CN1721566A - 烧结阀导及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种由烧结合金制成的烧结阀导，以质量计为，烧结合金铜：3.5～5％、锡：0.3～0.6％、磷：0.04～0.15％、碳：1.5～2.5，铁：余量，及根据需要，包含0.46～1.41％的金属氧化物，和MnS和/或硅酸镁。金相组织的构成为：由珠光体相、Fe－P－C化合物相和Cu－Sn合金相构成的基体、气孔和占烧结合金质量比1.2～1.7％的弥散的石墨相。在断面上，珠光体相占基体合金的面积的90％或以上，Fe－P－C化合物相占面积的0.1～3％，Cu－Sn合金相占断面面积的1～3％，Fe－P－C化合物中厚度大于等于15μm的，占总Fe－P－C化合物相面积的小于等于10％。

Description

烧结阀导及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于内燃机的阀导，特别地，涉及一种由具有优良耐磨损性能和切削性的烧结合金制造的烧结阀导，及其制造方法。
背景技术
以往由铸铁制成的阀导应用于内燃机中，近来，烧结合金阀导由于其耐磨损性能和大量生产而被使用。例如，本发明的申请人就曾在日本特公昭55-34858号公报和特许第2680927号公报中公开了耐磨损性能优秀的烧结阀导材料。
在特公昭55-34858号公报中公开的阀导材料的组成成分为，以重量比，C：1.5～4％，Cu：1～5％，Sn：0.1～2％，P：0.1～0.3％，及Fe：余量，其结构为，在由珠光体和铁素体混合而成的基体中分散有，由Fe-P-C的共晶化合物构成的铁-磷-碳化合物相、Cu-Sn相和游离石墨相。其具有比传统铸铁阀导更好的耐磨损性能和比传统铁基烧结合金更好的切削性，尽管其比铸铁产品相对难以加工，还是在许多汽车制造厂得以应用。
另一方面，特许第2680927号公报中公开的阀导材料，是特公昭55-34858号公报中的阀导材料的改进，通过在特公昭55-34858号公报中的阀导材料的晶界上弥散硅酸镁矿物，在不影响耐磨损性能的前提下来提高切削性。
在特许第2680927号公报中公开的阀导材料表现出优异的耐磨损性能，与特公昭55-34858号公报中的阀导材料相当，尽管其切削性有一定提高，但还是比铸铁产品要差。因此，希望能进一步提高切削性。本申请的申请者通过研究，即使一定程度上损失了耐磨损性能，也要着眼于提高切削性，因而开发了在特开2002-69597号公报中公开的阀导材料。
在特开2002-69597号公报中公开的阀导材料的组成成分为，以重量计，C：1.5～4％，Cu：1～5％，Sn：0.1～0.2％，P：0.01～0.1％，及Fe：余量，其结构为，以珠光体为主的基体中分散着游离石墨。
但是，随着提高加工过程的效率，提高阀导材料的加工性以及对阀导材料优良切削性的需求也在不断增长。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种新型烧结阀导，其具有较高耐久性，并可以通过使用具有均衡的耐磨损性能和切削性的烧结合金作为阀导材料而可以有效制造，以及其制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，一种烧结阀导由烧结合金制成，该烧结合金的基本组成以质量计为，铜：3.5～5％、锡：0.3～0.6％、磷：0.04～0.15％、碳：1.5～2.5，铁：余量，其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相和Cu-Sn合金相构成的基体、气孔和占烧结合金质量比1.2～1.7％的弥散的石墨相，其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占基体合金的面积的90％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的小于等于10％。
根据本发明的另一方面，一种烧结阀导，由烧结合金制成，该烧结合金的基本组成以质量计为，铜：3.5～5％、锡：0.3～0.6％、磷：0.04～0.15％、碳：1.5～2.5，金属氧化物：0.46～1.41％，铁：余量，其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相、Cu-Sn合金相和金属氧化物相构成的基体、气孔和占烧结合金质量比1.2～1.7％的弥散的石墨相，其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占基体合金的面积的90％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的小于等于10％。
根据本发明的另一方面，一种烧结阀导，其由烧结合金制成，烧结合金的基本组成以质量计为，铜：3.5～5％、锡：0.3～0.6％、磷：0.04～0.15％、碳：1.5～2.5，少于等于1.6％的选自硫化锰和硅酸镁矿物中至少一种的固体润滑剂，铁：余量，其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相、Cu-Sn合金相和金属氧化物相构成的基体、气孔、占烧结合金质量比1.2～1.7％的弥散的石墨相、以及所述至少一种固体润滑剂，该润滑剂分布于气孔或者分布于金相组织的晶界，并且其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占金相组织的面积的90％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，分布于气孔的石墨相占金相组织的断面面积的0.8～3.2％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的10％或更少。
根据本发明的另一方面，一种烧结阀导，其由烧结合金制成，烧结合金的基本组成以质量计为，铜：3.5～5％、锡：0.3～0.6％、磷：0.04～0.15％、碳：1.5～2.5，金属氧化物：0.46～1.41％，少于等于1.6％的选自硫化锰和硅酸镁矿物中至少一种的固体润滑剂，铁：余量，其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相、Cu-Sn合金相和金属氧化物相构成的基体、气孔、占烧结合金质量比1.2～1.7％的弥散的石墨相，以及所述的至少一种固体润滑剂，润滑剂分布于气孔或者分布于烧结合金金相组织的晶界；其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占金相组织的面积的90％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，分布于气孔的石墨相占金相组织的断面面积的0.8～3.2％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的10％或更少。
根据本发明的一方面，一种烧结阀导的制造方法，其包括：制备粉末混合物，成分以质量计为，Fe-P合金粉末：0.27～0.7％，Cu-Sn合金粉末：3.93～5.44％，石墨粉末：1.7～2.7％，铁粉：余量；其中，Fe-P粉末粉末实质上由15～21％的磷、不可避免的杂质、以及余量的铁组成；Cu-Sn合金粉末实质上由8～11％的锡、不可避免的杂质和余量的铜组成；将粉末混合物在管状内腔中压缩，粉末混合物形成管状压实体；然后将管状压实体在非氧化性气氛中烧结，烧结温度为950～1050℃。
根据上述过程，可以通过具有良好的、均衡的耐磨损性能和切削性能的阀导材料，来有效制造具有较高耐久性的烧结阀导。
附图说明
图1是本发明的烧结阀导的金相组织的断面示意图。
图2是具有较高比例铁-磷-碳化合物相的烧结阀导的金相组织的断面示意图。
图3A-3D是总成分中的磷含量与铁-磷-碳化合物相的含量比例(图3A)、铜-锡合金相的比例(图3B)、游离石墨相的量(图3C)以及铁素体相的比例(图3D)的关系曲线。
图4A-4D是总成分中的磷含量与铁-磷-碳化合物相的厚度(图4A)、磨损量(图4B)、切削性指数(图4C)以及径向压溃强度常数(图4D)的关系曲线。
图5A-5D是总成分中的锡含量与铁-磷-碳化合物相的比例(图5A)、铜-锡合金相的比例(图5B)、游离石墨相的量(图5C)以及铁素体相的比例(图SD)的关系曲线。
图6A-6D是总成分中的锡含量与铁-磷-碳化合物相的厚度(图6A)、磨损量(图6B)、切削性指数(图6C)以及径向压溃强度常数(图6D)的关系曲线。
图7A-7D是总成分中的铜含量与铁-磷-碳化合物相的比例(图7A)、铜-锡合金相的比例(图7B)、游离石墨相的量(图7C)以及铁素体相的比例(图7D)的关系曲线。
