CN106191695A - 一种耐磨耐热合金材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨耐热合金材料及制备方法,涉及金属材料技术领域,其中耐磨耐热合金材料主要用于气门座和气门座圈等零部件使用,本发明通过成分设计、原料混合、压制成形、烧结熔浸等工艺,增加铜、铬、镍、钴等强化元素,通过基体间的烧结扩散作用,提升了材料的结合强度和耐热性,然后经过特定铜基材料熔浸处理,使制得的材料能够满足发动机不同转速、功率以及温度变化对气门座和气门座圈等零部件的要求,材料的导热、抗氧化性能提升一倍以上,磨损量平均值还不到普通材料的一半,同时耐磨耐热合金材料具有较高的成形尺寸精度,便于后续机加工处理。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域,具体涉及一种耐磨耐热合金材料及制备方法。
背景技术
汽车气门座圈作为汽车发动机上面的一个重要的配件,通常汽车气门座圈的主要作用就是承受高速冲击以及密封气门,它主要是用于密封发动机气门的,而且基本无时无刻都在承受高速冲击的一个部件,因此汽车气门座圈在使用一段时间之后,容易出现不同程度的磨损失效,就必须经常去4S店或者修理厂进行维修,大大提升了成本。
气门和气门座圈在发动机工作时处于高应力状态,其中发动机最高燃烧压力可达20MPa、气门座圈温度可达500摄氏度,气门座面温度极高,可达800摄氏度以上,气门头底平面中心温度设置达到近900摄氏度,同时发动机工作时,各种硫、磷、氮等理化反应出现的侵蚀、硫化、腐蚀以及氧化作用导致其工作环境是非常差,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,同时随着工业化的发展,各种性能指标的不断提升,对材料的要求也越来越高,为保证材料在如此恶劣的条件下工作可靠性和使用寿命,就必须根据工作环境,合理选择材料并合理设计合金材料。
发明内容
为解决上述存在的问题,本发明提供了一种耐磨耐热合金材料及制备方法,通过在材料的选择上综合考虑,针对不同材料的物理性质和机械性能,合理进行合金设计,然后通过粉末冶金技术,混料、压制、烧结等工序制得所述材料。
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,其中合金材料由以下成分按质按量百分比组成:C:0.7-1.5%,Cu:0.5-8%,Cr:3-5.2%,Ni:0.8-2.5%,Co:1.5-5.5%,Mn:0.3-0.7%,Mo:0.8-5.5%,Si:0.1-0.6%,W:0-2%,P:0-0.8%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,主要制备步骤如下:
(1)原料准备:根据耐磨耐热合金材料的性能要求,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99.8%,然后取合金材料总量0.6-0.8%的硬脂酸锌备用;
(2)原料添加:将Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混料机中,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;
(3)原料混合:将上述已加入的原料进行搅拌混合,搅拌时间为1-5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1-2小时;
(4)预压成形: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;
(5)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;
(6)预烧处理: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380-450摄氏度保温1-2小时,温度在580-650摄氏度保温2-3小时,温度在880-950摄氏度保温1-2小时,温度在1280-1450摄氏度保温1-3小时,最后将温度控制在1480-1550摄氏度,烧结2-4小时;
(7)精压处理: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;
(8)烧结熔浸: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450-480摄氏度保温1-2小时,温度在650-680摄氏度保温1-3小时,温度在950-980摄氏度保温1-2小时,温度在1250-1280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;将熔浸铜-铬-铁合金块放在烧结成形产品的顶部进行熔浸处理,其中熔浸保护气体氛围为分解氨,其中熔浸温度为1550-1630摄氏度,熔浸时间为0.5-2小时,然后炉冷至室温即可。
本发明的有益之处在于:通过在材料的选择上综合考虑,针对不同材料的物理性质和机械性能,合理进行合金设计,然后通过粉末冶金技术,压制、烧结、后处理等工序制得所述材料,使得材料具有成形尺寸精度,烧结后处理工艺灵活且节约原料、节省工时和低能耗等特点,便于后续机加工处理,同时增加铜、铬、镍、钴等强化元素,通过基体间的烧结扩散,提升了材料的结合强度和耐热性,然后经过特定铜基材料熔浸处理,导热、抗氧化性能提升一倍以上,磨损量平均值还不到普通材料的一半,相比于普通材料具有明显的优势。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,其中合金材料由以下成分按质按量百分比组成:C:0.7%,Cu:0.5%,Cr:3%,Ni:0.8%,Co:1.5%,Mn:0.3%,Mo:0.8%,Si:0.1%,W:0.1%,P:0.01%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,主要制备步骤如下:
(1)原料准备:根据耐磨耐热合金材料的性能要求,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99.8%,然后取合金材料总量0.6%的硬脂酸锌备用;
(2)原料添加:将Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混料机中,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;
(3)原料混合:将上述已加入的原料进行搅拌混合,搅拌时间为1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;
(4)预压成形: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;
(5)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;
(6)预烧处理: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380摄氏度保温1小时,温度在580摄氏度保温2小时,温度在880摄氏度保温1小时,温度在1280摄氏度保温1小时,最后将温度控制在1480摄氏度,烧结2小时;
(7)精压处理: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;
(8)烧结熔浸: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1小时,温度在650摄氏度保温1小时,温度在950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1520摄氏度,烧结1小时;将熔浸铜-铬-铁合金块放在烧结成形产品的顶部进行熔浸处理,其中熔浸保护气体氛围为分解氨,其中熔浸温度为1550摄氏度,熔浸时间为0.5小时,然后炉冷至室温即可。
