CN1497056A - 一种铁基烧结合金的阀座的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种阀座的生产方法，包含以下步骤：(a)利用一种平均粒径为20－50μm的铁基合金粉末作为形成基体的原料粉末，并利用一种平均粒径为20－50μm的钴基合金粉末作为形成硬质分散相的原料粉末，(b)将足量的钴基合金粉末混入所述铁基合金粉末中，从而使钴基合金粉末占与所述铁基合金粉末混合后总量的25－35％重量，对由此得到的混合粉末的压制坯体在真空条件下进行固态烧结，钴基合金粉末中的所述Co，Cr和Si成分扩散并迁移到所述基体中，同时所述铁基合金粉末中的所述Fe成分扩散并迁移到所述硬质分散相中，从而显著改善所述硬质分散相与所述基体之间的附着力，并因此形成孔隙度为10－20％的铁基烧结合金底材，并含有一种Fe－Co合金基体，在此Fe－Co合金基体中均匀地分布有一种Fe－Co合金相和Mo－Co合金相的两相混合系统的Mo－Fe－Co合金的硬质分散相，和(c)将上述铁基烧结合金底材渗有铜或铜合金。
Description
技术领域
本发明涉及属于诸如柴油机或汽油机类内燃机的一个结构部件的阀座，本发明尤其涉及一种在高表面压力应用的情况下具有优异抗磨损性能的铁基烧结合金的阀座(以下简称为阀座)。
背景技术
诸如柴油机或汽油机类内燃机的气缸盖都有用做排气阀和进气阀的阀座。
一般地，阀座通常采用全部组成如下的铁基烧结合金制成，用重量百分比表示(下文所有的％数值指的是重量百分组成％)：
C：07-1.4％，
Si：0.2-0.9％，
Co：15.1-26％，
Mo：6.1-11％，
Cr：2.6-4.7％，
Ni：0.5-1.2％，
Nb：0.2-0.7％，
和余量为Fe和不可避免的杂质，其中
由铁基烧结合金形成的底材含有由Co-Mo-Cr合金形成的硬质分散相分布于铁基合金基体中的组成并具有5-15％的孔隙度，被渗有铜或铜合金从而制成阀座(例如参照专利文献1)。
此外，已经知道上述的阀座可利用如下方式生产：用作形成基体的原料粉末并且平均颗粒度为75-107μm的铁基合金粉末，其包含：
C：0.8-2.1％，
Ni：0.6-1.7％，
Cr：1.2-3.6％，
Nb：0.3-0.9％，
Co：4.3-1.3％，
Mo：1.4-4.2％，
和余量为Fe和不可避免的杂质，和用作形成硬质分散相的原料粉末并且平均颗粒度为68-102μm的钴基合金粉末，其包含：
Mo：20-35％，
Cr：5-10％，
Si：1-4％，
和余量为Co和不可避免的杂质，
将足量的钴基合金粉末混入铁基合金粉末中，使其占与铁基合金粉末混合后总量的25-35％，对由此得到混合粉末的压制坯体在氨气裂化气体中进行固态烧结，制成铁基烧结合金的底材，
然后将铜或铜合金渗入这种铁基烧结合金的底材中(参照专利文献1)。
(专利文献1)
日本未审的专利申请，第一次公开号平11-209855A
另一方面，近些年内燃机尺寸和输出量的增长十分显著，随着这些趋势，阀门弹簧的弹簧常数也趋向于增长以防止燃气的泄漏。因此，施于阀座的阀接触表面的阀座负载甚至有更多的增加，意味着阀座将不可避免地要在高表面压力状态下工作，但是当常规的如上述的阀座或是其它任何一种阀座在高表面压力状态下应用时，将相当快地加速阀座的磨损，意味着在较短的时间里阀座将达到使用寿命极限。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的发明人研究了一种即使在高表面压力状态下使用时仍显现出优异抗磨损性的阀座，并有下列发现(a)——(c)。
(a)上述常规阀座在高表面压力状态下使用时显现出的不充分的抗磨性的原因在于基体同硬质分散相的粘附力不够强，在高表面压力状态下使用时硬质分散相容易从基体上脱落下来，导致磨损的加速。
(b)如上所述，上述用来制作常规阀座的铁基烧结合金的底材的制造是用形成基体的铁基合金粉末和形成硬质分散相的钴基合金粉末，两者的平均颗粒尺寸均为68-107μm，通过在氨气裂化气体中进行固态烧结，结果在经烧结而形成的铁基烧结合金的底材中，基体基本上同用来形成基体的铁基合金粉末的组成相同，同样，硬质分散相基本上同用来形成硬质分散相的钴基合金粉末的组成相同，然而假如将烧结气氛转用真空气氛(一减压氛围)，并将形成基体和硬质分散相的原料粉末的粒径均减少至平均颗粒尺寸为20-50μm，而且假如形成基体的原料粉末采用有如下组成的铁基合金粉末：