图8A-8D是总成分中的铜含量与铁-磷-碳化合物相的厚度(图8A)、磨损量(图8B)、切削性指数(图8C)以及径向压溃强度常数(图8D)的关系曲线。
图9A-9D是总成分中的碳含量与铁-磷-碳化合物相的比例(图9A)、铜-锡合金相的比例(图9B)、游离石墨相的量(图9C)以及铁素体相的比例(图9D)的关系曲线。
图10A-10D是总成分中的碳含量与铁-磷-碳化合物相的厚度(图10A)、磨损量(图10B)、切削性指数(图10C)以及径向压溃强度常数(图10D)的关系曲线。
图11A-11D是烧结温度与铁-磷-碳化合物相的比例(图11A)、铜-锡合金相的比例(图11B)、游离石墨相的量(图11C)以及铁素体相的比例(图11D)的关系曲线。
图12A-12D是烧结温度与铁-磷-碳化合物相的厚度(图12A)、磨损量(图12B)、切削性指数(图12C)以及径向压溃强度常数(图12D)的关系曲线。
图13A-13D是烧结时间与铁-磷-碳化合物相的比例(图13A)、铜-锡合金相的比例(图13B)、游离石墨相的量(图13C)以及铁素体相的比例(图11D)的关系曲线。
图14A-14D是烧结时间与铁-磷-碳化合物相的厚度(图14A)、磨损量(图14B)、切削性指数(图14C)以及径向压溃强度常数(图14D)的关系曲线。
图15A-15D是冷却速度与铁-磷-碳化合物相的比例(图15A)、铜-锡合金相的比例(图15B)、游离石墨相的量(图15C)以及铁素体相的比例(图15D)的关系曲线。
图16A-16D是冷却速度与铁-磷-碳化合物相的厚度(图16A)、磨损量(图16B)、切削性指数(图16C)以及径向压溃强度常数(图16D)的关系曲线。
图17A-17D是铁粉中氧化物含量与铁-磷-碳化合物相的比例(图17A)、铜-锡合金相的比例(图17B)、游离石墨相的量(图17C)以及铁素体相的比例(图17D)的关系曲线。
图18A-18D是铁粉中氧化物含量与铁-磷-碳化合物相的厚度(图18A)、磨损量(图18B)、切削性指数(图18C)以及径向压溃强度常数(图18D)的关系曲线。
图19A-19D是雾化铁粉量与铁-磷-碳化合物相的比例(图19A)、铜-锡合金相的比例(图19B)、游离石墨相的量(图19C)以及铁素体相的比例(图19D)的关系曲线。
图20A-20D是雾化铁粉量与铁-磷-碳化合物相的厚度(图20A)、磨损量(图20B)、切削性指数(图20C)以及径向压溃强度常数(图20D)的关系曲线。
图21A-21D是改善切削性组分的粉末的量与铁-磷-碳化合物相的比例(图21A)、铜-锡合金相的比例(图21B)、游离石墨相的量(图21C)以及铁素体相的比例(图21D)的关系曲线。
图22A-22D是改善切削性组分的粉末的量与铁-磷-碳化合物相的厚度(图22A)、磨损量(图22B)、切削性指数(图22C)以及径向压溃强度常数(图22D)的关系曲线。
具体实施方式
由粉末冶金制造的烧结合金，根据组成和使用原料的粒子粒径以及制造条件，比如加热温度等，具有彼此各异的金相组织。甚至，总体成分相同，材料的性能，比如烧结合金的机械强度，强烈取决于烧结合金的结构。本发明中，考虑到烧结合金中的各相的材料特性，在设计阀导材料的金相组织时，要考虑到把最终阀导材料所需要的材料特性授予烧结合金，并且这将成为确定原料和制造条件的基础。
阀导要求有高强度和高耐磨损性。用于阀导的传统合金满足这两项要求，但在切削性方面不足，因此用户强烈要求改善加工中的这些不足。所以，为了满足用户的需求，本发明的目的是，基于以铁为主要成分的基体、并含有为了提高耐磨损性能的铜-锡合金相、铁-磷-碳化合物相和游离石墨相的合金，来改善阀导的切削性。以下，对本发明的用于烧结阀导的烧结合金的金相组织进行详细说明。需说明的是，以下金相组织的断面中各相的比例，是面积％的平均值。
为了提高强度，烧结合金的基体由珠光体组织构成，珠光体由原料铁粉和石墨粉末烧结时碳扩散到原料铁粉中而形成。因为金属粉末中含有碳作为固溶体时，坚硬且耐压缩，所以选择铁粉和石墨粉末作为原料。如果石墨粉末的量不足，将引起与基体金属接合的碳的量降低，从而导致由于在基体中形成了大量的铁素体(α-铁)而使得基体的强度下降。如后所述，需要注意的是，在形成铁-磷-碳化合物相时常伴有少量铁素体相在斯氏体相周围形成。但是，如果珠光体在基体中占有90％或以上的面积比，其余为形成的铁素体，这也是可以接受的范围，因为对基体的强度的降低很小。
铁-磷-碳化合物相弥散于珠光体基体中。通过将铁-磷合金粉末和原料铁粉相混合，和石墨粉末一起进行烧结，铁-磷-碳化合物相在珠光体相的晶界上以薄膜状析出，形成了坚硬的铁-磷-碳化合物相，并提高了烧结合金的耐磨损性能。当铁-磷-碳化合物相在金相组织的断面上的面积比例达到0.1％或更多时，耐磨损性能的提高更为显著。另一方面，铁-磷-碳化合物相的形成量的增加导致膜厚度的增加，从而形成片状的铁-磷-碳化合物相，结果是烧结合金的切削性急剧劣化。因此，降低铁-磷-碳化合物相的量，并将铁-磷-碳化合物相分散成薄膜状来防止烧结合金切削性的下降是十分重要的。特别是在金相组织的断面上，铁-磷-碳化合物相应该占金相组织断面的3面积％或更低，而且，厚度达到或超过15μm的铁-磷-碳化合物相应该占总的铁-磷-碳化合物相的10面积％或更低。更具体而言，厚度达到或超过15μm的铁-磷-碳化合物相最好为总的铁-磷-碳化合物相的不超过0.1面积％，另一部分厚度在大于等于5μm、小于15μm最好占10～40面积％，其他为厚度不足5μm的铁-磷-碳化合物相，且优先选择形成这样的组织。铁-磷-碳化合物相在生长中要夺取珠光体基体中的碳，使得在铁-磷-碳化合物相周围产生一些铁素体。强度低的铁素体在烧结合金的基体中可以允许的量为小于等于10面积％，但不希望多量的铁素体。如果，在原料粉末中磷的含量过高，将导致生成厚的铁-磷-碳化合物相，但同时，通过夺取珠光体中的碳，分散于基体中的强度低的铁素体的量增加。因此应该认真控制生成的铁-磷-碳化合物相的量以防止上述问题的发生，具体而言，铁-磷-碳化合物相占金相组织的断面的比例应该保持在0.1～3面积％的范围。因此，使用的铁-磷合金粉末的量应该调整到磷含量在烧结合金中为0.04～0.15质量％。如果偏重强度或耐磨性，铁-磷合金的量为0.1～0.15质量％，如果偏重切削性，则为0.04～0.1质量％。
本发明中，铜-锡合金相分散于烧结合金中。铜-锡合金是软的，通过提高与阀或滑动部件的相容性，可以有效提高烧结合金的耐磨损性。当铜-锡合金相分散到烧结合金中，达到金相组织断面的1面积％或者更多时，其效果更加显著。但是，当铜-锡合金相超过大约3面积％时，由于铜在烧结中的膨胀，将损害烧结时的尺寸稳定性，因此，原料粉末中的混合比例最好调节到铜-锡合金相在断面上的面积为1～3面积％。铜-锡合金相可以由以单独的铜粉末和单独的锡粉末为原料粉末而形成，但是这样的话，由其形成的铜-锡合金中的成分和分布会波动很大，损害烧结合金的尺寸稳定性和耐磨损性能。因此，最好使用铜-锡合金。当分散于珠光体基体中的铜-锡合金相以细小形状，例如最大晶粒尺寸为小于等于20μm，且占总的铜-锡合金相的80面积％及以上时，铜-锡合金相的分散均-性提高，从相容性角度来将也更为有效。在制备压实体毛坯时，由于粉末颗粒的桥联状态，铜-锡合金粉末可能会保持未扩散状态，由未扩散的铜-锡合金粉末可能会形成晶粒尺寸大于等于150μm的铜-锡合金相。如果这样的铜-锡合金相在断面上占全部铜-锡合金相的比例为5面积％或更少，这样的量是可以接受的。烧结中铜-锡合金粉末形成液相，将有助于加速烧结，相应地，铜和锡以固溶物溶解于基体而增强基体。但，过量固溶的铜因为其膨胀，导致尺寸稳定性急剧下降，并且过量固溶的锡使得基体产生脆性。为了防止上述问题的发生和使得铜-锡合金相适度的分散，在使用的铜-锡合金粉末中，锡的含量最好在8～11质量％。结果，烧结合金中铜-锡合金相的成分也变得很接近上述范围。所以，根据铜-锡合金粉末的成分和铜-锡合金相在断面上的面积比例，确定的合适的铜和锡的含量分别占总合金成分的3.5～5质量％和0.3～0.6质量％。
在珠光体基体中添加少量金属氧化物相则更为理想，但不是必需的。金属氧化物相是由铝、硅、锰、铁、钛和钙组成的组群中选择的至少一种金属的氧化物组成，氧化物作为易于切削的组分来提高切削性。但过量的氧化物将导致基体的脆性，最好是氧化物的量占总组成的0.46～1.41质量％，分散于珠光体基体中。在基体中均一分散金属氧化物相是十分重要的，可以使用含有金属氧化物的铁粉作为原料粉末。铁粉中的金属氧化物最好占总量的0.5～1.5重量％，这样的铁粉中包含矿物还原铁粉。常用的雾化铁粉和氧化铁皮还原铁粉含有的金属氧化物较少。
