CN105925898A - 一种进气门座圈材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进气门座圈材料及制备方法，主要经过粉体制备、原料添加、压制、预烧结、精压、烧结、渗铜、复压、后处理等工艺进行制备，其中座圈材料主要由石墨、锰、镍、铬、钼、钴、硅、钨、铜、钒以及高纯雾化铁粉按照特定比例组成，本发明所制得气门座圈材质组分比例分配合理，对现有工艺进行优化，制得材料耐磨性能和耐腐蚀性能较好，同时高温性能也较佳，满足进气门座圈的使用要求。

Description

一种进气门座圈材料及制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种进气门座圈材料及制备方法。

背景技术

发动机进气门座圈的工作温度可达200-400摄氏度，因长时间处于较高的温度内工作，导致进气门座圈的硬度下降而产生变形，进气时高频率的反复冲击，气门不断的开合加速其磨损，高温燃气的氧化和硫化等共同作用，对其不断进侵蚀，降低其使用时间，加之不断严格的环保要求，无铅环保燃油、醇类燃料以及CNG燃料的不断普及，如之前铅能与燃料中的硫、磷等产生具有润滑作用的氧化铅、硫酸铅等不断减少或完全消失，导致铅的润滑、减摩作用降低或者不复存在，同时随着技术水平的提高，各种性能指标的不断提升，对进气门座圈的要求越来越高。

发明内容

为了解决上述存在的磨损、氧化、腐蚀、失效等问题，满足技术不断进度对发动机对高性能组件的需求，本发明提供了一种耐磨、耐腐蚀，抗冲击性强的进气门座圈材料，材料具有可用于各种燃料且使用寿命长等特点。

本发明提供了一种进气门座圈材料及制备方法, 其中座圈材料主要由以下成分按质按量百分比组成：C：0.7-1.5%，Mn：0.3-0.7%，Ni：0.5-2.5%，Cr：3.5-5.2%，Mo：0.8-5.5%，Co：2-5.5%，Si：0.2-0.7%，W：0-3.5%，Cu：0-8%，V：0-1.5%，余量为Fe。

一种进气门座圈材料及制备方法，其主要制备步骤如下：

（1）原料准备：根据进气门座圈材料的性能要求，合理设计各元素的含量，通过换算后，根据比例配置各组分原料备用，其中各组分粉末纯度大于99.5%，然后称量0.6-0.8%的硬脂酸锌备用；

（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在60-120摄氏度的洁净烘箱中烘干2-30小时，将粉末状原料过筛处理，不达粒径大小要求的利用球磨机进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在80-300目；

（3）原料添加：将已经过处理的锰、镍、铬、钼、钴、硅、钨、铜、钒以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混合机中，然后加入30%质量分数的石墨，已经称量总量30%的硬脂酸锌加在石墨上面，再依次加入50%质量分数的高纯雾化铁粉，20%质量分数的石墨，20%质量分数的硬脂酸锌，最后加入20%质量分数的石墨和25%质量分数的高纯雾化铁粉；

（4）原料混合：将上述已加入的原料进行搅拌混合，搅拌时间为2-10小时，然后加入50%质量分数的硬脂酸锌和30%质量分数的石墨，继续进行搅拌混合0.5-2小时；

（5）压制成形：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在50吨压力成型机进行压制成形，压力控制在150-300兆帕，压制时间控制在1-3小时；

（6）去脂处理：将上述初步压制的产品在350-380摄氏度的热空气中进行去除硬脂酸锌处理，时间为0.5-2小时；

（7）预烧结：将压制成形的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，采用阶梯烧结模式进行烧结处理，温度达到350-400摄氏度保温1-2小时，温度在550-600摄氏度保温2-3小时，温度在850-900摄氏度保温1-2小时，温度在1250-1400摄氏度保温1-3小时，最后将温度控制在1450-1500摄氏度，烧结1-4小时；

（8）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200-350兆帕；

（9）烧结：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到400-450摄氏度保温1-2小时，温度在600-650摄氏度保温1-3小时，温度在900-950摄氏度保温1-2小时，温度在1200-1250摄氏度保温1-2小时，最后将温度控制在1520-1580摄氏度，烧结1-2小时；

