CN103361576A - 用于阀座的烧结合金和使用该合金制造排气阀座的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于阀座的烧结合金和使用该合金制造排气阀座的方法。使用一种方法可以制造用于阀座的烧结合金，所述方法包括：混合MnS和用于阀座的合金粉末，所述用于阀座的合金粉末包含0.8-1.2重量%的C、2.0-4.5重量%的Ni、3.0-5.0重量%的Cr、16.0-20.0重量%的Mo、9.0-13.0重量%的Co，0.05-0.15重量%的V、0.2-0.8重量%的S、Fe和额外的不可避免的杂质；通过形成混合的物料来制备一次形状；对一次成形的形状进行预烧结；通过再次挤压一次预烧结的形状来制备二次形状；对二次形状进行主烧结；并且对主烧结的二次形状进行回火。

Description

用于阀座的烧结合金和使用该合金制造排气阀座的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月2日提交的韩国专利申请第10-2012-0033989号的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及阀座。更特别地，本发明涉及用于阀座的烧结合金以及利用该烧结合金制造阀座的方法，其中添加MnS用于改善机械加工性和回火性。

背景技术

用于车辆的发动机部件的阀座是一种接触阀表面并且保持燃烧室中的气密性的部件。所述阀座受到反复撞击，所以需要将其制造为其不会由于受到反复撞击而遭到破坏。

用于阀座的传统的耐磨烧结合金具有作为其主要成分的铁（Fe），并且含有0.4-1.0重量%的碳（C）、0.1-1.0重量%的硅（Si）、0.5-2.0重量%的铬（Cr）、6.0-10.0重量%的钼（Mo）、6.0-15.0重量%的钴（Co）和6.0-18.0重量%的铅（Pb）。其制造过程如下。

首先，将除铅以外的所述成分的金属粉末混合，并且其通过4-8吨/平方厘米的表面压力形成。

将其在减压条件下，于750-800℃的范围内预烧结40分钟，并且其通过7-10吨/平方厘米的表面压力锻造。

然后，在氢气氛中，于1110-1140℃的范围进行主烧结，持续30-50分钟，将树脂浸渍以改善可加工性，并且进行转桶提金法处理（barrelprocess）以制造用于阀座的耐磨烧结合金。

然而，通过成分和含量制造的用于阀座的烧结合金引起工具的过度磨耗和撕裂，并且可加工性不好。因此，需要改进。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供了用于阀座的烧结合金和使用其的排气阀座的制造方法，所述用于阀座的烧结合金具有的优点在于通过由于加入MnS和进行回火而形成Co-Mo-Cr-Si硬质相来改善固体润滑、阀座的粗糙度和表面条件。

根据各个方面，本发明提供了用于阀座的烧结合金，并且将MnS添加到烧结合金中，所述烧结合金包括0.8-1.2重量%的C、2.0-4.5重量%的Ni、3.0-5.0重量%的Cr、16.0-20.0重量%的Mo、9.0-13.0重量%的Co，0.05-0.15重量%的V、0.2-0.8重量%的S、Fe和额外的不可避免的杂质。

根据本发明的各个方面，添加相对于100重量份的所述烧结合金的量为0.2-2.5重量份的MnS，MnS的粒径小于12μm，并且MnS包括60-65重量%的Mn和35-40重量%的S。

本发明的各个方面提供了一种方法，其包括以下步骤：混合MnS和用于阀座的合金粉末，所述用于阀座的合金粉末包括0.8-1.2重量%的C、2.0-4.5重量%的Ni、3.0-5.0重量%的Cr、16.0-20.0重量%的Mo、9.0-13.0重量%的Co，0.05-0.15重量%的V、0.2-0.8重量%的S、Fe和额外的不可避免的杂质；通过形成混合的物料来制备一次形状；对一次成形的形状进行预烧结；通过再次挤压一次预烧结的形状来制备二次形状；对二次形状进行主烧结；并且对主烧结的二次形状进行回火。

根据本发明的各个方面，MnS相对于100重量份的合金粉末的量为从0.2至2.5重量份，回火温度为从180℃至220℃，并且回火时间为从100分钟到150分钟。

本发明的各个方面提供的方法包括以下步骤：使油渗透到回火的二次形状中，并且对油渗透的二次形状进行加工和转桶提金法处理（barreling）。

阀座可以由上述烧结合金制造。

通过由于加入MnS和进行回火而形成Co-Mo-Cr-Si硬质相可以改善固体润滑、阀座的粗糙度和表面条件。

此外，可以改善阀座的耐磨性而不增加咬合磨耗损失，并且防止撕裂现象。

本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1A-1C是根据阀座的处理顺序的本发明的各个方面的示意图。