此外，金相组织中分散有游离石墨相。其来自原料的石墨粉末，以固体润滑剂的形式提高烧结合金的切削性和耐磨损性。尽管因其在样品制备中损失，通过合金的金相断面很难精确确定游离石墨相在烧结合金中的比例，根据JIS-G1211“碳含量的分析方法”，定量确定游离碳的方法能够确定游离石墨的质量比例，根据如上获得的石墨含量及石墨的比重，能够获得游离石墨相的比例与游离石墨相的作用之间的关系。根据上述，当游离石墨相大约为0.8面积％或更高时，其作用更为显著，如果形成的烧结合金中含有的游离石墨的量超过3.2面积％，将导致硬性的渗碳体(FeC3)在基体中析出，从而降低切削性。过量的石墨粉末还会损害粉末的可压实性，降低基体在烧结合金中的比例，降低烧结合金的强度。因此，游离石墨相的比例，最好相对于合金的断面为大于等于0.8面积％，小于等于3.2面积％。
为了进一步提高切削性，硫化锰(o)粉末和硅酸镁的矿物粉末中的至少一种被作为固体润滑剂来混合，在原料粉末中的比例为小于等于1.6质量％，其将分散在烧结合金的气孔或粉末的晶界。MnS相和硅酸镁相提高耐磨损性，对提高切削性特别有效。另外，MnS相保护切削工具的刀刃并延长工具的寿命；硅酸镁矿物具有劈开性，在切削中使切削容易，会有效降低切削力。这两种成分具有碎片开裂的作用，将有效预防工具刃口被加热，通过将碎片劈开从而延长工具寿命。
上述的烧结合金的金相组织具有游离石墨相、铁-磷-碳化合物相、铜-锡合金相、金属氧化物相、以及根据需要的固体润滑剂相，这样的烧结合金可以通过以下方法来制造，然后用来制造烧结阀导，只要在烧结合金的制造中设置压实体成形步骤，就可以得到具有所需形状的烧结阀导。结果是，形成的烧结合金和烧结阀导具有如下成分，铜：3.5～5质量％，锡：0.3～0.6质量％，磷：0.04～0.15质量％，碳：1.5～2.5质量％，金属氧化物：0.46～1.41质量％，及余量的铁。固体润滑剂的量，如果需要，则小于等于合金总成分的1质量％。
一般的阀导的密度为6.3～6.9g/cm3，并包含按密度比计算的大约4～15％的气孔。上述根据本发明的烧结阀导在这一点上也同样。
制造烧结合金和烧结阀导，首先要制备粉末混合物。原料包括，石墨粉末、铁-磷合金粉末、铜-锡合金粉末、铁粉，以及根据需要的固体润滑剂粉末，将这些粉末均匀混合，形成粉末混合物。以下将对该原料粉末进行详述。
形成珠光体基体的原料铁粉，例如雾化铁粉，粒子的尺寸大约为-150到-65目(通过65～150目的筛子，最到粒径为104～200μm)。或者使用矿物还原铁粉，其粒子尺寸为-150到-65目，并含有前述的金属氧化物，且总的氧化物的量为0.5～1.5质量％，氧化物可以提高切削性。矿物还原氧化物含有较高含量的金属氧化物，这是由其先前的制备方法带来的，金属氧化物可以有效提高切削性。金属氧化物的含量低于上述范围，将降低对切削性的改善。金属氧化物的含量高于上述范围，将导致硬化，并损害粉末的可压缩性，因而是不希望的。矿物还原铁粉是多孔性的，会因毛细作用吸收在烧结过程中形成的液相的铜-锡合金，这使得烧结合金中的成分分布更加均匀。晶粒尺寸大的矿物还原铁粉很难提高粉末的密度，而晶粒尺寸小的降低粉末的可流动性，因此，尺寸在大约-150到-65目的粉末比较适合。但是，矿物还原铁粉，含有较多的金属氧化物，较雾化铁粉之类稍硬，压缩性稍差，所以得到的烧结阀导的强度较由雾化铁粉制得的要稍低一点。这样，可以根据对烧结阀导的特性，强度或切削性，来选择原料铁粉。或者，使用矿物还原铁粉和雾化铁粉的混合后的混合物，例如，混合粉末中含有10质量％的雾化铁粉或更多，提高粉末的压缩性和所得烧结合金的强度。这种情况下，如果雾化铁粉的替代比例大于30质量％，可能导致金属氧化物的不规则分布，抑制了切削性的改善。所以，在混合矿物还原性铁粉和雾化铁粉时，替代比例优选为10～30质量％。雾化铁分的粒子尺寸与矿物还原铁粉相同或稍小。
铁-磷合金粉末是用来提供磷的材料，使用其主要是从安全控制的角度，因为磷很不稳定且易燃。磷扩散进入铁的基体，通过形成铁-磷-碳化合物相而提高珠光体基体金属的强度和耐磨损性能。铁-磷合金中的磷含量大约为10～13质量％时，会在950～1050℃范围形成铁-磷合金的液相。大量的液相是不希望的，因为在烧结中会损坏尺寸的稳定性，但适当量的液相促进颈缩的生长，提高烧结合金的强度。所以在铁-磷合金粉末中磷含量最好为为15质量％或更多，用于适度控制产生的液相的量。在磷含量大于等于15质量％的铁-磷合金中的磷在烧结中扩散到铁中，当某些位置的磷的浓度达到上述范围时，合金粉末就会产生液相。液相润湿了铁粉的表面，磷则快速的通过液相进入铁粉，降低了液相中磷的浓度低于上述的范围，并使液相固化。所以，铁-磷合金通过促进铁粒子间的颈缩的生长来提高强度，并通过部分限制液相的产生和在较短时间内使液相固化而防止极度地损害尺寸稳定性。如果使用的铁-磷合金粉末中地磷含量低于15质量％，铁-磷合金的成分达到上述范围，在烧结中因磷扩散而产生液相，使得液相地形成更加猛烈，导致尺寸稳定性劣化，和因磷扩散到整个基体而产生的铁-磷-碳化合物相的量的降低。另一方面，当使用的铁-磷合金粉末中的磷含量高于21质量％，铁-磷合金相变硬，粉末混合物的压缩性降低，使得压实体毛坯和烧结合金的密度降低，造成所得的烧结阀导的强度下降。另外，产生的铁-磷-碳化合物变厚，降低烧结合金的切削性，因此，优先选择的铁-磷合金中磷的含量为15～21质量％，对应于总的粉末的量而言大约为0.27～0.7质量％。从粉末的压缩性来讲，使用的铁-磷合金的粉末的粒子尺寸最好为大约-250到-150目(最大粒子尺寸：61～104μm)。铁-磷合金粉末不可避免地会含有一定量的杂质，例如碳、硅、锰及其他，总的杂质量要小于等于1.5质量％。
铜-锡合金粉末，用于降低尺寸和增加铜-锡合金相在烧结合金中的分布均匀性，其粒子尺寸最好小于铁粉的。为了防止因铜的膨胀而产生的尺寸稳定性的劣化，和因为锡的过渡固溶而引起的基体的脆化，使用的铜-锡合金粉末中锡的含量最好在8～11质量％，使用的量，相对于整体粉末混合物最好大约为3.93～5.44质量％。由上所述，粉末混合物中铜含量和锡含量分别为3.5～5.0质量％和0.3～0.6质量％。铜-锡合金粉末的粒子尺寸最好小于铁粉的，使得铜-锡合金粉末在粉末混合物中均匀分散，并使得形成的细微的铜-锡合金相均匀地分布于烧结合金中。如果使用的铜-锡合金粉末的粒径为-250～-400目(最大粒子尺寸：35～61μm)则更为理想。铜-锡合金粉末中也不可避免的存在一定量的杂质。
石墨粉末在烧结中通过与铁粉和铁-磷合金接合，形成了珠光体组织及产生了铁-磷-碳化合物，残留的石墨形成游离石墨相。烧结合金中适合的碳含量为1.5～2.5质量％，但考虑到在还原铁粉中金属氧化物的消耗和与环境气氛中的水的反应造成的损失，石墨粉末的量最好为总的粉末混合物的1.7～2.7质量％。但过量的碳会引起渗碳体在珠光体基体中析出，并降低粉末混合物的压实性，从而造成压实体毛坯和烧结合金的密度的下降，以及烧结阀导的强度的下降。如果使用的石墨粉末的颗粒尺寸极其细微，在烧结后残留的游离石墨相就变得很稀少；如果石墨粉末的颗粒尺寸非常大，则粉末混合物的压实性变低，烧结合金中的各成分的分布变得极不规则，在铁-磷-碳混合物相的周围倾向形成铁素体相。
如上所述，使用的固体润滑剂为MnS和/或硅酸镁矿物粉末，硅酸镁矿物可以是例如，硅酸镁矿物和正硅酸镁矿物。典型的硅酸镁矿物包含顽火辉石、斜顽辉石、斜方辉石、紫苏辉石等，典型的正硅酸镁矿物包括镁橄榄石、贵橄榄石等。在以固体润滑剂使用时，为了防止对烧结合金的强度有损害，其含量最好为总的粉末混合物的1质量％或更少。
由上述原料粉末均匀混合而成的粉末混合物，经过成形模具压缩而形成压实体毛坯。压缩中使用的模具具有与所需产品的形状相对应的形状，而对于制备阀导的模具，其拥有长圆管状内腔。具体而言，使用的模具由以下组成：一个具有长圆筒状的孔的冲模，与冲模一起构成长圆筒形的内腔、并位于上述冲模内腔的中心的圆筒状芯杆，和具有圆环形横截面、位于内腔的上、下冲头。将下冲头置于内腔，将粉末混合物填入于内腔，然后将上冲头置于粉末之上，再在轴向上压缩位于上、下冲头之间的粉末，由此而制成压实体毛坯。此时，压缩压力最好调节到使得压实体的的成形密度约为6.5～7.1g/cm3。
上述成形之后，由于压实体在轴向上是长的，压缩压力也许达不到在轴向方向的中间部分，造成压实体毛坯在轴向的中间部分的压实密度小于两端。这样的话，所得的烧结阀导的强度在轴向的中间区域会变弱。为了克服这样问题，再冲模的内腔的内壁和芯杆的圆周表面中，至少有一个要相对于冲头移动方向微微倾斜。如果这一倾斜角很小，对压实体毛坯的尺寸的影响可以由粉末粒子的弹性反弹效应来弥补，在没有对产品尺寸产生实质性影响的前提下，使得压缩压力到达轴向的中间部分，这样可以获得密度均一的压实体毛坯。倾斜率在大约在1/5000～1/1000时为理想，如果其小于1/5000，不足以提高中间部分的压实密度，大于1/1000，则会使得中间部分的直径与压实体毛坯的两端明显不同。