C：0.5-1.5％，
Ni：0.1-3％，
Mo：0.5-3％，
Co：3-8％，
Cr：0.2-3％，
和余量为Fe和不可避免的杂质，和形成硬质分散相的原料粉末利用有如下组成的钴基合金粉末：
Mo：20-32％，
Cr：5-10％，
Si：0.5-4％，
和余量为Co和不可避免的杂质，则在烧结过程中，钴基合金粉末的成分Co、Cr和Si扩散开并迁移入基体中，同时铁基合金粉末中Fe成分扩散开并迁移至因成分Co、Cr和Si的迁移而在钴基合金粉末内产生的空隙中，从而出现合金成分的互相扩散和迁移的现象，
(c)在上述(b)中描述的烧结中形成的铁基烧结合金底材(其中合金成分在基体和硬质分散相中经历了互扩散和迁移)由有着10-20％孔隙度的铁基烧结合金形成，并且通过X射线微观分析仪(EPMA)检测含有具有如下组成的Fe-Co合金基体：
C：0.5-1.5％，
Ni：0.1-3％，
Mo：0.5-3％，
Co：13-22％，
Cr：1-5％，
Si：0.1-1％，
和余量为Fe和不可避免的杂质，在Fe-Co合金基体中均匀地分布有如下组成的Mo-Fe-Co合金的硬质分散相：
Fe：20-30％，
Co：13-22％，
Cr：1-5％，
Si：0.3-3％，
和余量为Mo和不可避免的杂质，并且有Fe-Co合金相和Mo-Co合金相的两相混合系统，从中发现可以明显得出如下结论：由于在基体和硬质分散相之间有大量的合金成分发生互扩散及迁移，硬质分散相与基体的附着力明显增强，而且，基体在燃料燃烧的气氛中表现出优异的耐高温腐蚀性能，硬质分散相有着出众的高温硬度和显现出优异的耐高温腐蚀性能，最终，上面描述的铁基烧结合金底材在作为阀座时，即使在高表面压力应用的情况下也显现出优异的抗磨损性能，如果底材渗有铜或铜合金，那么底材的热导性和强度将进一步改善。
上面(a)-(c)中的发现概括了发明人的研究成果。
在上述研究成果的基础上，本发明提供了一种具有如下步骤的阀座生产方法：
(a)利用有如下组成的铁基合金粉末作为形成基体的原料粉末：
C：0.5-1.5％，
Ni：0.1-3％，
Mo：0.5-3％，
Co：3-8％，
Cr：0.2-3％，
和余量为Fe和不可避免的杂质，该铁基合金粉末有着平均为20-50μm的粒径；和利用有如下组成的钴基合金粉末作为形成硬质分散相的原料粉末：
Mo：20-32％，
Cr：5-10％，
Si：0.5-4％，
和余量为Co和不可避免的杂质，该钴基合金粉末有着平均为20-50μm的粒径，
(b)通过将足量的钴基合金粉末混入铁基合金粉末中使其占与铁基合金粉末混合后总量的25-35％重量，对由此得到的混合粉末的压制坯体在真空中进行固态烧结，并使钴基合金粉末中Co、Cr和Si成分扩散并迁入基体，同时铁基合金粉末中的Fe成分扩散并迁入硬质分散相，从而明显改善硬质分散相对基体的附着力和形成有着10-20％孔隙度的、并含有通过X射线微观分析仪(EPMA)检测具有如下组成的Fe-Co合金基体的铁基烧结合金底材：
C：0.5-1.5％，
Ni：0.1-3％，
Mo：0.5-3％，
Co：13-22％，
Cr：1-5％，
Si：0.1-1％，
和余量为Fe和不可避免的杂质，而Fe-Co合金基体中均匀地分散有如下组成的Mo-Fe-Co合金的硬质分散相：
Fe：20-30％，
Co：13-22％，
Cr：1-5％，
Si：0.3-3％
和余量为Mo和不可避免的杂质，所述Mo-Fe-Co合金有着Fe-Co合金相和Mo-Co合金相的两相混合系统，和
(c)将铁基烧结合金底材渗有铜或铜合金。
接下来说明将本发明生产阀座的工艺过程中对原料的组成，平均粒径，原料粉末的混合比例，以及铁基烧结合金底材的组成和孔隙度限制为上述数值的理由。
(A)用来形成基体和铁基烧结合金底材的原料粉末的组成：
(a)C
烧结后底材基体中的C成分同原料粉末中的含量相同，并以固态形式溶解于基体中，由此增强基体以及形成分散在整个基体中的碳化物以提高基体的抗磨损性能。假如C成分也引入硬质分散相中，那么将起到提高硬质分散相的抗磨损性能的作用。假如C含量小于0.5％，那么上述作用将达不到所需的改善水平，相反如果C含量大于1.5％，则对应侵蚀快速增加。因此，C含量设定在0.5-1.5％。
(b)Ni