（10）渗铜处理：将渗铜块放在烧结成形产品的顶部进行渗铜处理，熔渗保护气体氛围为分解氨，其中熔渗温度为1115-1135摄氏度，熔渗时间为0.5-1小时，然后炉冷；

（11）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在150-300兆帕，压制时间1-2小时；

（12）后处理：将复压后的产品进行热处理，在820-875摄氏度，在0.5%-0.8%的碳势保护氛围中加热1-2小时，进行淬火处理，在170-235摄氏度回火1-2小时。

本发明的有益之处在于：

（1）经过粉体制备、原料添加、压制、预烧结、精压、烧结、渗铜、复压、后处理等工艺进行制备，采用多次烧结、多次压制，保证了材料的致密度及性能的稳定性；

（2）座圈材料主要由石墨、锰、镍、铬、钼、钴、硅、钨、铜、钒以及高纯雾化铁粉按照特定比例组成，圈材质组分比例分配合理，对现有工艺进行优化，制得材料耐磨性能和耐腐蚀性能较好，同时高温性能也较佳，满足进气门座圈的使用要求。

具体实施方式

实施例1

一种进气门座圈材料及制备方法, 其中座圈材料主要由以下成分按质按量百分比组成：C：0.7%，Mn：0.3%，Ni：0.5%，Cr：3.5%，Mo：0.8%，Co：2%，Si：0.2%，余量为Fe。

一种进气门座圈材料及制备方法，其主要制备步骤如下：

（1）原料准备：根据进气门座圈材料的性能要求，合理设计各元素的含量，通过换算后，根据比例配置各组分原料备用，其中各组分粉末纯度大于99.5%，然后称量0.6%的硬脂酸锌备用；

（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在60摄氏度的洁净烘箱中烘干2小时，将粉末状原料过筛处理，不达粒径大小要求的利用球磨机进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在80目；

（3）原料添加：将已经过处理的锰、镍、铬、钼、钴、硅、钨、铜、钒以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混合机中，然后加入30%质量分数的石墨，已经称量总量30%的硬脂酸锌加在石墨上面，再依次加入50%质量分数的高纯雾化铁粉，20%质量分数的石墨，20%质量分数的硬脂酸锌，最后加入20%质量分数的石墨和25%质量分数的高纯雾化铁粉；

（4）原料混合：将上述已加入的原料进行搅拌混合，搅拌时间为2小时，然后加入50%质量分数的硬脂酸锌和30%质量分数的石墨，继续进行搅拌混合0.5小时；

（5）压制成形：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在50吨压力成型机进行压制成形，压力控制在150兆帕，压制时间控制在1小时；

（6）去脂处理：将上述初步压制的产品在350摄氏度的热空气中进行去除硬脂酸锌处理，时间为0.5小时；

（7）预烧结：将压制成形的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，采用阶梯烧结模式进行烧结处理，温度达到350摄氏度保温1小时，温度在550摄氏度保温2小时，温度在850摄氏度保温1小时，温度在1250摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1450摄氏度，烧结1小时；

（8）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200兆帕；

（9）烧结：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到400摄氏度保温1小时，温度在600摄氏度保温1小时，温度在900摄氏度保温1小时，温度在1200摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1520摄氏度，烧结1小时；

（10）渗铜处理：将渗铜块放在烧结成形产品的顶部进行渗铜处理，熔渗保护气体氛围为分解氨，其中熔渗温度为1115摄氏度，熔渗时间为0.5小时，然后炉冷；

（11）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在150兆帕，压制时间1小时；

（12）后处理：将复压后的产品进行热处理，在820摄氏度，在0.5%的碳势保护氛围中加热1小时，进行淬火处理，在170摄氏度回火1小时。

实施例2

一种进气门座圈材料及制备方法, 其中座圈材料主要由以下成分按质按量百分比组成：C：1.5%，Mn：0.7%，Ni：2.5%，Cr：5.2%，Mo：5.5%，Co：5.5%，Si：0.7%，W：3.5%，Cu： 8%，V：1.5%，余量为Fe。