由模具成形的压实体毛坯，在非氧化性气氛中在950～1050℃进行烧结并冷却。在上述温度范围内，石墨与铁粉反应形成珠光体组织。还有，一部分铁-磷合金变为液相，通过粉末间的扩散促进形成烧结健，同时，磷扩散到铁粉中，与石墨反应，形成铁-磷-碳化合物相，且在烧结后的冷却中形成铁-磷-碳化合物相的析出。铜-锡合金在烧结的加热过程变为液相，加速烧结和促进铜和锡扩散到铁基体中。烧结和冷却后的烧结合金包含，在珠光体中弥散和析出的、以薄膜状的铁-磷-碳化合物相，和弥散的、和从液化铜和锡中析出的细微的铜-锡合金相。金相组织大约在5分钟内形成，但是延长烧结时间，通过铁粉颗粒间进一步生长颈缩来提高烧结产品的强度，因此，烧结时间最好大于等于20分钟，从强度的角度来讲大于等于45分钟则更为理想。但是在高于1050℃的烧结温度进行烧结，或者烧结时间超过90分钟，会加速石墨扩散进入基体中，从而降低残留的游离石墨的量，增加了析出的铁-磷-碳化合物相，也提高了铁-磷-碳化合物相的厚度。因而导致切削性的急剧下降。另一方面，如果烧结温度低于950℃，烧结过程进行得不充分，形成不希望的金相组织，且强度显著降低。由于在烧结中液相的形成速度随加热温度而变化，所以压实体毛坯最好在高温下短时间烧结，或者在低温下长时间烧结，以获得所需的金相组织。由于慢速冷却会导致铁-磷-碳化合物相的量增加、铁素体相的析出以及厚度的增加，所以冷却速度最好大于等于8℃/分钟，大于10℃/分钟更为理想。
根据如上烧结，获得烧结阀导毛坯，接下来由铰刀进行内表面的高精度机械加工，形成最终烧结阀导。本发明实现了提高用于烧结阀导的烧结合金的切削性，从而缩短了机械加工所耗时间，降低了加工缺陷。
将烧结阀导的毛坯浸入油中，由毛细作用使得气孔中吸附油，将有效提高烧结阀导的气密性。油还可以在机械加工中起到润滑油的作用，可提高切削性。在浸油时，通过真空脱气可以强制使油渗入到烧结阀导的毛坯中。另外，在油中添加类似二硫化钼等有助与提高切削性和耐磨损特性。
根据如上所述获得的本发明的烧结阀导的金相组织的断面如图1所示。金相组织包含由基体、气孔P、分散于气孔P的石墨相G，基体本身包含可能含有金属氧化物MO的珠光体相PE、铜-锡合金相CS、和铁-磷-碳化合物相FPC。铁-磷-碳化合物相FPC很薄，被非常少量的铁素体F所包围。
图2显示的是所述的传统烧结合金的金相组织的断面示意图，例如在特公昭55-34858号公报中的高磷含量的烧结合金。其中，具有厚度大于等于15μm的厚的铁-磷-碳化合物相的部分较多，由于碳不足而形成的铁素体的量也比较高，包围着铁-磷-碳化合物相。具有这样金相组织的烧结合金与具有如图1所示的金相组织的烧结合金相比，切削性和强度都要差。也就是说，特公昭55-34858号公报中的烧结合金具有如图2所示的厚的铁-磷-碳化合物相。
实施例
以下参考实施例对本发明进行详述。
实施例1
样品1～27
以矿物还原铁粉(含金属氧化物0.1质量％)或者雾化铁粉(含金属氧化物0.2质量％)作为原料铁粉，根据表1所述的混合比例，将原料铁粉和铁-磷合金粉末、铜-锡合金粉末和石墨粉末混合，分别制备样品1～27的粉末混合物。各粉末混合物样品的整体组成如表2所示。各种粉末的粒子粒径分别如下所示：矿物还原铁粉(大于等于150μm：5％，45～150μm：75％，小于45μm：20％)，雾化铁粉(大于等于150μm：17％，45～150μm：58％，小于45μm：25％)，铁-磷合金粉末(大于等于63μm：3％，45～63μm：10％，小于45μm：87％)，铜-锡合金粉末(大于等于150μm：7％，45～150μm：73％，小于45μm：20％)，石墨粉末(平均粒径：0.6～0.8mm)。
对各粉末混合物样品在550MPa压力下进行压制，形成圆管状压实体生坯(用于磨损试验和切削性试验)，其外径为11mm，内径为6mm，长度为40mm，以及环状压实体生坯(用于径向压溃试验)，其外径为18mm，内径10为mm，长度为10mm。两种压实体生坯在非氧化性气氛中温度为1000℃烧结60分钟，以12℃/分钟的速度从1000℃冷却至600℃，然后冷却至室温，获得烧结体样品1～27。
各烧结体的金属组织的断面由显微镜观察(×340)，分别测量铁-磷-碳化合物相、铜-锡合金相在金相组织中的比例(面积％)，铁素体相在基体中的比例(面积％)，游离石墨的比例(质量％)，以及铁-磷-碳化合物相中的厚度小于5μm的、大于等于5μm小于等于15μm的、大于15μm的各自比例(面积％)。结果如表3所示。
此外，对各烧结体样品1～27分别进行磨损试验、切削性试验和径向压溃试验，以确定各样品的磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数。结果如表3所示。
磨损试验：各管状烧结体的磨损试验是在垂直阀导磨损试验机上进行。磨损试验中，阀杆与活塞的底端相联接，并以活塞的轴线为垂直方向，将阀插入烧结体中，前后移动，在排气气氛下500℃施加3MPa的横向负载。冲程的速度是3000rmp，冲程长度为8mm。在进行了30小时后的往复运动之后，测量烧结体的内周面的磨损量(μm)。
切削性试验：使用烧结硬质合金铰刀，对管状烧结体的内周面进行切削，测量切削烧结体达到轴向10mm的深度时所必需的时间。以样品13(成分相当于特公昭55-034858号公报中的合金，下文中称为传统合金)所需要的时间为100，相应地将各样品所需要的时间转化为指数值。其中，指数越低表明烧结体易于切削，所用时间短，即切削性能优秀。
径向压溃试验：根据JIS Z2507“烧结轴承-径向压溃强度测量方法”，对环形烧结体在径向施加逐渐增大的压力，直到烧结体破裂。径向压溃强度常数K(N/mm2)由上述最大压力负载通过以下公式(1)来计算(其中，F为烧结体破裂时的最大压力负载(N)，L为环形烧结体长度(mm)，D为环形烧结体的外径(mm)，e为环形烧结体的壁厚(mm))。
K＝F(D-e)/(L×e2)               (1)
表1
  样品号   混合比例(质量％)   注释
  铁粉   铁-磷合金粉末   铜-锡合金粉末   石墨粉末
  类型   成分(质量％)   成分(质量％)
  铁   磷   铜   锡
  01   92.45   矿石还原   0.15   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40   铁-磷合金添加量小于最低值，磷含量少于最低值
  02   92.33   矿石还原   0.27   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40   铁-磷合金添加量为最低值
  03   92.25   矿石还原   0.35   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40
  04   92.20   矿石还原   0.40   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40
  05   92.10   矿石还原   0.50   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40   铁-磷合金添加量为最大值
  06   91.90   雾化   0.70   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40
  07   91.60   矿石还原   1.00   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40   铁-磷合金添加量大于最大值，磷含量大于最大值
08 92.33 矿石还原 0.27 85.00 15.00 5.00 90.00 10.00 2.40   铁-磷合金添加量为最小值，磷在铁-磷合金中为最小，磷含量为最小值
09 91.90 矿石还原 0.70 79.00 21.00 5.00 90.00 10.00 2.40   铁-磷合金添加量为最大值，磷在铁-磷合金中为最大，磷含量为最大值
  10   91.20   矿石还原   1.40   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.40   对应于特公昭55-34858号公报中的合金
11 92.46 矿石还原 0.40 80.00 20.00 4.74 95.00 5.00 2.40   锡在铜-锡合金中添加量小于最小值，锡含量小于最小值
  12   92.31   矿石还原   0.40   80.00   20.00   4.89   92.00   8.00   2.40   锡在铜-锡合金中添加量为最小值
  13   92.14   矿石还原   0.40   80.00   20.00   5.06   89.00   11.00   2.40   锡在铜-锡合金中添加量为最大值
续表1
