CN103752816A

CN103752816A - 一种汽油机排气阀座及其制备方法

Info

Publication number: CN103752816A
Application number: CN201310735225.7A
Authority: CN
Inventors: 葛莲; 叶青; 郭志猛
Original assignee: YANGZHOU LEADER POWDER METALLURGY Co Ltd
Current assignee: Yangzhou Lide Powder Metallurgy Co.,Ltd.
Priority date: 2013-12-28
Filing date: 2013-12-28
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-12-28
Also published as: CN103752816B

Abstract

本发明提供一种汽油机排气阀座及其制备方法，属于粉末冶金技术领域。通过添加铬、钼、钒等合金元素提高高温性能及稳定性，添加WC、TiC作为硬质相，提高排气阀座耐磨性能，添加Cu粉提高阀座散热性能，经混粉、压制、烧结、热处理制备出汽油机排气阀座。该方法能源消耗少、成本低；显微组织细小均匀，且易于添加各种高熔点合金元素和硬质相颗粒，耐磨性、高温性能及稳定性优异；此外，该工艺操作稳定性高、可重复性强，可实现高性能汽油机排气阀座的批量化连续生产。

Description

一种汽油机排气阀座及其制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别提供一种汽油机排气阀座的制备方法。

技术背景

气阀与阀座是汽车发动机的四大摩擦副之一，其功能是控制燃气的吸入和废气的排出。工作时，阀座处于高温条件下，经受气阀的冲击、拍打、磨损，以及进出气流的冲刷、氧化等，工作条件极其恶劣，经常出现磨损严重、气阀下沉量过大、气密性差等问题，导致发动机功率下降。随着发动机转速和汽油压缩比的不断提高，排气阀座的工作条件越来越恶化，要求阀座材料必须具有很高的耐磨性和高温稳定性。

目前，排气阀座的制备工艺主要有铸造和粉末冶金两种，传统的排气阀座材料有合金铸铁和耐热钢。近年来，随着先进技术的不断引进，汽车发动机热效率及转速不断提高，阀座中的合金含量也越来越高，通常根据发动机类型及负荷大小来选择合金成分。中、低负荷发动机排气阀座，由于工作温度不高，选用普通铸铁和加入铬、镍、锰、钼、钒等合金元素的低合金铸铁。高负荷发动机排气阀座工作温度较高、燃气热腐蚀严重，需加入较多稳定组织和抗腐蚀的合金元素。主要采用中合金铸铁、高合金铸铁、耐热钢以及镍基和钴基合金，合金元素主要有铬、镍、铝、钴、钨、钒等。然而，铸造排气阀座仍存在工序繁琐、能源消耗量大、成本高等问题。

粉末冶金工艺可以方便的实现复杂构件的近净成形，无疏松、缩孔、成分偏析等铸造缺陷，显微组织均匀细小，力学性能优异，因此开发粉末冶金排气阀座产品具有明显的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽油机排气阀座的粉末冶金制备方法。通过添加铬、钼、钒等合金元素提高高温性能及稳定性，添加WC、TiC作为硬质相，提高排气阀座耐磨性能，添加Cu粉提高阀座散热性能，经混粉、压制、烧结、热处理制备出汽油机排气阀座。为达到以上目的，采用的具体工艺参数和流程如下：

(1)将铁粉、铬铁粉、钒铁粉、钼铁粉、碳化钨、碳化钛、活性碳、铜粉按质量比30.42~65.36:6.67~13.34:8.13~16.26:7.84~15.68:5~10:5~10:1.9~3.8:0.1~0.5配制混合粉料，其中铬铁粉、钒铁粉、钼铁粉与活性碳的含量按完全形成Cr₃C₂、VC、Mo₂C碳化物的比例配料；

(2)、将上述混合粉末在球磨机中混合8~15h；

(3)、将混匀的粉料在600~700MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为6.9~7.2g/cm³；

(4)、将排气阀座坯体在H₂气氛条件下1150~1200℃烧结1~2h，烧结体密度为7.71~7.76g/cm³。

(5)、将烧结后的阀座在780~820保温0.5~1h，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为52~54HRC。

其中，铁粉为水雾化铁粉，纯度>99%，粒度为-200目，经650~680℃、1hH₂退火处理；铬铁粉纯度>99%，铬含量为65wt.%，粒度为-200~320目；钒铁粉纯度>99%，钒含量为50wt.%，粒度为-200~320目；钼铁粉纯度>99%，钼含量为60wt.%，粒度为-200~320目；WC纯度>99%，粒度为1~5μm；TiC纯度>99%，粒度为1~5μm；活性碳纯度>90%，粒度为20~50μm；铜粉纯度>99%，粒度为-200~320目。

本发明的优点在于：

(1)能源消耗少、成本低：粉末冶金工艺烧结温度为1150~1200℃，铸造熔炼温度>1600℃，因此粉末冶金工艺能耗低、成本低；

(2)性能优异；与铸造阀座相比，粉末冶金阀座无疏松、缩孔、成分偏析和粗大片层组织等铸造缺陷，具有均匀细小的显微组织，且易于添加各种高熔点合金元素和硬质相颗粒，耐磨性、高温性能及稳定性优异。

