[發(fā)明專利]一種溫壓-模壁潤滑含稀土粉末冶金氣門座及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910144742.0
• 申請日: 2009-08-31
• 公開（公告）號: CN101634238A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁春;戴澤玉
• 申請（專利權(quán)）人: 桐城市汽車部件有限公司
• 主分類號: F01L3/02
• 分類號: F01L3/02;B22F1/00;B22F3/16;C22C38/56;C22C38/44;C22C38/36;C22C38/22
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣門座及其制造方法，具體是一種含稀土鐵基粉末冶金發(fā)動機氣門座及其制造方法。

技術(shù)領(lǐng)域

氣門與氣門座是發(fā)動機的重要摩擦副之一，氣門座的功能是控制燃氣的進入、廢氣的排出；承受高溫環(huán)境受氣門的沖擊、磨損；以及進、排氣流的沖蝕、氧化等作用，即在高溫服役時，不僅要承受高溫沖擊，同時還遭受到廢氣的腐蝕，極易產(chǎn)生磨損、變形、燒損、甚至斷裂失效。目前出于環(huán)境保護的要求使用的是無鉛汽油，失去了鉛化物的潤滑效果，加劇了氣門座的早期磨損，氣門座尤其是排氣門座的工作條件更加惡劣。氣門與氣門座圈的運行壽命與可靠性在某種程度上決定了發(fā)動機的工作性能、服役壽命與輸出功率。氣門座是發(fā)動機易損零件之一，其正常失效形式為磨損嚴重時氣門下沉量過大、氣密性差，其質(zhì)量和性能直接影響了發(fā)動機的油耗、功率、效率、使用壽命。

為了提高氣門座和發(fā)動機的使用壽命，除了對發(fā)動機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計外，另一個重要的途徑是合理地調(diào)整氣門座材料的化學成份，優(yōu)化制造和熱處理工藝，以達到化學成份與制造工藝的最佳配合。氣門座材料的選用主要與發(fā)動機的工況、大小、冷卻方式、燃料等有關(guān)，常用的氣門座材料包括鑄造合金、粉末冶金和鍛鋼制品三類，與鑄造合金氣門座相比，粉末冶金氣門座具有少、無切削、材料利用率高、設(shè)計自由度大和容易滿足各類發(fā)動機氣門座工作特性要求等優(yōu)點，近年來粉末冶金氣門座受到了較高的重視，并出現(xiàn)了許多新的工藝，如溫壓成形、模壁潤滑等。

合金化技術(shù)是顯著改善和提高鐵基粉末冶金材料性能的有效途徑之一。溫壓工藝是采用一次壓制/一次燒結(jié)工藝制造高密度、高強度粉末冶金結(jié)構(gòu)零件的一項低成本的新技術(shù)，已在齒輪、連桿等粉末冶金零件中獲得了實際應用。模壁潤滑方法可以減少混入內(nèi)部潤滑劑的數(shù)量，提高粉末冶金零件的密度，改善其物理、力學性能。將模壁潤滑和溫壓工藝相結(jié)合，可使壓坯密度大于7.5g/cm³，所得的密度分布更加均勻、脫模壓力和磨具的損耗更小，它是溫壓工藝的一個重要發(fā)展方向。將合金化(稀土改性)、溫壓、模壁潤滑三種技術(shù)的結(jié)合，不僅克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝中因密度不高造成的強度、韌性不足等缺陷，還可以顯著提高粉末冶金零件的高溫性能、抗氧化性、耐磨性和疲勞強度等。