图2是根据本发明的示例性阀座表示粗糙度的曲线图。

图3A-3D显示出根据比较例和本发明的示例性实施例的示例性金属结构在腐蚀之前和腐蚀之后的照片。

图4是用于根据本发明的示例性阀座的制造过程的流程图。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施例。

根据本发明的各个方面，通过将MnS添加到烧结合金中来制造用于阀座的烧结合金，所述烧结合金包括0.8-1.2重量%的C、2.0-4.5重量%的Ni、3.0-5.0重量%的Cr、16.0-20.0重量%的Mo、9.0-13.0重量%的Co，0.05-0.15重量%的V、0.2-0.8重量%的S、Fe和额外的不可避免的杂质。

含有相对于100重量份的烧结合金的0.2-2.5重量份的MnS，并且采用含有MnS的烧结合金来制造阀座。

在下文中解释对于根据本发明的各种实施方案的数值的限制原因。

首先，将碳添加到铁（Fe）中，以便根据强度和硬度的增量的耐磨性得到改善并且基体的强度得到增强。如果碳的量小于0.8重量%，则过量形成珠光体（pearlite）和铁素体（ferrite），使得所述基体软化并且强度和耐磨性较差，如果碳的量大于1.2重量%，则在形成珠光体之后保留的碳形成网络结构的渗碳体，使得所述基体强度减弱。

因此，本发明的各种实施方案中碳的含量被限制在0.8-1.2重量%。

当将Ni添加并扩散到基体金属中时，其改善了耐热性和高温特性。如果Ni的量小于2.0重量%，则上述效果略有显示，而如果Ni的量大于4.5重量%，基体结构被改变为马氏体（martensite）和富Ni奥氏体（Ni-rich austenite），从而结构是不稳定的，并且硬度过量增加进而使机械加工性变差。

因此，本发明的各种实施方案中Ni的含量被限制在2.0-4.5重量%。

Cr与Co、Mo和Si成分一起形成Co-Mo-Cr-Si相（其为硬质相），以至于耐磨性得到改善，并且Cr通过在基体中沉淀CrS来发挥润滑剂的作用。如果Cr的含量小于3.0重量%，则略微形成所述Co-Mo-Cr-Si相（其为硬质相）和所述CrS（其为固体润滑剂），从而耐磨性较差。

当Cr的含量大于5.0重量%时，过量形成Co-Mo-Cr-Si相和CrS，从而使金属基体的强度减弱。

因此，本发明的各种实施方案中Cr的含量被限制在3.0-5.0重量%。

在Co-Mo-Cr-Si相中，成分的量分别为50重量%的Mo、9重量%的Cr、3重量%的Si和作为余量的Co。

然而，上述量的成分对于优化效果而言是示例性的，因此其含量不限于所述用量。

Mo与Co共同形成Co-Mo-Cr-Si相（其为硬质相），从而通过借助于在Fe基体中的扩散的Fe-Mo相来提高和改善耐磨性。如果Mo的量小于16.0重量%，则略微形成Co-Mo-Cr-Si相和Fe-Mo相，使得耐磨性较差，而如果Mo的量大于20.0重量%，则过量形成Co-Mo-Cr-Si相和Fe-Mo相，从而使基体金属的强度减弱。

因此，本发明的各种实施方案中Mo的含量被限制在16.0-20.0重量%。

Cr与Mo共同形成Co-Mo-Cr-Si相（其为硬质相），使得耐磨性得到提高。如果Cr的量小于9.0重量%，则略微形成Co-Mo-Cr-Si相，使得耐磨性较差，而如果Cr的量大于13.0重量%，则过量形成Co-Mo-Cr-Si相，从而使基体金属的强度减弱。

因此，本发明的各种实施方案中Cr的含量被限制在9.0-13.0重量%。

在本发明的各种实施方案中，将V（钒）与碳结合并形成颗粒状碳化物，以至于耐磨性和高温强度得到改善。如果V的量小于0.05重量%，则影响是轻微的，而如果V的量是大于0.15重量%，则容易形成V₂O₅氧化物。由于所述氧化物的蒸汽压较高，因此易于在高温下蒸发。