(3)该工艺操作稳定性高、可重复性强，可实现高性能排气阀座产品的批量化连续生产。

具体实施方式

实施实例1：

(1)称取-200目铁粉60.84g、-200目铬铁粉26.68g、-200目钒铁粉32.52g、-200目钼铁粉31.36g、1μm碳化钨20g、1μm碳化钛20g、20μm活性碳7.6g、-200目铜粉1.0g，配制成混合粉料；

(2)、将上述混合粉末在球磨机中混合8h；

(3)、将混匀的粉料在600MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为6.9g/cm³；

(4)、将排气阀座坯体在H₂气氛条件下1150℃烧结2h，烧结体密度为7.71g/cm³。

(5)、将烧结后的阀座在780保温1h，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为52HRC。

实施实例2：

(1)称取-200目铁粉130.72g、320目铬铁粉13.34g、320目钒铁粉16.26g、320目钼铁粉15.68g、5μm碳化钨10g、5μm碳化钛10g、50μm活性碳3.8g、320目铜粉0.2g，配制成混合粉料；

(2)、将上述混合粉末在球磨机中混料15h；

(3)、将混匀的粉料在700MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为7.2g/cm³；

(4)、将排气阀座坯体在H₂气氛条件下1200℃烧结1h，烧结体密度为7.76g/cm³。

(5)、将烧结后的阀座在820保温0.5h，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为54HRC。

实施实例3：

(1)称取-200目铁粉100g、-200目铬铁粉16g、320目钒铁粉24g、-200目钼铁粉20g、2μm碳化钨16g、3μm碳化钛16g、30μm活性碳7.3g、320目铜粉0.7g，配制成混合粉料；

(2)、将上述混合粉末在球磨机中混料12h；

(3)、将混匀的粉料在650MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为7.0g/cm³；

(4)、将排气阀座坯体在H₂气氛条件下1180℃烧结1h，烧结体密度为7.74g/cm³。

(5)、将烧结后的阀座在800保温1h，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为53HRC。

Claims

1.一种汽油机排气阀座，其特征在于，包括铁粉、铬铁粉、钒铁粉、钼铁粉、碳化钨、碳化钛、活性碳、铜粉；

其质量比为铁粉：铬铁粉：钒铁粉：钼铁粉：碳化钨：碳化钛：活性碳：铜粉按质量比30.42~65.36：6.67~13.34：8.13~16.26：7.84~15.68：5~10：5~10：1.9~3.8：0.1~0.5。

2.根据权利要求1所述的一种汽油机排气阀座，其特征在于，铁粉为水雾化铁粉，纯度>99%，粒度为-200目，经650~680℃、1hH₂退火处理；铬铁粉纯度>99%，铬含量为65wt.%，粒度为-200~320目；钒铁粉纯度>99%，钒含量为50wt.%，粒度为-200~320目；钼铁粉纯度>99%，钼含量为60wt.%，粒度为-200~320目；WC纯度>99%，粒度为1~5μm；TiC纯度>99%，粒度为1~5μm；活性碳纯度>90%，粒度为20~50μm；铜粉纯度>99%，粒度为-200~320目。

3.根据权利要求1所述的一种汽油机排气阀座，其特征在于，其中铬铁粉、钒铁粉、钼铁粉与活性碳的含量按完全形成Cr₃C₂、VC、Mo₂C碳化物的比例配料。

4.一种汽油机排气阀座的制备方法，其特征在于：

(1)将铁粉、铬铁粉、钒铁粉、钼铁粉、碳化钨、碳化钛、活性碳、铜粉按质量比30.42~65.36：6.67~13.34：8.13~16.26：7.84~15.68：5~10：5~10：1.9~3.8：0.1~0.5配制混合粉料；

(2)、将上述混合粉末在球磨机中混料8~15h；

(4)、将排气阀座坯体在H₂气氛条件下1150~1200℃烧结1~2h，烧结体密度为7.71~7.76g/cm³；

(5)、将烧结后的阀座在780~820℃保温0.5~1h，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为52~54HRC。

5.根据权利要求1所述的一种汽油机排气阀座的制备方法，其特征在于：铁粉为水雾化铁粉，纯度>99%，粒度为-200目，经650~680℃、1hH₂退火处理；铬铁粉纯度>99%，铬含量为65wt.%，粒度为-200~320目；钒铁粉纯度>99%，钒含量为50wt.%，粒度为-200~320目；钼铁粉纯度>99%，钼含量为60wt.%，粒度为-200~320目；WC纯度>99%，粒度为1~5μm；TiC纯度>99%，粒度为1~5μm；活性碳纯度>90%，粒度为20~50μm；铜粉纯度>99%，粒度为-200~320目。

6.根据权利要求3所述的一种汽油机排气阀座的制备方法，其特征在于，其中铬铁粉、钒铁粉、钼铁粉与活性碳的含量按完全形成Cr₃C₂、VC、Mo₂C碳化物的比例配料。