磁性、厚度为3-4μm的氧化物Fe₃O₄，同时氧化物还会渗入气 门座圈的孔隙内，在工作中可以有效抑制金属间的接触磨损，增 加了耐磨性能和耐蚀性能。

优选的，经过上述工艺制得的气门座圈，其洛氏硬度为48， 密度为6.9g/cm³，压溃强度为500MPa。

上述的气门座圈通过过盈配合的方法安装入缸盖，其中过盈 量为95μm，以防止座圈压入缸盖后碎裂。

取本实施例制备的气门座圈放入发动机的气缸，以100%乙醇 为燃料进行500h可靠性试验，结果见表2，从表2可知，本实施 例制备的气门座圈的磨损量较小，特别适合于以乙醇为燃料的发 动机。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理 而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领 域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况 下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的 保护范围。