实施例2
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,其中合金材料由以下成分按质按量百分比组成:C:1.5%,Cu:8%,Cr:5.2%,Ni:2.5%,Co:5.5%,Mn:0.7%,Mo:5.5%,Si:0.6%,W:2%,P:0.8%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,主要制备步骤如下:
(1)原料准备:根据耐磨耐热合金材料的性能要求,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99.8%,然后取合金材料总量0.8%的硬脂酸锌备用;
(2)原料添加:将Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混料机中,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;
(3)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2小时;
(4)预压成形: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;
(5)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;
(6)预烧处理: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450摄氏度保温1小时,温度在650摄氏度保温2小时,温度在950摄氏度保温1小时,温度在1450摄氏度保温3小时,最后将温度控制在1550摄氏度,烧结2小时;
(7)精压处理:将预烧结的压制件在精压机进行压制处理,压力控制在260兆帕;
(8)烧结熔浸: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1小时,温度在680摄氏度保温1小时,温度在980摄氏度保温1小时,温度在1280摄氏度保温1小时,最后将温度控制在1580摄氏度,烧结1小时;将熔浸铜-铬-铁合金块放在烧结成形产品的顶部进行熔浸处理,其中熔浸保护气体氛围为分解氨,其中熔浸温度为1630摄氏度,熔浸时间为2小时,然后炉冷至室温即可。
实施例3
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,其中合金材料由以下成分按质按量百分比组成:C:1%,Cu:6%,Cr:5%,Ni:2%,Co:3.5%,Mn:0.55%,Mo:3.2%,Si:0.45%,W:0.15%,P:0.03%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种耐磨耐热合金材料及制备方法,主要制备步骤如下:
(1)原料准备:根据耐磨耐热合金材料的性能要求,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99.8%,然后取合金材料总量0.7%的硬脂酸锌备用;
(2)原料添加:将Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混料机中,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;
(3)原料混合:将上述已加入的原料进行搅拌混合,搅拌时间为1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;
(4)预压成形: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;
(5)去脂处理:将上述初步压制的产品在360摄氏度的热空气中进行去除硬脂酸锌处理,时间为1小时;
(6)预烧处理: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380摄氏度保温1小时,温度在580摄氏度保温2小时,温度在880摄氏度保温1小时,温度在1280摄氏度保温2小时,最后将温度控制在1480摄氏度,烧结3小时;
(7)精压处理:将预烧结的压制件在精压机进行压制处理,压力控制在280兆帕;
(8)烧结熔浸: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680摄氏度保温1小时,温度在950摄氏度保温1小时,温度在1250摄氏度保温2小时,最后将温度控制在1550摄氏度,烧结1小时;将熔浸铜-铬-铁合金块放在烧结成形产品的顶部进行熔浸处理,其中熔浸保护气体氛围为分解氨,其中熔浸温度为1580摄氏度,熔浸时间为1小时,然后炉冷至室温即可。
Claims (2)
1.一种耐磨耐热合金材料及制备方法,其特征在于,合金材料由以下成分按质按量百分比组成:C:0.7-1.5%,Cu:0.5-8%,Cr:3-5.2%,Ni:0.8-2.5%,Co:1.5-5.5%,Mn:0.3-0.7%,Mo:0.8-5.5%,Si:0.1-0.6%,W:0-2%,P:0-0.8%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.一种耐磨耐热合金材料及制备方法,其特征在于,主要制备步骤如下:
(1)原料准备:根据耐磨耐热合金材料的性能要求,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99.8%,然后取合金材料总量0.6-0.8%的硬脂酸锌备用;
(2)原料添加:将Mn、Ni、Cr、Mo、Co、Si、W、Cu、P以及25%质量分数的高纯雾化铁粉先加入粉末混料机中,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;
(3)原料混合:将上述已加入的原料进行搅拌混合,搅拌时间为1-5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1-2小时;
(4)预压成形: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;
(5)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;
(6)预烧处理: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380-450摄氏度保温1-2小时,温度在580-650摄氏度保温2-3小时,温度在880-950摄氏度保温1-2小时,温度在1280-1450摄氏度保温1-3小时,最后将温度控制在1480-1550摄氏度,烧结2-4小时;
(7)精压处理: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;
(8)烧结熔浸: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450-480摄氏度保温1-2小时,温度在650-680摄氏度保温1-3小时,温度在950-980摄氏度保温1-2小时,温度在1250-1280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;将熔浸铜-铬-铁合金块放在烧结成形产品的顶部进行熔浸处理,其中熔浸保护气体氛围为分解氨,其中熔浸温度为1550-1630摄氏度,熔浸时间为0.5-2小时,然后炉冷至室温即可。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161207 |