CN112522606A - 一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料 - Google Patents

一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料，包括支撑本体和与气门相接触的致密层，其中：所述支撑本体包含下述质量配比的元素原料：C：0.4‑1.4％、Cu：15.0‑38.0％、S：0.1‑1.5％、Mn：0.2‑2.0％、Cr：0.2‑2.0％、Mo：0.2‑2.0％、W：0.2‑2.0％、V：0.1‑1.5％、Fe：余量；所述致密层包含下述质量配比的元素原料：C：0.2‑1.4％、Cr：2.0‑10.0％、Mo：10.0‑22.0％、W：1.0‑6.0％、V：0.3‑2.0％、Ni：0.5‑2.0％、Mn：≤1.2％、Si：0.5‑3.0％、Co：15.0‑35.0％、Fe：余量。本发明中在支撑本体上与气门相接触的部位形成致密层，以此对支撑本体的耐磨性要求较低，满足耐高温与导热性能即可；通过对致密层的配方限定，其添加的Cr、Mo、Ni、及Co使致密层满足耐磨性的要求，且致密层无需使用元素Cu，减少了Cu的使用。

Description

一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料
技术领域
本发明涉及发动机气门座圈技术领域，具体涉及一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料。
背景技术
气门座圈是发动机配气机构的核心零部件之一，与气门配合密封燃烧室，要在高温高应力下承受气门对其的频繁撞击，需要具备良好的耐磨性、耐热性，防止过量磨损导致的密封不严；随着涡轮增压、稀薄燃烧、缸内直喷等技术的应用以及天然气、甲醇、乙醇等清洁燃料的应用，气门座圈的环境温度和所受的载荷越来越高、润滑条件越来越差。
现有粉末冶金气门座圈技术为了提高耐磨性、耐高温性，采取方法是添加各种耐高温耐磨损合金元素如Co、Cr、Mo、Ni、W、V等，高比例的合金添加虽然可以明显提高耐高温、耐磨损性能，但是合金比例达到一定程度后也带来了烧结扩散不足、强度低、难以成型压制的问题，因此为满足为气门座圈的高性能要求，急需一种新式的气门座圈材料。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料，包括支撑本体和与气门相接触的致密层，其中：
所述支撑本体包含下述质量配比的元素原料：
C：0.4-1.4％、Cu：15.0-38.0％、S：0.1-1.5％、Mn：0.2-2.0％、Cr：0.2-2.0％、Mo：0.2-2.0％、W：0.2-2.0％、V：0.1-1.5％、Fe：余量；
所述致密层包含下述质量配比的元素原料：
C：0.2-1.4％、Cr：2.0-10.0％、Mo：10.0-22.0％、W：1.0-6.0％、V：0.3-2.0％、Ni：0.5-2.0％、Mn：≤1.2％、Si：0.5-3.0％、Co：15.0-35.0％、Fe：余量。
进一步地，所述支撑本体包含下述质量配比的元素原料：C：1.2-1.4％、Cu：25.0-38.0％、S：1.0-1.5％、Mn：1.0-2.0％、Cr：0.8-1.5％、Mo：1.4-2.0％、W：1.2-2.0％、V：0.5-1.7％、Fe：余量。
进一步地，所述致密层包含下述质量配比的元素原料：C：0.4-0.9％、Cr：5-9％、Mo：12-17％、W：2-4％、V：0.9-1.5％、Ni：1.2-1.5％、Mn：≤0.8％、Si：1.5-2％、Co：20-30％、Fe：余量。
进一步地，所述致密层中元素Co、Cr、Mo及Ni的总质量分数不低于45％。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明中在支撑本体上与气门相接触的部位形成致密层，以此对支撑本体的耐磨性要求较低，满足耐高温与导热性能即可；通过对致密层的配方限定，其添加的Cr、Mo、Ni、及Co使致密层满足耐磨性的要求，且致密层无需使用元素Cu，减少了Cu的使用；致密层的合金元素(Co、Cr、Mo及Ni)降低对支撑本体的耐磨性要求，相比于常规技术，减少了支撑本体中元素Cr、Mo、Mn、V、W的使用量。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
本发明提供一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料，包括支撑本体和与气门相接触的致密层。