像C成分一样，Ni成分也存在于底材基体中，没有扩散并迁移到硬质分散相中，而是以固态溶解在基体中，从而强化基体。假如Ni的含量小于0.1％，那么上述作用将达不到所需的效果，相反如果Ni含量大于3％，那么强度将下降。因此，Ni含量设定在0.1-3％。
(c)Mo
像C和Ni成分一样，Mo成分在烧结过程中也存在于底材基体中，没有扩散并迁移到硬质分散相中，而是以固态溶解在基体中，同时形成分散在整个基体中的碳化物，由此提高基体的强度和改善抗磨损性能。假如Mo的含量小于0.5％，那么上述作用将达不到所需的改善效果，相反如果Mo含量大于3％，那么基体的强度将下降。因此，Mo含量设定在0.5-3％。
(d)Co
形成基体的原料粉末中掺入的3-8％的Co成分与在烧结过程中从硬质分散相中扩散并迁移出的大量Co加在一起在烧结过后形成的底材基体中产生13-22％的Co含量，因而改善了燃烧气氛中的抗高温腐蚀的性能，而上述的扩散和迁移现象提高了底材基体与硬质分散相间的附着力，从而改善了在高表面压力应用条件下的抗磨损性能。假如在用来形成基体的原料粉末中的Co的含量小于3％，那么确保烧结过后在底材基体中的Co含量为至少13％将十分困难，上述作用将达不到所需的效果，相反如果在用来形成基体的原料粉末中的Co含量大于8％，则烧结过后在底材基体中Co含量将超过22％而变得过高，导致阀座本身的抗磨损性能恶化。因此，形成基体的原料粉末中的Co含量设定在3-8％，而烧结过后在底材基体中Co含量将设定在13-22％。
(e)Cr
用来形成基体的原料粉末中的Cr组分在0.2-3％之间，而在烧结过后底材基体中因扩散和迁移而混入的Cr占1-5％。假如在用来形成基体的原料粉末中的Cr含量小于0.2％，则在烧结过后底材基体中的Cr含量小于1％，基体的固溶强化和因碳化物形成而导致的抗磨损性能的改善都将不够，而如果在用来形成基体的原料粉末中Cr含量大于3％，则在烧结过后底材基体中Cr的含量将超过5％而变得过高，导致在高表面压力应用情况下的对应侵蚀加剧。因此，形成基体的原料粉末中的Cr含量设定在0.2-3％，而烧结过后在底材基体中Cr含量将设定在1-5％。
(f)Si
在底材基体中混有的Si成分是在烧结过程中由硬质分散相中扩散和迁移出来的成分，因为Si成分扩散和迁移至基体底材中，加速了Co成分从硬质分散相中扩散和迁移出来，并因此使得硬质分散相同底材基体的附着力显著增强。假如在底材基体中的Si含量小于0.1％，尽管Co的迁移程度也与用来形成硬质分散相的原料粉末中的Si含量有关，但Co成分的适量扩散和迁移到底材基体中去是不可能的。相反如果在底材基体中的Si含量超过1％，基体强度将下降。因此，Si含量设定在0.1-1％。
(B)用来形成硬质分散相和底材硬质分散相的原料粉末的组成
(a)Mo
用来形成硬质分散相的原料粉末中的Mo成分形成了硬质Mo-Co合金相，也即在烧结过后形成的底材硬质分散相的两相混合物的一种成分相，并起着改善抗磨性能的作用。假如Mo成分的含量小于20％，那么作为另一成分相的Fe-Co合金相的比例将过大，不能保证所需的超级抗磨损水平，相反如果Mo含量超过32％，将导致烧结性能恶化，将不可能得到所需强度的阀座。因此，用来形成硬质分散相的原料粉末中的Mo含量设定在20-32％。
(b)Cr
用来形成硬质分散相的原料粉末中的Cr含量占5-10％，并有一部分Cr成分在烧结过程中扩散并迁移至底材基体中，使得底材基体中Cr含量为1-5％。假如在用来形成硬质分散相的原料粉末中的Cr含量小于5％，那么烧结过后将不能得到占底材基体至少1％的Cr含量，在此种情形下，正如上述，基体的固溶强化和因碳化物形成而导致的抗磨损性能的改善都将不够。相反如果用来形成硬质分散相的原料粉末中的Cr含量超过10％，则底材基体中Cr含量将超过5％而过高，导致在高表面压力应用情况下的对应侵蚀加剧。因此，用来形成硬质分散相的原料粉末中的Cr含量设定在5-10％，而烧结过后的底材基体的Cr含量设定在1-5％。
(c)Fe
底材硬质分散相中的Fe成分是通过在烧结过程中从用来形成基体的原料粉末中扩散并迁移出来而形成的，并形成了十分坚固的Fe-Co合金相，即底材硬质分散相的两相混合物的一种成分相，而这种Fe-Co合金相缓和了硬质Mo-Co合金在高表面压力应用情况下的对应侵蚀。假如底材硬质分散相中的Fe含量小于20％，那么Mo-Co合金相的比例将过高，所需的对对应侵蚀的缓和作用将得不到保证，相反，如果Fe含量超过30％，底材硬质分散相的硬度下降，导致阀座抗磨损性能变差。因此，底材硬质分散相中的Fe含量设定在20-30％。