14 91.91 矿石还原 0.40 80.00 20.00 5.29 85.00 15.00 2.40   锡在铜-锡合金中添加量大于最大值，锡含量大于最大值
15 94.20 矿石还原 0.40 80.00 20.00 3.00 90.00 10.00 2.40   铜-锡合金添加量小于最小值，铜在铜-锡合金中小于最小值
  16   93.20   矿石还原   0.40   80.00   20.00   4.00   90.00   10.00   2.40   铜-锡合金添加量小于最小值
  17   92.70   矿石还原   0.40   80.00   20.00   4.50   90.00   10.00   2.40
  18   91.80   矿石还原   0.40   80.00   20.00   5.40   90.00   10.00   2.40   铜-锡合金添加量大于最大值
19 91.20 矿石还原 0.40 80.00 20.00 6.00 90.00 10.00 2.40   铜-锡合金添加量大于最大值，铜在铜-锡合金中大于最大值
  20 93.27 矿石还原 0.40 80.00 20.00 3.93 92.00 8.00 2.40   铜-锡合金添加量为最小值，锡在铜-锡合金中为最小值，锡含量为最小值
21 91.76 矿石还原 0.40 80.00 20.00 5.44 89.00 11.00 2.40   铜-锡合金添加量为最大值，锡在铜-锡合金中为最大值，锡含量为最大值
22 93.27 矿石还原 0.40 80.00 20.00 3.93 89.00 11.00 2.40   铜-锡合金添加量为最小值，锡在铜-锡合金中为最大值，铜含量为最小值
23 91.76 矿石还原 0.40 80.00 20.00 5.44 92.00 8.00 2.40   铜-锡合金添加量为最大值，锡在铜-锡合金中为最小值，铜含量为最大值
  24   93.40   矿石还原   0.40   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   1.20   石墨添加量小于最小值，碳含量小于最小值
  25   92.90   矿石还原   0.40   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   1.70   石墨添加量为最小值，碳含量为最小值
  26   91.90   矿石还原   0.40   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   2.70   石墨添加量为最大值，碳含量为最大值
  27   91.60   矿石还原   0.40   80.00   20.00   5.00   90.00   10.00   3.00   石墨添加量大于最大值，碳含量大于最大值
表2
  样品号   成分(质量％)   注释
  铁   磷   铜   锡   碳   金属氧化物
  01   91.65   0.03   4.50   0.50   2.20   0.92   铁-磷合金添加量小于最低值，磷含量少于最低值
  02   91.62   0.05   4.50   0.50   2.20   0.92   铁-磷合金添加量为最低值
  03   91.61   0.07   4.50   0.50   2.20   0.92
  04   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  05   91.58   0.10   4.50   0.50   2.20   0.92   铁-磷合金添加量为最大值
  06   91.54   0.14   4.50   0.50   2.20   0.92
  07   91.48   0.20   4.50   0.50   2.20   0.92   铁-磷合金添加量大于最大值，磷含量大于最大值
08 91.64 0.04 4.50 0.50 2.20 0.92   铁-磷合金添加量为最小值，磷在铁-磷合金中为最小，磷含量为最小值
09 91.53 0.15 4.50 0.50 2.20 0.92   铁-磷合金添加量为最大值，磷在铁-磷合金中为最大，磷含量为最大值
  10   92.32   0.28   4.50   0.50   2.20   0.18   对应于特公昭55-34858号公报中的合金
  11   91.86   0.08   4.50   0.24   2.20   0.92   锡在铜-锡合金中添加量小于最小值，锡含量小于最小值
  12   91.71   0.08   4.50   0.39   2.20   0.92   锡在铜-锡合金中添加量为最小值
  13   91.54   0.08   4.50   0.56   2.20   0.92   锡在铜-锡合金中添加量为最大值
  14   91.31   0.08   4.50   0.79   2.20   0.92   锡在铜-锡合金中添加量大于最大值，锡含量大于最大值
续表2
  15   93.58   0.08   2.70   0.30   2.20   0.94   铜-锡合金添加量小于最小值，铜在铜-锡合金中小于最小值
  16   92.59   0.08   3.60   0.40   2.20   0.93   铜-锡合金添加量小于最小值
  17   92.09   0.08   4.05   0.45   2.20   0.93
  18   91.20   0.08   4.86   0.54   2.20   0.92   铜-锡合金添加量大于最大值
  19   90.61   0.08   5.40   0.60   2.20   0.91   铜-锡合金添加量大于最大值，铜在铜-锡合金中大于最大值
20 92.66 0.08 3.62 0.31 2.20 0.93   铜-锡合金添加量为最小值，锡在铜-锡合金中为最小值，锡含量为最小值
  21 91.16 0.08 4.84 0.60 2.20 0.92   铜-锡合金添加量为最大值，锡在铜-锡合金中为最大值，锡含量为最大值
22 92.66 0.08 3.50 0.43 2.20 0.93   铜-锡合金添加量为最小值，锡在铜-锡合金中为最大值，铜含量为最小值
23 91.16 0.08 5.00 0.44 2.20 0.92   铜-锡合金添加量为最大值，锡在铜-锡合金中为最小值，铜含量为最大值
  24   92.79   0.08   4.50   0.50   1.00   0.93   石墨添加量小于最小值，碳含量小于最小值
  25   92.29   0.08   4.50   0.50   1.50   0.93   石墨添加量为最小值，碳含量为最小值
  26   91.30   0.08   4.50   0.50   2.50   0.92   石墨添加量为最大值，碳含量为最大值
  27   91.00   0.08   4.50   0.50   2.80   0.92   石墨添加量大于最大值，碳含量大于最大值
表3
  样品号   在金相断面上的比例  面积％   游离石墨质量％   基体中铁素体相面积％   测试项目   注释
  铁-磷-碳化合相   铜-锡合金相   磨损量μm   切削性指数   径向压溃强度常数MPa
  厚度μm
  ＜5   5-15   ≥15
  01   0.10   91   9   0   2.2   1.88   0.0   81   16.3   486   铁-磷合金添加量小于最低值，磷含量少于最低值
  02   1.00   88   11   1   2.2   1.66   0.0   54   22.5   536   铁-磷合金添加量为最低值
  03   1.50   84   13   3   2.3   1.52   0.0   47   25.0   579
  04   1.90   81   15   4   2.3   1.42   1.2   46   28.8   596
  05   2.20   76   18   6   2.2   1.33   2.6   43   30.0   613   铁-磷合金添加量为最大值
  06   2.90   68   24   8   2.2   1.22   5.7   40   33.8   638
  07   5.90   45   35   20   2.4   1.02   19.1   34   91.3   637   铁-磷合金添加量大于最大值，磷含量大于最大值