因此，本发明的各种实施方案中V的含量被限制在0.05-0.15重量%。

此外，添加硫（S）作为固体润滑剂并将其与Cr结合，并在颗粒内部形成CrS。

如果S的量小于0.2重量%，则固体润滑剂的沉淀量较小，以至于影响是轻微的，而如果S的量大于0.8重量%，则CrS的量是过量的，使得基体的强度变差。

因此，本发明的各种实施方案中S的含量被限制在0.2-0.8重量%。

此外，在本发明的各种实施方案中，用于阀座的烧结合金含有作为主要成分的铁（Fe）并且将MnS添加到用于阀座的合金粉末中，以改善工具磨损性和机械加工性。

在本发明的各种实施方案中，MnS存在于孔中并且不与相邻的元素反应，因此能够改善机械加工性和固体润滑。

在本发明的各种实施方案中，MnS（具有小于或等于12μm的粒径）是均匀分布的，MnS的含量是60-65重量%，并且S的含量是35-40重量%。MnS在高温下不分解成化合物并且是稳定的，因此MnS保留在烧结体的孔中作为烧结之后的MnS。因此，在机械加工过程中，通过减小咬合摩擦系数能够获得烧结体，其中所述烧结体的机械加工性是良好的。

此外，因为MnS发挥了作为固体润滑剂的作用，所以MnS能够减少金属之间的撞击和摩擦力。

如果MnS相对于100重量份的烧结合金（合金粉末）的量小于0.5重量份，则效果是轻微的，而如果MnS相对于100重量份的烧结合金的量大于2.5重量份，则基体的强度减小，以至于在将阀座挤压到气缸盖中的过程中能够容易地发生断裂。

因此，在本发明的各种实施方案中，MnS相对于100重量份的烧结粉末（合金粉末）的含量被限制在0.5-2.5重量份。

下文中将描述本发明的各种实施方案中的阀座的制造方法。

图4是根据本发明的各种实施方案的阀座的制造过程的流程图。参照图4，将相对于100重量份的合金粉末的1.0~2.0重量份的MnS添加到合金粉末中，所述合金粉末由0.8-1.2重量%的C、2.0-4.5重量%的Ni、3.0-5.0重量%的Cr、16.0-20.0重量%的Mo、9.0-13.0重量%的Co，0.05-0.15重量%的V、0.2-0.8重量%的S、Fe和额外的不可避免的杂质组成。

在步骤S100中，考虑到通过一次成形所需密度和整体长度，将混合的合金粉末和MnS制备成一次形状。

然后，在步骤S110中进行预烧结，并且该过程在2.5小时期间于750-800℃的范围内完成。

预烧结过程是通过将少量的碳扩散到用于在步骤S120中进行再次挤压（锻造）的一次成形的形状中来改善可锻性的过程，所述再次挤压（锻造）是一个用于提高密度的过程。

在预烧结过程之后，在步骤S120中将一次成形的形状再次挤压，从而通过施加10吨/平方厘米的力，实现二次形状并增大密度。

再次挤压过程中的物料是物理结合的，而二次形状能够通过在步骤S130中的主烧结来化学结合。

在主烧结过程中，将物料在1110-1140℃的范围内保持5小时，并且特别是在高温区保持50分钟。

在主烧结之后，二次形状中出现残余应力，在步骤S140中进行回火处理以除去残余应力，所述回火处理中的温度在大气中是恒定的。

本发明的各种实施方案中的回火温度在180-220℃的范围内，并且回火时间在100-150分钟的范围内。

通过回火使结构之间的应力得以缓解。

然后，进行含油处理（oil-containing process），所述含油处理在真空状态下将油混入二次形状，以改善产品的机械加工性并防止生锈。

在含油处理完成之后，对混入油的二次形状的尺寸和形状进行机械加工处理，其不是通过粉末金属（PM）的方法而实现，在步骤S150中进行转桶提金法处理以保持最佳的表面状态，在该处理之后除去了毛刺和杂质。

当所述转桶提金法处理完成之后，早期检测出产品表面上的缺陷并且最终检查能够找到它们，因此所述产品不会被递送至客户。

下文中将更加详细地描述本发明的各种实施方案。

然而，本发明的范围并不限制于此。

实施例

在本发明的各种实施方案中，将相对于100份的合金粉末的1.5重量份的MnS均匀地掺合在合金粉末中，所述合金粉末由59.5重量%的Fe、3.15重量%的Ni、18.24重量%的Mo、4.27重量%的Cr、1.04重量%的C、11.6重量%的Co、0.95重量%的Mn、0.88重量%的S，0.1重量%的V和额外的不可避免的杂质组成，并且将掺合的合金粉末挤压以制造用于阀座的烧结合金，并且将挤压的合金粉末成形、烧结并于200℃回火120分钟。