(d)Co
用来形成硬质分散相的原料粉末中的Co成分形成了硬质Mo-Co合金相和十分坚固的Fe-Co合金相，即烧结过后形成的底材硬质分散相的两相混合物的两种成分相，而这种Co组分在提高抗磨性能的同时又表现出对对应侵蚀的缓和作用。假如在烧结过后底材硬质分散相的Co含量小于13％，那么包含Mo-Co合金相和Fe-Co合金相的两相混合系统的Mo-Fe-Co合金相的强度将下降，而所需的具有极好水平的阀座的抗磨性能将得不到保证。相反，如果Co含量超过22％，那么基体硬质分散相本身的硬度变差，这也意味着所需的具有极好水平的阀座的抗磨性能将得不到保证。因此，底材硬质分散相中的Co含量设定在13-22％。
(e)Si
正如上述，用来形成硬质分散相的原料粉末中的Si成分本身扩散并迁移，同时促进烧结过程中原料粉末中的Co和Cr成分扩散并迁移至底材基体中，从而显著提高硬质分散相与底材基体的附着力。假如Si含量小于0.5％，那么将没有足够量的Co和Cr成分扩散并迁移至底材基体中，从而不可能保证硬质分散相与底材基体间优异的附着力。相反，如果Si含量超过4％，那么混在底材基体中的Si含量超过1％，导致底材基体的强度下降。因此，用来形成硬质分散相的原料粉末中的Si含量设定在0.5-4％(使得烧结过后底材硬质分散相中的Si含量为0.3-3％)。
(C)原料粉末
(a)平均粒径
用来形成基体和形成硬质分散相的原料粉末的平均粒径均在20-50μm之间。假如平均粒径或是小于20μm，或是大于50μm，那么Co成分由用来形成硬质分散相的原料粉末扩散并迁移至底材基体将变得困难，这意味着Fe成分由用来形成硬质分散相的原料粉末向硬质分散相中的互动扩散和迁移将不令人满意。因此，烧结后硬质分散相与底材基体的附着力将不令人满意，且在高表面压力应用情况下的磨损进程明显更快速。因此，每种原料粉末的平均粒径均设定在20-50μm之间。
(b)形成硬质分散相的原料粉末的混合比例
假如形成硬质分散相的原料粉末的混合比例小于25％重量，那么将不能保证得到所需的抗磨水平，而如果混合比例超过35％的重量时，那么不仅加剧对应的侵蚀，而且强度也将下降。因此，形成硬质分散相的原料粉末的混合比例设定在用来形成基体的原料粉末总重量的25-35％重量之间。
(D)铁基烧结合金底材的孔隙度
假如孔隙度小于5％，铜或铜合金的渗入将不均匀，而渗入作用也将不充分，而如果孔隙度大于15％，那么将不可避免地导致强度和抗磨性的下降。因此，孔隙度设定在5-15％。
(E)上述的真空指的是不超过100Pa的气氛，烧结温度范围优选在1100-1250℃，而此烧结温度下的烧结时间优选0.5-2小时。
具体实施方式
下面根据一系列实施例详细说明本发明阀座的生产方法。
首先，制备用来形成基体M-1至M-11和形成硬质分散相H-1至H-7的原料粉末，其平均粒径和组成分别示于表1和表2中。这些原料粉末按表3所示的混合方式和比例进行混合，每种混合样品加入1％的硬脂酸锌，这些样品在混合器中混合30分钟，在预定的600-800MPa压力下将每一种混合粉末模压成压坯。每个压制生坯在500℃下保温30分钟并脱脂，然后通过将压制生坯在1130-1250℃的预定温度下保温1小时，在不超过100Pa的真空下进行烧结，形成铁基烧结合金底材。此时用X射线微观检测仪对铁基烧结合金底材的基体和硬质分散相进行组成分析，测量孔隙度，在光学显微镜下观测合金的结构。随后，本发明方法1-11通过在1100℃及持续15分钟时间的甲烷变性的气氛中对每1铁基烧结合金底材进行渗铜处理而完成，从而得到阀座(下文本发明的阀座1-11指的是通过本发明方法1-11得到的阀座)，它们都具有外部直径42mm×最小内部直径34.5mm×厚度6.5mm的尺寸。
表4显示的是本发明每个阀座1-11的铁基烧结合金底材的测量结果。而且，每个铁基烧结合金底材都有着相似结构，含有其中分散和分布碳化物细颗粒的奥氏体基体，均匀分布其中的含有Fe-Co合金相及Mo-Co合金相的两相混合体系的Mo-Fe-Co合金硬质分散相。
为便于比较，对比方法1-11在同本发明方法1-11的相同条件下进行，所不同的是采用的用来形成基体m-1至m-11和形成硬质分散相的h-1至h-7的原料粉末有着分别如表5和表6分别示出的平均粒径和组成(组成同上述的M-1至M-11及H-1至H-7的原料粉末相同)，将这些原料粉末以表7所示的混合方式和比例进行混合，并将烧结气氛改为氨气裂化气氛，从而得到一系列阀座(下文对比阀座1-11指的是由对比方法1-11得到的阀座)。