一种进气门座圈材料及制备方法，其主要制备步骤如下：

（1）原料准备：根据进气门座圈材料的性能要求，合理设计各元素的含量，通过换算后，根据比例配置各组分原料备用，其中各组分粉末纯度大于99.5%，然后称量0.8%的硬脂酸锌备用；

（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在120摄氏度的洁净烘箱中烘干30小时，将粉末状原料过筛处理，不达粒径大小要求的利用球磨机进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在300目；

（3）原料添加：将已经过处理的锰、镍、铬、钼、钴、硅、钨、铜、钒以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混合机中，然后加入30%质量分数的石墨，已经称量总量30%的硬脂酸锌加在石墨上面，再依次加入50%质量分数的高纯雾化铁粉，20%质量分数的石墨，20%质量分数的硬脂酸锌，最后加入20%质量分数的石墨和25%质量分数的高纯雾化铁粉；

（4）原料混合：将上述已加入的原料进行搅拌混合，搅拌时间为10小时，然后加入50%质量分数的硬脂酸锌和30%质量分数的石墨，继续进行搅拌混合2小时；

（5）压制成形：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在50吨压力成型机进行压制成形，压力控制在300兆帕，压制时间控制在3小时；

（6）去脂处理：将上述初步压制的产品在350-380摄氏度的热空气中进行去除硬脂酸锌处理，时间为0.5-2小时；

（7）预烧结：将压制成形的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，采用阶梯烧结模式进行烧结处理，温度达到400摄氏度保温2小时，温度在600摄氏度保温3小时，温度在900摄氏度保温2小时，温度在1400摄氏度保温3小时，最后将温度控制在1500摄氏度，烧结4小时；

（8）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在350兆帕；

（9）烧结：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到450摄氏度保温2小时，温度在650摄氏度保温3小时，温度在950摄氏度保温2小时，温度在1250摄氏度保温2小时，最后将温度控制在1580摄氏度，烧结2小时；

（10）渗铜处理：将渗铜块放在烧结成形产品的顶部进行渗铜处理，熔渗保护气体氛围为分解氨，其中熔渗温度为1135摄氏度，熔渗时间为1小时，然后炉冷；

（11）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在300兆帕，压制时间2小时；

（12）后处理：将复压后的产品进行热处理，在875摄氏度，在0.8%的碳势保护氛围中加热2小时，进行淬火处理，在235摄氏度回火2小时。

实施例3

一种进气门座圈材料及制备方法, 其中座圈材料主要由以下成分按质按量百分比组成：C：1%，Mn：0.5%，Ni：0.9%，Cr：3.8%，Mo：2%，Co：3.2%，Si：0.5%，W：2%，Cu：7%，V：1%，余量为Fe。

一种进气门座圈材料及制备方法，其主要制备步骤如下：

（1）原料准备：根据进气门座圈材料的性能要求，合理设计各元素的含量，通过换算后，根据比例配置各组分原料备用，其中各组分粉末纯度大于99.5%，然后称量0.6-0.8%的硬脂酸锌备用；

（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在80摄氏度的洁净烘箱中烘干10小时，将粉末状原料过筛处理，不达粒径大小要求的利用球磨机进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在200目；

（3）原料添加：将已经过处理的锰、镍、铬、钼、钴、硅、钨、铜、钒以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混合机中，然后加入30%质量分数的石墨，已经称量总量30%的硬脂酸锌加在石墨上面，再依次加入50%质量分数的高纯雾化铁粉，20%质量分数的石墨，20%质量分数的硬脂酸锌，最后加入20%质量分数的石墨和25%质量分数的高纯雾化铁粉；

（4）原料混合：将上述已加入的原料进行搅拌混合，搅拌时间为5小时，然后加入50%质量分数的硬脂酸锌和30%质量分数的石墨，继续进行搅拌混合1小时；

（5）压制成形：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在50吨压力成型机进行压制成形，压力控制在150兆帕，压制时间控制在1小时；