对通过上述方法制造的阀座的磨耗损失进行测量。

阀座10能够分为座部分12、14和16以及非座部分，并且座部分12、14和16是本发明的各种实施方案中实验的焦点所在。

本发明的各种实施方案中的非座部分指的是图1A-1C中的座部分12、14和16的下部，其中与该阀的摩擦是微不足道的。

图1A-1C显示出用于根据本发明的各种实施方式的阀座10的处理顺序，其中在处理座部分12和14之后，处理座部分16。

座部分16是阀座10与图1C中的阀接触的部分，并且座部分12和14是用于形成座部分16的辅助表面。

图1A-1C中的座部分12、14和16分别构成表面A、B、C。

实验方法

为了测试根据本发明的各种实施方案的阀座的性能，在处理过程中，以1100的每分钟转数（RPM）、124.4的进给量（FEED）和0.11的进给速率（FEED RATE）来完成测试，对每一种物料的1000份产品进行处理，并且在处理座部分12和14之后处理座部分16。测试结果如表1和表2中所示。

在比较例中，添加MnS和树脂，但不进行回火。

表1：机械加工性

表2：物料属性

如表1所示，与比较例相比，根据各种实施方案的阀座的表面硬度得到改善。

图2显示出根据本发明的各种实施方案的阀座的表面粗糙度，其中所述表面粗糙度（Rt）是每一种物料的1000份产品的5次测试平均值。

另外，本发明的各种实施方案中的最大孔径减小到比较例的最大孔径的一半以下，并且大于100μm的气孔的数目明显减少。

图3A-3D显示出腐蚀之前和之后金属结构的照片，并且所述照片被放大200倍。参照图3A-3D，图3A和3B分别是腐蚀之前和之后的根据比较例和示例性实施方案的金属结构的照片，并且图3C和3D分别是腐蚀之前和之后根据比较例和各种实施方案的金属结构的照片。

如图3A-3D所示，在腐蚀之后，比较例中有较大变化，而本发明的各种实施方案中几无变化，因此，我们能够知道，根据本发明的阀座具有更好的耐腐蚀性。

另外，少于300个孔能够在比较例中被加工，而根据各种实施方案的阀座中多于1400个孔能够被加工，并且在各种实施方案中不使用树脂，以至于不会发生加工面的撕裂现象。

因此，根据本发明的各种实施方案的阀座特别适合于与阀接触的部分。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语下等是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (11)

1.一种用于阀座的烧结合金，其包含：

将MnS添加到合金中，所述合金包含0.8-1.2重量%的C、2.0-4.5重量%的Ni、3.0-5.0重量%的Cr、16.0-20.0重量%的Mo、9.0-13.0重量%的Co，0.05-0.15重量%的V、0.2-0.8重量%的S、Fe和额外的不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的用于阀座的烧结合金，其中

添加相对于100重量份的烧结合金的量为0.2-2.5重量份的MnS。

3.根据权利要求2所述的用于阀座的烧结合金，其中

MnS的粒径小于12μm。

4.根据权利要求3所述的用于阀座的烧结合金，其中

MnS包含60-65重量%的Mn和35-40重量%的S。

5.一种制造阀座的方法，所述方法包括：

混合MnS和用于阀座的合金粉末，所述用于阀座的合金粉末包含0.8-1.2重量%的C、2.0-4.5重量%的Ni、3.0-5.0重量%的Cr、16.0-20.0重量%的Mo、9.0-13.0重量%的Co，0.05-0.15重量%的V、0.2-0.8重量%的S、Fe和额外的不可避免的杂质；

通过形成混合的物料来制备一次形状；

对一次成形的形状进行预烧结；

通过再次挤压一次预烧结的形状来制备二次形状；

对二次形状进行主烧结；并且

对主烧结的二次形状进行回火。

6.根据权利要求5所述的制造阀座的方法，其中

MnS相对于100重量份的合金粉末的量为从0.2至2.5重量份。

7.根据权利要求5所述的制造阀座的方法，其中

回火温度为从180℃至220℃。

8.根据权利要求5所述的制造阀座的方法，其中

回火时间为从100分钟到150分钟。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的制造阀座的方法，其中

所述方法进一步包括使油渗透到回火的二次形状中的步骤。

10.根据权利要求9所述的制造阀座的方法，其中

所述方法进一步包括对油渗透的二次形状进行加工和转桶提金法处理的步骤。

11.一种由根据权利要求1所述的烧结合金制造的阀座。

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