一种高密度粉末冶金气门座的制造方法

摘要

一种高密度粉末冶金气门座的制造方法,采用水雾化方法制取的含化合碳的预合金粉末。预合金粉末经压制、烧结,制得预烧结坯。将预烧结坯浸渍石墨酒精溶液后置于加热炉中加热,再放入预热至200—300℃的模具中,在奥氏体+渗碳体组织状态下进行热复压,制得汽车发动机气门座。其密度达到7.5g/cm

说明书

本发明属于将予合金化粉末进行压制、烧结和热复压，制得汽车零件的冶金领域。适用于汽车发动机配气机构中气门座的生产。

气门座是汽车发动机配气机构中的重要部件。它不仅受到机械冲击作用，还受到高温(700-850℃)燃烧气体的冲刷、腐蚀、燃烧产物及空气中灰尘磨损作用，热冷应力的交替作用，因此，极易产生变形、烧损，甚至断裂。在使用无铅汽油时，由于缺乏或没有析出铅化物的润滑效果，加剧了早期磨损，气门座尤其是排气门座使用条件更加恶劣。

为了解决上述问题，除了改进发动机阀系配置及其间隙等结构设计外，重要的是改进材料和生产工艺。粉末冶金工艺生产的各种材料气门座正在逐渐取代铸造工艺生产的气门座。

日本专利平5-80521和中国专利CN1131595A分别介绍了一种粉末冶金气门座制造方法，这两种方法都是采用石墨和多种金属粉末的混合物制造。这种粉末混合方法不易使金属元素混合均匀，特别是石墨和各种金属的比重相差悬殊，更不易混合均匀，使所制得的产品合金元素和所形成的碳化物不易分布均匀。而合金元素的分布不均将直接影响合金的物理机械性能，例如冲击韧性、耐热性等，而碳化物分布不均将直接影响合金的耐磨性能。

本发明目的在于提供一种高密度粉末冶金气门座的制造方法，通过该方法生产的气门座在无铅燃料发动机中具有优异的耐热、耐磨性能和足够的使用寿命。

为达到上述发明目的，本发明所采用的解决问题的手段是：予先制备包含碳在内的予合金化粉末，同时，在奥氏体+渗碳体组织状态下进行热复压。

本发明在雾化制粉时即将碳加入合金中，制得含化合碳的铁基予合金粉末，其具体化学成分为(重量％)：C1.0-2.0，Mo2.5-3.5，Ni1.6-2.6，Co9.5-10.5，Mn≤0.5。予合金化可使金属元素能够均匀分布于合金中，有利提高物理机械性能，特别是Ni、Co等元素在合金中的弥散分布有利提高合金的韧性和耐热性能。而碳在制粉时加入，则有利形成(Fe、Cr、Mo)₃C。(Fe、Cr、Mo)₃C具有较高的显微硬度，HV达800-900，有利提高合金的耐磨性能。

但是，合金粉末含有化合碳，使粉末颗粒变硬，成形性大大下降。为了得到高密度粉末冶金气门座，本发明采用了奥氏体+渗碳体组织状态下的热复压工艺。

基于上述考虑，本发明制造方法包括制粉、压制、烧结、热复压等步骤，其特征在于具体步骤为：采用水雾化方法制取含化合碳的予合金粉末，所述予合金粉末颗粒尺寸在0.154mm以下，所述予合金粉末中碳含量为1.0-2.0重量％；予合金粉末以600-800Mpa压力压制，在1100-1150℃、中性气氛中烧结1-1.5小时，制得予烧结坯；将所制得予烧结坯用含2-4重量％石墨的酒精溶液进行浸渍，浸渍时间为1-2分钟，然后进入热复压工序；所述热复压工序为：先将模具预热至200-300℃，再将上述用石墨酒精溶液浸渍过的予烧结坯放入电阻丝加热、氮气保护且予烧结坯可连续移动的加热炉中，在750-1050℃下加热3-5分钟，然后将加热至750-1050℃的予烧结坯置于模具中，以600-800Mpa压力，进行再压制，即可制得高密度粉末冶金气门座。

所获得的粉末冶金气门座，密度＞7.5g/cm³，硬度＞HRC30。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明在水雾化制粉时将石墨加入合金中，制得含化合碳的予合金粉末；其它专利则采用混合粉末。

(2)本发明采用的热复压是在奥氏体+渗碳体双相组织状态下进行热复压；而一般热复压是铁素体或奥氏体单相组织的热复压。

(3)本发明热复压所用加热装置是电阻丝加热的普通加热炉，造价低；而象气门座这样的小件样品一般热复压或热锻所采用的加热手段是中频感应加热，设备造价高，需要昂贵的中频控制装置。

(4)本发明样品加热炉可通氮气等保护气体，可防止加热氧化，防止产生氧化物夹杂；而一般感应加热是在空气中进行的，样品容易氧化，容易产生氧化物夹杂。

(5)本发明样品在热复压前，先浸渍含2-4％石墨的酒精溶液，使样品表面均匀地布敷一薄层石墨，不仅在加热过程，而且在样品从炉中取出到装入复压模具，即样品在空气里移动过程中可进一步防止氧化和脱碳；而一般热复压或热锻均是在模具上涂敷石墨水溶液，只起润滑作用，起不到上述作用。

实施例

按本发明所述的制造方法，分别制造了三批高密度粉末冶金排气门座，具体为首先采用水雾化方法制备了予合金粉，其具体化学成分见表1，再将予合金粉通过压制、烧结、热复压制得排气门座，具体的工艺参数见表2，所制得的排气门座的密度及硬度见表3，按照超速耐久实验规范，将上述3批排气门座先在试验台架上全速全负荷(额定转速4200r/min、额定功率72KW、最大扭矩200N·m)运行100小时，然后按表4所列程序6个工况顺序进行超速耐久试验，每个循环为12小时30分，进行了10个循环125小时试验。

按上述试验程序总计进行了225小时台架试验，经拆机检测，三批排气门座尺寸全部在公差范围之内，未见磨损，没有气门下沉，使用情况良好。

试验所用汽油机无液压挺柱，没有间隙调节器，气门落座时拍击力大，而且排气温度较高，为850±10℃，使用条件相当恶劣。用同一条件试验的其它几种材料的排气门座，在试验到50-60小时时，气门都有不同程度的下沉。上述试验结果表明，本发明气门座具有优异的耐热、耐磨、耐冲击性能，特别适合排气温度高、使用无铅燃料甚至无液压挺柱的汽车发动机排气门座的工作环境。表1实施例排气门座的具体化学成分(重量％)表2实施例所采用的本发明制造方法的具体工艺参数表3实施例所制得的排气门座的具体密度及硬度指标表4试验工况

 序号转速，r/min    功率，kw 时间，min 1怠速800    0 30 2全负荷最大扭矩转速2600    54.5(扭矩200Nm) 325(最大扭矩全负荷) 34452    0 20 4额定转速+12％4700    0 10 54200    72 245(额定功率全负荷) 6额定转速+6％4452    72 120 每循环共历时 12h30min