表8显示的是每个对比阀座1-11的铁基烧结合金底材的孔隙度，基体及硬质分散相的组成的测量结果。而且，每个铁基烧结合金底材都有着相似结构，含有其中分布碳化物细颗粒的铁素体基体，单一Co-Mo-Cr合金硬质分散相均匀分布其间。
随后，每个得到的阀座都装配在排气量为8000cc的柴油机上。在下述条件下运行柴油机，采用高表面压力应用条件进行运行测试，并测量阀座和相应阀门的最大磨损深度。这些测量结果示于表9中。
阀门材料：斯特莱特硬质合金
汽缸内压：17.6MPa
阀门弹簧负载：600Mpa
发动机转数：3000rpm
运行时间：500小时
运行条件：恒定转数持续500小时
表1
| 型号 | 平均粒径(μm) | 组成(％重量) | ||||||
| C | Ni | Mo | Co | Cr | Fe+杂质 | |||
| 用来形成基体的原料粉末 | M-1 | 35.2 | 0.53 | 1.56 | 1.65 | 5.49 | 1.63 | 余量 |
| M-2 | 28.6 | 0.98 | 1.49 | 1.71 | 5.51 | 1.57 | 余量 | |
| M-3 | 42.7 | 1.47 | 1.55 | 1.68 | 5.60 | 1.60 | 余量 | |
| M-4 | 49.5 | 1.04 | 0.12 | 1.65 | 5.64 | 1.58 | 余量 | |
| M-5 | 20.8 | 1.01 | 2.96 | 1.59 | 5.59 | 1.61 | 余量 | |
| M-6 | 33.8 | 0.99 | 1.58 | 0.51 | 5.71 | 1.57 | 余量 | |
| M-7 | 29.4 | 1.03 | 1.49 | 2.97 | 5.65 | 1.64 | 余量 | |
| M-8 | 37.1 | 0.97 | 1.53 | 1.50 | 3.10 | 1.62 | 余量 | |
| M-9 | 40.9 | 0.95 | 1.56 | 1.56 | 7.95 | 1.55 | 余量 | |
| M-10 | 31.3 | 1.07 | 1.49 | 1.66 | 5.66 | 0.23 | 余量 | |
| M-11 | 45.1 | 1.02 | 1.60 | 1.63 | 5.58 | 2.98 | 余量 | |
表2
| 型号 | 平均粒径(μm) | 组成(％重量) | ||||
| Mo | Cr | Si | Co+杂质 | |||
| 用来形成硬质分散相的原料粉末 | H-1 | 28.5 | 20.3 | 7.53 | 2.23 | 余量 |
| H-2 | 42.3 | 26.1 | 7.49 | 2.28 | 余量 | |
| H-3 | 39.7 | 31.7 | 7.37 | 2.26 | 余量 | |
| H-4 | 49.2 | 25.9 | 5.08 | 2.21 | 余量 | |
| H-5 | 33.8 | 25.6 | 9.87 | 2.27 | 余量 | |
| H-6 | 20.5 | 26.0 | 7.55 | 0.52 | 余量 | |
| H-7 | 35.4 | 25.6 | 7.46 | 3.94 | 余量 | |
表3
| 型号 | 混合 | 用来形成硬质分散相的原料粉末的混合比例(％重量) | ||
| 用来形成基体的原料粉末的代码 | 用来形成硬质分散相的原料粉末的代码 | |||
| 本发明方法序号 | 1 | M-1 | H-1 | 25 |
| 2 | M-2 | H-2 | 35 | |
| 3 | M-3 | H-3 | 30 | |
| 4 | M-4 | H-4 | 28 | |
| 5 | M-5 | H-5 | 32 | |
| 6 | M-6 | H-6 | 26 | |
| 7 | M-7 | H-7 | 28 | |
| 8 | M-8 | H-1 | 34 | |
| 9 | M-9 | H-2 | 31 | |
| 10 | M-10 | H-3 | 29 | |
| 11 | M-11 | H-4 | 33 | |
表4
| 型号 | 铁基烧结合金底材 | |||||||||||||
| 基体组成(％重量) | 硬质分散相组成(％重量) | 孔隙度(％) | ||||||||||||