08 0.30 90 10 0 2.3 1.67 0.0 56 17.5 517   铁-磷合金添加量为最小值，磷在铁-磷合金中为最小，磷含量为最小值
09 3.00 65 25 10 2.3 1.24 6.0 40 33.8 635   铁-磷合金添加量为最大值，磷在铁-磷合金中为最大，磷含量为最大值
  10   10.00   1   45   54   2.3   0.71   26.1   30   100.0   602   对应于特公昭55-34858号公报中的合金
11 2.10 76 17 7 2.1 1.42 1.2 61 13.8 472   锡在铜-锡合金中添加量小于最小值，锡含量小于最小值
  12   2.10   80   15   5   2.2   1.42   1.2   52   25.6   584   锡在铜-锡合金中添加量为最小值
  13   2.00   84   14   2   2.3   1.42   1.2   46   30.6   600   锡在铜-锡合金中添加量为最大值
续表3
14 2.10 85 14 1 2.5 1.42 1.2 44 36.9 529   锡在铜-锡合金中添加量大于最大值，锡含量大于最大值
15 2.50 74 18 8 0.6 1.42 1.6 72 40.0 411   铜-锡合金添加量小于最小值，铜在铜-锡合金中小于最小值
  16   2.30   79   16   5   1.2   1.42   1.4   58   32.5   547   铜-锡合金添加量小于最小值
  17   2.10   80   16   4   1.7   1.42   1.3   51   30.0   581
  18   1.80   83   15   2   2.8   1.42   0.0   44   25.0   601   铜-锡合金添加量大于最大值
19 1.60 85 14 1 4.1 1.42 0.0 40 21.3 587   铜-锡合金添加量大于最大值，铜在铜-锡合金中大于最大值
  20 2.40 76 16 8 1.1 1.42 1.4 76 10.6 488   铜-锡合金添加量为最小值，锡在铜-锡合金中为最小值，锡含量为最小值
21 1.50 85 14 1 2.8 1.42 0.0 42 32.5 608   铜-锡合金添加量为最大值，锡在铜-锡合金中为最大值，锡含量为最大值
22 2.30 76 17 7 1.0 1.42 1.5 57 36.3 518   铜-锡合金添加量为最小值，锡在铜-锡合金中为最大值，铜含量为最小值
23 1.90 84 15 1 3.0 1.42 0.0 45 20.6 609   铜-锡合金添加量为最大值，锡在铜-锡合金中为最小值，铜含量为最大值
  24   1.30   90   9   1   2.2   0.71   0.6   82   46.3   621   石墨添加量小于最小值，碳含量小于最小值
  25   1.50   85   13   2   2.3   1.02   0.9   55   37.5   607   石墨添加量为最小值，碳含量为最小值
  26   2.70   72   21   7   2.3   1.70   3.6   40   23.8   527   石墨添加量为最大值，碳含量为最大值
  27   3.90   52   32   16   2.2   2.03   6.0   37   21.9   394   石墨添加量大于最大值，碳含量大于最大值
样品1～9中的磷含量相对整体组合物是变化的，样品1～7中磷在铁-磷合金粉末中的含量是固定的，样品8和9中磷含量相对于全部组合物和铁-磷合金粉末都是变化的。图3A-3D显示了相对于总成分的磷含量与这些样品和样品10(特公昭55-034853号公报中的公开的烧结合金，以后称为传统合金)的相关各相的比例之间的关系。磷含量与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图4A-4D所示。
如图3A、3C、3D和图4A所示，磷含量的增加对铜-锡合金相的比例变化不大(图3B)，但是，铁-磷-碳化合物相的厚度随磷含量增加而急剧增加，在磷含量大于0.15质量％时，游离石墨量降低，铁素体的量增加。这些结果表明，磷含量的增加加速了铁-磷-碳化合物相的形成，但是形成铁-磷-碳化合物相要消耗游离石墨和溶解于基体的碳，相应地增加了铁素体的量。此外，如图4B、图4C、图4D，磷含量小于0.04质量％的烧结体具有优秀的切削性，但磨损量大、径向压溃强度常数小。当磷含量大于等于0.04质量％，随着磷含量增加，径向压溃强度增加且磨损量下降，切削性指数下降。特别是，磷含量大于等于0.15质量％，切削性指数显著提高。
如图3D、4A、4C所示，切削性指数的波动明显与形成的铁-磷-碳化合物相的比例和厚度大于等于15μm的比例相关。当磷含量大于等于0.15质量％，铁-磷-碳化合物相中厚度大于等于15μm的比例为小于等于10面积％，切削性指数小于等于35，即，细微或降低尺寸的铁-磷-碳化合物相可改善切削性。
另-方面，径向压溃强度的波动与铁-磷-碳化合物相的比例相关。随着铁-磷-碳化合物相的比例的增加，径向压溃强度指数升高，在磷含量大于等于0.04质量％时，烧结体的径向压溃强度常数具有大于等于500MPa的足够高的值，而铁-磷-碳化合物相变为小于等于0.1面积％，且，磷含量大于等于0.1质量％时，径向压溃强度常数高于传统合金。但是强度低的铁素体的比例也随着磷含量的增长而增长，所以，磷含量大于等于0.2质量％将导致强度劣化。
磨损量的波动与铁-磷-碳化合物相的比例相关，当磷含量大于等于0.04质量％和铁-磷-碳化合物相的比例为0.1面积％时，烧结体的磨损量急剧下降。即，磨损量随着磷含量和形成的铁-磷-碳化合物相的比例的增加而下降。
上述结果表明，当相对全体成分的磷含量为0.04～0.15质量％，铁-磷-碳化合物相的比例为0.1～3面积％，厚度大于等于15μm铁-磷-碳化合物相的面积占总的铁-磷-碳化合物相的比例小于等于10面积％时，可以获得在径向压溃强度、切削性和耐磨损性能合适的阀导。
在样品4和11～23中，锡含量和/或铜含量相对于整体组合物而改变。具体而言，铜含量在样品4和样品11～14中为固定，在样品4和样品15～19中铜-锡合金粉末的成分是一致的，锡和铜的成分在总成分中的比例在样品20～23中是改变的。对于这些样品和样品13，总成分中锡含量与各相的比例之间的关系参见图5A-5D。锡含量与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图6A-6D所示。此外，铜含量与各相的比例之间的关系参见图7A-7D，以及铜含量与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图8A-8D所示。
图5B中，铜-锡合金相的成分的变化随着锡的添加方式而急剧改变，根据这一结果以及图7B所示，铜-锡相的比例似乎更多的取决于铜含量而不是锡含量。此外，图5A、图5C、图5D和图6A还显示，锡含量还对金相组织中各相形态的影响较小。
相反，随着锡含量的增加，耐磨损性能和径向压溃强度升高而切削性降低。当锡含量相对整体组合物大于等于0.3质量％时，烧结体表现出适宜的耐磨损特性和径向压溃强度，例如磨损量为小于等于70μm，径向压溃强度大于等于500MPa。考虑到切削性，锡含量最好小于等于0.6质量％。
根据图7A和图8A，铜含量的增加会导致铁-磷-碳化合物相的比例和厚度的下降，从而如图8C所示提高了切削性。这时因为，铜促进了基体的可淬性并加快了表观冷却速度(受冷却速度的影响将在后边详述)。还有，图7B表明增加铜含量可以提高铜-锡合金相的比例。铜-锡合金相的存在，其自身较软，压实性优秀，可以提高耐磨损性能并易于加工，所以在铜含量大于等于3.5质量％时烧结体表现出大于等于35的适宜的切削性指数(图8C)。此外，铜-锡合金还可提高径向压溃强度(图8D)，但，在大于等于5质量％时会降低强度，因为铜-锡合金自身过软。根据上述结果，锡含量的适宜范围为0.3～0.6质量％，铜的范围为3.5～5.0质量％。
在样品4和样品24～27，改变了碳相对于整体组合物的含量。这些样品和样品13中，相对于整体组合物的碳含量与相应各相的比例之间的关系参见图9A-9D，以及碳含量与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图10A-10D所示。
由图9A和图10A可知，随着碳含量增加，铁-磷-碳化合物相的比例和厚度增加，游离石墨的量也增加(图9C)。但是，图9D显示在碳含量高于2.5质量％时，铁素体的量急剧增加，表明随着铁-磷-碳化合物相的产生，伴随着碳从基体中的脱离。