其中，所述支撑本体包含下述质量配比的元素原料：C：0.4-1.4％、Cu：15.0-38.0％、S：0.1-1.5％、Mn：0.2-2.0％、Cr：0.2-2.0％、Mo：0.2-2.0％、W：0.2-2.0％、V：0.1-1.5％、Fe：余量；最佳优选为：C：1.2-1.4％、Cu：25.0-38.0％、S：1.0-1.5％、Mn：1.0-2.0％、Cr：0.8-1.5％、Mo：1.4-2.0％、W：1.2-2.0％、V：0.5-1.7％、Fe：余量。其中，Cu元素用于增强材料的导热性能，元素Mn、Cr、Mo、W、及V用于提高材料的耐高温性能。
其中，所述致密层包含下述质量配比的元素原料：C：0.2-1.4％、Cr：2.0-10.0％、Mo：10.0-22.0％、W：1.0-6.0％、V：0.3-2.0％、Ni：0.5-2.0％、Mn：≤1.2％、Si：0.5-3.0％、Co：15.0-35.0％、Fe：余量；最佳优选为：C：0.4-0.9％、Cr：5-9％、Mo：12-17％、W：2-4％、V：0.9-1.5％、Ni：1.2-1.5％、Mn：≤0.8％、Si：1.5-2％、Co：20-30％、Fe：余量。其中，所述Co、Cr、Mo及Ni的含量配比用于提高致密层的硬度与耐磨性。
且在上述中，所述致密层中元素Co、Cr、Mo及Ni的总质量分数不低于45％。
根据上述所介绍内容，提供以下实施例对本申请进行说明：
表1
Figure BDA0002782395170000031
表1的制作工艺如下：(1)按比例对原材料粉末进行称量、混合；(2)在压机上将混合好的粉末进行压制成型；(3)将成型毛坯在烧结炉中进行高温烧结；(4)在烧结后的毛坯密封锥面处进行激光熔覆处理；(5)双端面磨床磨削座圈上下端面；(6)无心磨床粗磨外圆；(7)数控车床加工密封面致密层、内圆、内外倒角；(8)精磨外圆；(9)浸油包装成成品。
对表1中提供的实施例的性能进行测量(支撑本体的热传导率、致密层的耐磨性实验)，参数见表2。
热传导率(测试方法：激光闪射法)。
耐磨性实验(实验条件:温度300℃,转数2500rpm,试验时间10小时,气门座圈磨耗试验机)
本以基准材料V581作为对比，以对本发明进行说明：基准材料V581的热传导率为43W/mK；基准材料磨损量为0.140mm、气门磨损量为0.040mm，总磨损量为0.180mm。
表2
Figure BDA0002782395170000032
Figure BDA0002782395170000041
从表2与基准材料相比，热传导率满足要求；且致密层的磨损性能要优于基准材料，由此可知，将耐磨性能的元素主要用于致密层中，而作为主体部分的支撑本体中耐磨性能的元素使用量较少，由此减少原料的使用，减少成本。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料，其特征在于，包括支撑本体和熔覆于支撑本体上且与气门接触的致密层，其中：
所述支撑本体包含下述质量配比的元素原料：
C：0.4-1.4％、Cu：15.0-38.0％、S：0.1-1.5％、Mn：0.2-2.0％、Cr：0.2-2.0％、Mo：0.2-2.0％、W：0.2-2.0％、V：0.1-1.5％、Fe：余量；
所述致密层包含下述质量配比的元素原料：
C：0.2-1.4％、Cr：2.0-10.0％、Mo：10.0-22.0％、W：1.0-6.0％、V：0.3-2.0％、Ni：0.5-2.0％、Mn：≤1.2％、Si：0.5-3.0％、Co：15.0-35.0％、Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料，其特征在于，所述支撑本体包含下述质量配比的元素原料：C：1.2-1.4％、Cu：25.0-38.0％、S：1.0-1.5％、Mn：1.0-2.0％、Cr：0.8-1.5％、Mo：1.4-2.0％、W：1.2-2.0％、V：0.5-1.7％、Fe：余量。
3.根据权利要求1所述的一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料，其特征在于，所述致密层包含下述质量配比的元素原料：C：0.4-0.9％、Cr：5-9％、Mo：12-17％、W：2-4％、V：0.9-1.5％、Ni：1.2-1.5％、Mn：≤0.8％、Si：1.5-2％、Co：20-30％、Fe：余量。
4.根据权利要求1所述的一种镶嵌式粉末冶金气门座圈材料，其特征在于，所述致密层中元素Co、Cr、Mo及Ni的总质量分数不低于45％。
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