發(fā)明專利申請1(公開號CN?1273892A)公開了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合金粉末，粉末顆粒尺寸小于0.154mm。預合金粉末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，其具體化學成分為(重量百分比，％)為：C1.0-2.0，Mo2.5-3.5，Ni1.6-2.6，Co9.5-10.5，Mn＜0.5，經(jīng)壓制、燒結(jié)，制得預燒結(jié)坯。將預燒結(jié)坯浸漬石墨酒精溶液后置于加熱爐中加熱，再放入預熱至200-300℃的模具中，在奧氏體+滲碳體組織狀態(tài)下進行熱復壓，制得汽車發(fā)動機氣門座。其密度達到7.5g/cm²以上，硬度達到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。發(fā)明專利申請2(公開號CN?1105304A)公開的一種汽、柴油發(fā)動機缸蓋內(nèi)的雙金屬鐵基粉末冶金氣門座是由鐵基粉末A和鐵基粉末B兩種不同組分的材料壓制成型，經(jīng)燒結(jié)而成。粉末A的組成為(重量百分比，％)：C0.7-1.6；Ni0.8-2.7；Cr2.0-4.5；W0.5-1.0；Co4.0-9.0；Mo1.0-5.0；硫磺0.1-0.6；硬脂酸鋅0.1-0.9；機油0.2-0.4；其余為Fe，粉末B的組成為(重量，％)：C0.3-1.2；Cr13-22；Ni10-14；Mo1.3-2.7；W0.5-1.0；硫磺0.1-0.6；硬脂酸鋅0.1-0.9；機油0.2-0.4；其余為Fe。兩種粉末各自經(jīng)V型混合機混合后，粉末A先置于模具內(nèi)，定量的粉末B置于粉末A之上，壓制成型，并在1000-1360℃下在粉末冶金燒結(jié)爐中燒結(jié)，工藝流程是：兩種粉末分別配料、混合→按順序置于模具內(nèi)→壓制成型→燒結(jié)→機加工(或不加工)→熱處理→磨加工→浸油→檢驗→入庫。所得雙金屬粉末冶金氣門座具有自潤滑耐磨性能好，不開裂，強度高，使用壽命長，成本低等優(yōu)點。發(fā)明專利申請3(公開號CN?1603580A)公開了一種水冷雙燃料三輪、四輪摩托車發(fā)動機進氣門座，座體為環(huán)形柱體狀，內(nèi)孔的一端為錐形孔，由兩層鐵基金屬粉末層即密封面層和底層軸向燒結(jié)而成，其中底層的組成及質(zhì)量百分比(％)為：C0.9-1.4，Cr0.3-1.0，Cu1.0-2.0，余量為Fe；密封面層的組成及質(zhì)量百分比(％)為：C0.9-1.4，Cr3.0-5.0，Mo3.5-4.5，Cu8.0-12.0，Ni1.0-2.5，Co3.0-6.0，余量為Fe。與傳統(tǒng)單一鐵基金屬粉末層的進氣門座相比，該氣門座的耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性均有所提高，有效解決進氣門座分體開裂的問題，延長了進氣門座的使用壽命。授權(quán)發(fā)明專利4(授權(quán)公告號CN?1120291C)公告了一種粉末冶金復合材料發(fā)動機氣門導筒，其頂部或頂部表層由材料B構(gòu)成，其余部份由材料A構(gòu)成。材料A的組分及其質(zhì)量百分比(％)如下：Cu?0.5-2，Ni?1-3，Mo?0.5-1，C?0.5-1，NbC5-12，P?0.3-0.6，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)；材料B的組分及其質(zhì)量百分比(％)如下：Cu2-4，Ni2-4，Mo1-2，C0.5-1.5，NbC10-20，P0.3-0.6％，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。兩種粉末材料過100目篩，然后在二維混料機上干混30-80分鐘；將粉末材料A充填于氣門導筒陰模型腔內(nèi)，然后在氣門導筒頂部或頂部表層布粉末材料B，在130℃-150℃下以550-700MPa的壓力溫壓成形；將復合成形的氣門導筒生坯在四段高溫燒結(jié)爐上燒結(jié)，氣門導筒頂部向下放置，高溫燒結(jié)時間1-2小時，推舟速度20-25分鐘/舟，燒結(jié)爐各段的溫度為：I段300℃-400℃；II段700℃-800℃；III段1250℃-1300℃；IV段650℃-800℃。得到粉末冶金復合材料的氣門導筒其頂部硬度55-63HRC，其余部分硬度HRC25-45，σ_b＝800-900MPa，δ＝2.0-3.0％。采用一次壓制燒結(jié)，不需通過熱處理來提高強度和硬度，可降低生產(chǎn)成本約30％以上。經(jīng)500小時臺架考核試驗，該粉末冶金復合材料氣門導筒頂部磨損接近于零，耐磨性比12CrNi3A鋼提高50-100倍。文獻1(新材料產(chǎn)業(yè)，2007，(1)：59-67)論述了高密度粉末冶金零件最可能采用的制造工藝——溫壓與模壁潤滑技術(shù)及工藝參數(shù)，采用帶電干粉潤滑劑噴涂進行模壁潤滑的涂敷時間為0.5s左右，可將通常混合于鐵基合金粉末中的潤滑劑從0.75％減少到0.05％-0.2?5％(質(zhì)量分數(shù))，同時脫模壓力不高于添加0.75％白蠟的混合粉，在620MPa下成型的高。模壁潤滑與溫壓結(jié)合時，在生產(chǎn)條件下，可將壓坯密度增高到7.30g/cm³。文獻2(粉末冶金技術(shù)，2007，25(2)：27-31)研究了模壁潤滑溫壓Fe-2Ni-2Cu-1Mo-1C材料在不同的溫度和不同時間下燒結(jié)行為，模壁潤滑采用聚四氟乙烯乳化液潤滑，溫壓溫度為120-125℃，壓力700MPa，模壁潤滑溫壓的生坯密度為7.38g/cm³，燒結(jié)在高溫鉬絲爐中進行。模壁潤滑溫壓Fe-2Ni-2Cu-1Mo-1C材料的燒結(jié)密度隨燒結(jié)溫度升高先增大后降低，燒結(jié)膨脹變化趨勢剛好相反；燒結(jié)密度隨著燒結(jié)時間的延長先下降隨后逐漸提高，燒結(jié)尺寸變化趨勢剛好相反，燒結(jié)體密度在7.30-7.35g/cm³內(nèi)變化。模壁潤滑和溫壓的結(jié)合有利于提高材料的生坯密度和力學性能，抗拉強度和伸長率隨著燒結(jié)溫度(燒結(jié)時間)的升高(延長)而增大。