图10C中的切削性指数受铁-磷-碳化合物相的厚度的影响，也受游离石墨相比例的影响。在碳含量为1.5～2.5质量％的范围内，切削性指数为最低，并伴随着因增加了游离石墨而产生的切削性指数的降低(切削性提高)，以及因铁-磷-碳化合物相的增加和生长而切削性指数的提高(切削性的劣化)。至于磨损量，可以认为随着铁-磷-碳化合物相的增加而降低。但是，尽管预测径向压溃强度指数将随着铁-磷-碳化合物相的增加而提高，事实上，如图10D所示，径向压溃强度指数降低，特别是在碳含量大于2.5质量％时。这时因为，碳粉含量的增加会导致粉末混合物的压实性劣化，从而降低成形体毛坯和烧结体的强度。根据上述结果，从径向压溃强度、切削性和耐磨损性能的角度考虑，最适合的碳含量为1.5～2.5质量％。
实施例2
样品28～38
使用与实施例1的样品4相同组成的粉末混合物，通过与样品4类似的操作(制备粉末混合物、制造成形体毛坯、烧结和冷却)来制备烧结体样品28～31，其中烧结温度有所改变，如表4所示，分别为900℃(样品28)、950℃(样品29)、1050℃(样品30)、1100℃(样品31)。各样品的粉末混合物的整体组成如表5所示。
还有，通过与样品4类似的操作(制备混合物粉末、制造成形体毛坯、烧结和冷却)来制备烧结体样品32～36，但烧结时间改变为10分钟(样品32)、20分钟(样品33)、45分钟(样品34)、90分钟(样品35)和120分钟(样品36)。
此外通过与样品4类似的操作(制备混合物粉末、制造成形体毛坯、烧结和冷却)来制备烧结体样品37和38，但烧结后的冷却速度改变为8℃/分钟(样品37)和4℃/分钟(样品38)。
使用各烧结体样品28～38，通过对断面的观察，按照上述与样品1～27相同的方法，测定相应各相在烧结体的金相组织断面上的相应比例，以及进行磨损、切削性和径向压溃强度试验。结果如表6所示。
表4
样品号   混合比例  质量％   烧结温度℃   烧结时间mm   冷却速度℃/min 注释
矿物还原铁粉   Fe-20P合金粉末   Cu-10Sn合金粉末 石墨粉末
  04   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   60   12
  28   92.20   0.40   5.00   2.40   900   60   12   烧结温度小于最低值
  29   92.20   0.40   5.00   2.40   950   60   12   烧结温度为最低值
  30   92.20   0.40   5.00   2.40   1050   60   12   烧结温度为最高值
  31   92.20   0.40   5.00   2.40   1100   60   12   烧结温度大于最高值
  32   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   10   12
  33   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   20   12
  34   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   45   12
  35   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   90   12
  36   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   120   12   烧结时间大于最高值
  37   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   60   8   冷却速度为最低值
  38   92.20   0.40   5.00   2.40   1000   60   4   冷却速度小于最低值
表5
  样品号   成分(质量％)   注释
  铁   磷   铜   锡   碳   金属氧化物
  04   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  28   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   烧结温度小于最低值
  29   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   烧结温度为最低值
  30   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   烧结温度为最高值
  31   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   烧结温度大于最高值
  32   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  33   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  34   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  35   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  36   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   烧结时间大于最高值
  37   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   冷却速度为最低值
  38   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   冷却速度小于最低值
表6
  样品号   在金相断面上的比例  面积％   游离石墨质量％   基体中铁素体相面积％   测试内容   注释
  铁-磷-碳化合相   铜-锡合金相   磨损量μm   切削性指数   径向压溃强度常数MPa
  厚度μm
  ＜5   5-15   ≥15
  04   1.90   81   15   4   2.3   1.42   1.2   46   28.8   596
  28   0.00   0   0   0   2.0   2.03   96.6   95   10.0   297   烧结温度小于最低值
  29   0.29   85   15   0   2.2   1.52   8.9   68   15.0   509   烧结温度为最低值
  30   2.93   55   36   9   2.2   1.22   3.8   43   35.0   615   烧结温度为最高值
  31   4.44   39   43   18   2.2   0.51   26.7   40   42.5   476   烧结温度大于最高值
  32   1.81   82   18   0   2.1   1.92   9.4   66   11.9   387
  33   1.93   73   26   1   2.2   1.72   4.6   58   18.8   542
  34   2.11   70   29   1   2.3   1.52   1.5   50   25.6   588
  35   2.86   57   38   5   2.4   1.22   6.2   42   34.4   584
  36   3.87   38   45   17   2.5   0.61   19.4   38   41.9   567   烧结时间大于最高值
  37   2.96   56   35   9   2.3   1.42   4.3   43   30.0   591   冷却速度为最低值
  38   5.33   38   42   20   2.3   1.42   18.6   38   50.6   582   冷却速度小于最低值
对于样品4和样品28～31的烧结温度和相应各相在整体组成中的比例的关系如图11A-11D所示，以及烧结温度和与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图12A-12D所示。
根据图11B，铜-锡合金相的比例与烧结温度无关。另一方面，在烧结温度高于900℃时，形成铁-磷-碳合金相，其比例和厚度随烧结温度的升高而增加(图11A和12A)，而与此相反，游离石墨的量降低(图11C)。这是因为在较高的烧结温度下，石墨的溶解和扩散过程变快，在较低的烧结温度形成高比例的铁素体，这是因为石墨晶粒的扩散困难。但是，铁素体的比例在高于1100℃时增加，因为过度形成了铁-磷-碳化合物相而造成碳的不足(图11D)。