| C | Ni | Mo | Co | Cr | Si | Fe+杂质 | Fe | Co | Cr | Si | Mo+杂质 | |||
| 本发明方法序号(阀座序号) | 1 | 0.50 | 1.38 | 1.92 | 17.46 | 2.64 | 0.52 | 余量 | 26.23 | 17.46 | 2.64 | 0.98 | 余量(50.38) | 15.8 |
| 2 | 0.95 | 1.26 | 2.03 | 18.52 | 2.47 | 0.63 | 余量 | 29.41 | 18.52 | 2.47 | 1.02 | 余量(48.85) | 14.2 | |
| 3 | 1.46 | 1.38 | 2.01 | 17.83 | 2.55 | 0.48 | 余量 | 22.56 | 17.83 | 2.55 | 1.13 | 余量(54.13) | 16.5 | |
| 4 | 0.98 | 0.11 | 1.95 | 17.96 | 2.58 | 0.51 | 余量 | 23.42 | 17.96 | 2.58 | 0.97 | 余量(53.62) | 15.3 | |
| 5 | 0.95 | 2.89 | 1.89 | 18.13 | 2.43 | 0.55 | 余量 | 26.34 | 18.13 | 2.43 | 1.24 | 余量(50.04) | l7.7 | |
| 6 | 0.93 | 1.35 | 0.61 | 17.40 | 2.33 | 0.11 | 余量 | 25.11 | 17.40 | 2.33 | 0.32 | 余量(53.28) | 13.1 | |
| 7 | 0.97 | 1.33 | 2.99 | 18.24 | 2.67 | 0.98 | 余量 | 25.75 | 18.24 | 2.67 | 2.87 | 余量(48.71) | 19.0 | |
| 8 | 0.91 | 1.34 | 1.82 | 13.12 | 2.51 | 0.43 | 余量 | 24.65 | 13.12 | 2.51 | 1.33 | 余量(55.96) | 10.8 | |
| 9 | 0.89 | 1.37 | 1.90 | 21.85 | 2.52 | 0.62 | 余量 | 26.92 | 21.85 | 2.52 | 0.86 | 余量(45.57) | 18.6 | |
| 10 | 1.00 | 1.29 | 1.94 | 18.21 | 1.03 | 0.50 | 余量 | 10.38 | 18.21 | 1.03 | 1.05 | 余量(56.30) | 13.2 | |
| 11 | 0.96 | 1.42 | 1.93 | 17.95 | 4.94 | 0.47 | 余量 | 24.59 | 17.95 | 4.84 | 0.90 | 余量(51.25) | 12.9 | |
表5
| 型号 | 平均粒径(μm) | 组成(％重量) | ||||||
| C | Ni | Mo | Co | Cr | Fe+杂质 | |||
| 用来形成基体的原料粉末 | m-1 | 78 | 同用来形成基体的原料粉末M-1 | |||||
| m-2 | 83 | 同用来形成基体的原料粉末M-2 | ||||||
| m-3 | 78 | 同用来形成基体的原料粉末M-3 | ||||||
| m-4 | 105 | 同用来形成基体的原料粉末M-4 | ||||||
| m-5 | 86 | 同用来形成基体的原料粉末M-5 | ||||||
| m-6 | 83 | 同用来形成基体的原料粉末M-6 | ||||||
| m-7 | 75 | 同用来形成基体的原料粉末M-7 | ||||||
| m-8 | 98 | 同用来形成基体的原料粉末M-8 | ||||||
| m-9 | 99 | 同用来形成基体的原料粉末M-9 | ||||||
| m-10 | 83 | 同用来形成基体的原料粉末M-10 | ||||||
| m-11 | 75 | 同用来形成基体的原料粉末M-11 | ||||||
表6
| 型号 | 平均粒径(μm) | 组成(％重量) | ||||
| Mo | Cr | Si | Co+杂质 | |||
| 用来形成硬质分散相的原料粉末 | h-1 | 68 | 同用来形成硬质分散相的原料粉末H-1 | |||