（6）去脂处理：将上述初步压制的产品在380摄氏度的热空气中进行去除硬脂酸锌处理，时间为2小时；

（7）预烧结：将压制成形的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，采用阶梯烧结模式进行烧结处理，温度达到350摄氏度保温2小时，温度在550摄氏度保温2小时，温度在850摄氏度保温2小时，温度在1250摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1450摄氏度，烧结1小时；

（8）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200兆帕；

（9）烧结：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到400摄氏度保温2小时，温度在600摄氏度保温3小时，温度在900摄氏度保温2小时，温度在1200摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1560摄氏度，烧结1.2小时；

（10）渗铜处理：将渗铜块放在烧结成形产品的顶部进行渗铜处理，熔渗保护气体氛围为分解氨，其中熔渗温度为1130摄氏度，熔渗时间为1小时，然后炉冷；

（11）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在300兆帕，压制时间1小时；

（12）后处理：将复压后的产品进行热处理，在855摄氏度，在0.7%的碳势保护氛围中加热1小时，进行淬火处理，在185摄氏度回火1小时。

Claims (2)

1.一种进气门座圈材料及制备方法, 其特征在于，座圈材料主要由以下成分按质按量百分比组成：C：0.7-1.5%，Mn：0.3-0.7%，Ni：0.5-2.5%，Cr：3.5-5.2%，Mo：0.8-5.5%，Co：2-5.5%，Si：0.2-0.7%，W：0-3.5%，Cu：0-8%，V：0-1.5%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述一种进气门座圈材料及制备方法，其特征在于，主要制备步骤如下：

（1）原料准备：根据进气门座圈材料的性能要求，合理设计各元素的含量，通过换算后，根据比例配置各组分原料备用，其中各组分粉末纯度大于99.5%，然后称量0.6-0.8%的硬脂酸锌备用；

（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在60-120摄氏度的洁净烘箱中烘干2-30小时，将粉末状原料过筛处理，不达粒径大小要求的利用球磨机进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在80-300目；

（3）原料添加：将已经过处理的锰、镍、铬、钼、钴、硅、钨、铜、钒以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混合机中，然后加入30%质量分数的石墨，已经称量总量30%的硬脂酸锌加在石墨上面，再依次加入50%质量分数的高纯雾化铁粉，20%质量分数的石墨，20%质量分数的硬脂酸锌，最后加入20%质量分数的石墨和25%质量分数的高纯雾化铁粉；

（4）原料混合：将上述已加入的原料进行搅拌混合，搅拌时间为2-10小时，然后加入50%质量分数的硬脂酸锌和30%质量分数的石墨，继续进行搅拌混合0.5-2小时；

（5）压制成形：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在50吨压力成型机进行压制成形，压力控制在150-300兆帕，压制时间控制在1-3小时；

（6）去脂处理：将上述初步压制的产品在350-380摄氏度的热空气中进行去除硬脂酸锌处理，时间为0.5-2小时；

（7）预烧结：将压制成形的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，采用阶梯烧结模式进行烧结处理，温度达到350-400摄氏度保温1-2小时，温度在550-600摄氏度保温2-3小时，温度在850-900摄氏度保温1-2小时，温度在1250-1400摄氏度保温1-3小时，最后将温度控制在1450-1500摄氏度，烧结1-4小时；

（8）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200-350兆帕；

（9）烧结：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到400-450摄氏度保温1-2小时，温度在600-650摄氏度保温1-3小时，温度在900-950摄氏度保温1-2小时，温度在1200-1250摄氏度保温1-2小时，最后将温度控制在1520-1580摄氏度，烧结1-2小时；

（10）渗铜处理：将渗铜块放在烧结成形产品的顶部进行渗铜处理，熔渗保护气体氛围为分解氨，其中熔渗温度为1115-1135摄氏度，熔渗时间为0.5-1小时，然后炉冷；

（11）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在150-300兆帕，压制时间1-2小时；

（12）后处理：将复压后的产品进行热处理，在820-875摄氏度，在0.5%-0.8%的碳势保护氛围中加热1-2小时，进行淬火处理，在170-235摄氏度回火1-2小时。