| h-2 | 77 | 同用来形成硬质分散相的原料粉末H-2 | ||||
| h-3 | 102 | 同用来形成硬质分散相的原料粉末H-3 | ||||
| h-4 | 84 | 同用来形成硬质分散相的原料粉末H-4 | ||||
| h-5 | 76 | 同用来形成硬质分散相的原料粉末H-5 | ||||
| h-6 | 93 | 同用来形成硬质分散相的原料粉末H-6 | ||||
| h-7 | 94 | 同用来形成硬质分散相的原料粉末H-7 | ||||
表7
| 型号 | 混合 | 用来形成硬质分散相的原料粉末的混合比例(％重量) | ||
| 用来形成基体的原料粉末的代码 | 用来形成硬质分散相的原料粉末的代码 | |||
| 对比方法序号 | 1 | m-1 | h-1 | 25 |
| 2 | m-2 | h-2 | 35 | |
| 3 | m-3 | h-3 | 30 | |
| 4 | m-4 | h-4 | 28 | |
| 5 | m-5 | h-5 | 32 | |
| 6 | m-6 | h-6 | 26 | |
| 7 | m-7 | h-7 | 28 | |
| 8 | m-8 | h-1 | 34 | |
| 9 | m-9 | h-2 | 31 | |
| 10 | m-10 | h-3 | 29 | |
| 11 | m-11 | h-4 | 33 | |
表8
| 型号 | 铁基烧结合金底材 | |||||||||||||
| 基体组成(％重量) | 硬质分散相组成(％重量) | 孔隙度(％) | ||||||||||||
| C | Ni | Mo | Co | Cr | Si | Fe+杂质 | Fe | Co | Cr | Si | Mo+杂质 | |||
| 对比方法序号(阀座序号) | 1 | 0.48 | 1.35 | 1.90 | 6.38 | 2.03 | 0.25 | 余量 | 5.24 | 42.64 | 4.24 | 1.42 | 余量(44.54) | 16.1 |
| 2 | 0.96 | 1.30 | 2.08 | 6.52 | 1.88 | 0.28 | 余量 | 6.43 | 44.25 | 5.37 | 1.27 | 余量(40.65) | 14.0 | |
| 3 | 1.45 | 1.42 | 1.98 | 6.80 | 1.95 | 0.22 | 余量 | 3.26 | 43.62 | 4.38 | 1.45 | 余量(45.91) | 16.3 | |
| 4 | 0.99 | 0.12 | 1.92 | 6.72 | 1.92 | 0.30 | 余量 | 4.33 | 41.38 | 3.96 | 1.38 | 余量(46.32) | 15.2 | |
| 5 | 0.97 | 2.91 | 1.86 | 6.43 | 1.86 | 0.24 | 余量 | 5.78 | 43.72 | 7.52 | 1.62 | 余量(39.83) | 17.5 | |
| 6 | 0.93 | 1.37 | 0.54 | 6.95 | 1.95 | 0.04 | 余量 | 4.21 | 42.50 | 4.34 | 0.59 | 余量(46.28) | 13.4 | |
| 7 | 0.98 | 1.34 | 2.95 | 6.58 | 2.11 | 0.49 | 余量 | 5.54 | 43.82 | 4.71 | 3.18 | 余量(36.74) | 19.2 | |
| 8 | 0.92 | 1.36 | 1.80 | 4.25 | 1.93 | 0.21 | 余量 | 4.62 | 37.15 | 3.88 | 1.42 | 余量(50.67) | l0.7 | |
| 9 | 0.91 | 1.39 | 1.85 | 9.62 | 1.74 | 0.32 | 余量 | 6.85 | 45.70 | 4.66 | 1.30 | 余量(39.96) | 18.2 | |
| 10 | 1.02 | 1.33 | 1.89 | 6.77 | 0.86 | 0.22 | 余量 | 2.06 | 41.54 | 4.78 | 1.43 | 余量(48.18) | 13.6 | |
| 11 | 0.97 | 1.45 | 1.89 | 6.23 | 3.57 | 0.25 | 余量 | 4.95 | 40.59 | 3.23 | 1.56 | 余量(47.75) | 12.7 | |
表9
| 型号 | 最大磨损厚度(μm) | 阀门最大磨损厚度(μm) | 型号 | 最大磨损厚度(μm) | 阀门最大磨损厚度(μm) | ||
| 本发明阀座 | 1 | 24 | 16 | 对比阀座 | 1 | 76 | 53 |
| 2 | 38 | 17 | 2 | 85 | 61 | ||
| 3 | 12 | 8 | 3 | 127 | 44 | ||
| 4 | 15 | 7 | 4 | 98 | 65 | ||
| 5 | 30 | 12 | 5 | 154 | 97 | ||
| 6 | 26 | 21 | 6 | 115 | 74 | ||
| 7 | 11 | 9 | 7 | 110 | 38 | ||
| 8 | 21 | 18 | 8 | 88 | 29 | ||
| 9 | 28 | 13 | 9 | 72 | 50 | ||
| 10 | 32 | 11 | 10 | 105 | 72 | ||
| 11 | 17 | 24 | 11 | 134 | 86 | ||
从表9的结果明显看出，本发明方法1-11得到的阀座1-11中，正如表4所示，在烧结过程中Co，Cr和Si成分由用来形成硬质分散相的原料粉末中扩散并迁移到基体中，并且Fe成分由用来形成基体的原料粉末中扩散并迁移到硬质分散相的因Co，Cr和Si成分扩散和迁移到基体而留下的空隙中，使得硬质分散相与基体之间极其强力地附着。因此，所有这些阀座在高表面压力应用情况下显现出优异的抗磨性能。而且，硬质分散相的两相混合体系确保较小的相应侵蚀特性，确保阀门的磨损，即对应侵蚀，也达到最小程度。相反地，用对比方法1-11得到的对比阀座1-11，如表8所示，在烧结前后，形成阀座的铁基烧结合金的硬质分散相和基体的组成几乎没有变化，表明在烧结过程中，在用来形成基体的原料粉末和形成硬质分散相的原料粉末间基本没有发生结构组分的扩散和迁移。因此，硬质分散相和基体之间的附着力相对较弱。结果，这些阀座在高表面压力应用情况下磨损加速，又因为硬质分散相极其坚固，对应侵蚀成了一个大问题。
如上所述，依本发明的方法，可得到具有优异抗磨性能及在高表面压力应用情况下几乎没有对应侵蚀的阀座，因此可提供一种能满足大尺寸和排出量的内燃机需求的阀座。
Claims (2)
1.一种生产铁基烧结合金阀座的方法，包含以下步骤：
(a)利用一种铁基合金粉末作为形成基体的原料粉末，所述铁基合金粉末按重量百分比计包含：
C：0.5-1.5％，
Ni：0.1-3％，
Mo：0.5-3％，
Co：3-8％，
Cr：0.2-3％，和余量的Fe及不可避免的杂质，并且具有的平均粒径为20-50μm；并利用一种钴基合金粉末作为形成硬质分散相的原料粉末，所述钴基合金粉末按重量百分比计包含：
Mo：20-32％，
Cr：5-10％，
Si：0.5-4％，和余量的Co及不可避免的杂质，并且具有的平均粒径为20-50μm，
(b)将足量的所述钴基合金粉末混入所述铁基合金粉末中，从而使钴基合金粉末占与所述铁基合金粉末混合后总量的25-35％重量，对由此得到的混合粉末的压制坯体在真空条件下进行固态烧结，并使所述钴基合金粉末中的所述Co，Cr和Si成分扩散并迁移到所述基体中，同时使所述铁基合金粉末中的所述Fe成分扩散并迁移到所述硬质分散相中，从而显著改善所述硬质分散相与所述基体之间的附着力，并因此形成孔隙度为10-20％的铁基烧结合金底材，依据X射线微观检测仪(EPMA)的测量，其含有一种以重量百分比计包含下列组成的Fe-Co合金基体：
C：0.5-1.5％，
Ni：0.1-3％，
Mo：0.5-3％，
Co：13-22％，
Cr：1-5％，
Si：0.1-1％，和余量的Fe及不可避免的杂质，在此Fe-Co合金基体中均匀地分布有一种Mo-Fe-Co合金的硬质分散相，该合金按重量百分比计含有以下组成：
Fe：20-30％，
Co：13-22％，
Cr：1-5％，
Si：0.3-3％，和余量的Mo及不可避免的杂质，并具有Fe-Co合金相和Mo-Co合金相的两相混合体系，和
(c)将上述铁基烧结合金底材渗有铜或铜合金。
2.一种可通过权利要求1所述的方法获得的阀座。
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