从图11A-11D和图12A-12D可以看出，切削性指数和铁-磷-碳化合物相的厚度以及游离石墨相的比例之间存在确切的关系。在烧结温度小于等于1050℃时，切削性指数小于等于35，铁-磷-碳化合物相的比例约为小于等于3面积％，且厚度大于等于15μm的铁-磷-碳化合物相的比例小于等于10面积％。
至于径向压溃强度，不仅与铁-磷-碳化合物相的比例相关，而且与铁素体相的比例相关，并且铁素体相比例较高时，径向压溃强度下降。当烧结温度在950～1050℃范围内时，径向压溃强度为大于等于500MPa，此时的铁-磷-碳化合物相的比例为0.2～3面积％，铁素体相为小于等于9面积％。
如上所述，尽管成分相同，形成的金相组织和材料特性受烧结温度影响十分显著。在烧结温度为950～1050℃范围内所得到的烧结阀导具有适宜的材料特性，其铁-磷-碳化合物相的比例为0.2～3面积％，厚度大于等于15μm的铁-磷-碳化合物相的比例小于等于10面积％，且铁素体相的比例为小于等于9面积％。
对于样品4和32～36，烧结时间和相应各相在整体组成中的比例的关系如图13A-13D所示，烧结时间与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图14A-14D所示。
如图13A、13C和13D所示，碳的固溶和扩散以及铁-磷-碳化合物相的形成随着烧结时间的延长而进行，当碳的扩散不足或铁-磷-碳化合物相过度生成时，铁素体相的比例增加。这些结果与烧结温度的影响类似。
所以，铁-磷-碳化合物相的比例和厚度以及游离石墨相的比例，与切削性的关系如图13A-13D和图14A-14D所示，烧结时间在小于等于90分钟的范围时，切削性指数小于等于35，且其中铁-磷-碳化合物相的比例小于等于3面积％，厚度大于等于15μm的铁-磷-碳化合物相的比例小于等于总铁-磷-碳化合物相的10面积％，游离石墨相大于等于1面积％。
还有，使得径向压溃强度大于等于500MPa的烧结时间为大于等于20分钟。即使烧结时间小于等于20分钟，也能形成铁-磷-碳化合物相，且形成的量足以展现特殊的强度，本质上金相组织已经形成。延长烧结时间带来的烧结体强度的增加是由于铁粒子之间的颈缩的生长，且烧结时间应该根据所需要的径向压溃强度和耐磨损性能来确定。
对于样品4、37和38，冷却速度和相应各相在整体组成中的比例的关系如图15A-15D所示，冷却速度与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图16A-16D所示。
从图15A-15D和16A可以看出，铜-锡合金相和游离石墨相的量与冷却速度没有什么关系，但在较高冷却速度下，铁-磷-碳化合物相的量和铁素体的量降低，从而铁-磷-碳化合物相的厚度也下降。
在材料特性中，切削性受冷却速度改变的影响最大。一般地，随着冷却速度加快，在较高冷却速度下由液体物质固化而形成的析出物尺寸微细化。烧结阀导中析出的铁-磷-碳化合物相变薄，量也变小，且铁素体的比例下降。结果是，形成的烧结体的切削性得以改善。从液相析出的铜-锡合金相析出物也变小了。使得切削性指数小于等于35的冷却速度为大于等于8℃/分钟，此时铁-磷-碳化合物相的比例为小于等于3面积％，厚度大于等于15μm的铁-磷-碳化合物相的比例为小于等于总铁-磷-碳化合物相的10面积％，铁素体相的比例也要小于等于5面积％。
实施例3
样品39～49
烧结体样品39～42由表7中所列出样品的粉末混合物根据样品4类似的步骤(制备粉末混合物、制造成形体毛坯、烧结和冷却)制备，但是在原料铁粉中含有氧化物，分别为0.2质量％(氧化铁皮还原铁粉，样品39)，0.5质量％(样品40)、1.5质量％(样品41)、2.0质量％(样品42)。各样品的粉末混合物的整体组成如表8所示。
单独制备样品43～49，与样品4的操作(制备粉末混合物、制造成形体毛坯、烧结和冷却)基本相同，除了部分或者全部矿物还原铁粉被雾化铁粉(氧化物含量：0.2质量％)所替代，且其占总粉末混合物的比例为5质量％(样品43)、10质量％(样品44)、15质量％(样品45)、20质量％(样品46)、30质量％(样品47)、40质量％(样品48)、92.2质量％(样品49)。使用各烧结体样品39～49，通过对断面的观察，按照上述与样品1～27相同的方法，测定相应各相在烧结体的金相组织断面上的相应比例，以进行及磨损、切削性和径向压溃强度试验。结果如表9所示。
表7
样品号   混合比例    质量％ 注释
  矿物还原铁粉 雾化铁粉   氧化铁皮还原铁粉   Fe-20P合金粉末   Cu-10Sn合金粉末 石墨粉末
  氧化物质量％
  04   92.20   1.00   0.40   5.00   2.40
  10   91.20   1.40   5.00   2.40   对应于特公昭55-34858号公报中的合金
  39   0.20   92.20   0.40   5.00   2.40   铁粉中氧化物含量小于最小值，使用氧化还原铁粉
  40   92.20   0.50   0.40   5.00   2.40   铁粉中氧化物为最小值
  41   92.20   1.50   0.40   5.00   2.40   铁粉中氧化物为最大值
  42   92.20   2.00   0.40   5.00   2.40   铁粉中氧化物大于最大值
  43   87.20   1.00   5.00   0.40   5.00   2.40
  44   82.20   1.00   10.00   0.40   5.00   2.40
  45   77.20   1.00   15.00   0.40   5.00   2.40
  46   72.20   1.00   20.00   0.40   5.00   2.40
  47   62.20   1.00   30.00   0.40   5.00   2.40
  48   52.20   1.00   40.00   0.40   5.00   2.40
  49   92.20   0.40   5.00   2.40   使用雾化铁粉
表8
  样品号   成分(质量％)   注释
  铁   磷   铜   锡   碳   金属氧化物
  04   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  10   92.32   0.08   4.50   0.50   2.20   0.18   对应于特公昭55-34858号公报中的合金
  39   92.52   0.08   4.50   0.50   2.20   0.18   铁粉中氧化物含量小于最小值，使用氧化还原铁粉
  40   92.06   0.08   4.50   0.50   2.20   0.46   铁粉中氧化物为最小值
  41   91.14   0.08   4.50   0.50   2.20   1.38   铁粉中氧化物为最大值
  42   90.68   0.08   4.50   0.50   2.20   1.84   铁粉中氧化物大于最大值
  43   91.65   0.08   4.50   0.50   2.20   0.88
  44   91.70   0.08   4.50   0.50   2.20   0.84
  45   91.75   0.08   4.50   0.50   2.20   0.80
  46   91.80   0.08   4.50   0.50   2.20   0.76
  47   91.90   0.08   4.50   0.50   2.20   0.68
  48   92.00   0.08   4.50   0.50   2.20   0.60
  49   92.52   0.08   4.50   0.50   2.20   0.18   使用雾化铁粉
表9
  样品号   在金相断面上的比例  质量％   游离石墨质量％   基体中铁素体相质量％   测试项目   注释
  铁-磷-碳化合相   铜-锡合金相   磨损量μm   切削性指数   径向压溃强度常数MPa
  厚度μm
  ＜5   5-15   ≥15
  04   1.90   81   15   4   2.3   1.42   1.2   46   28.8   596
10 10.00 1 45 54 2.3 0.71 26.1 30 100.0 602   对应于特公昭55-34858号公报中的合金
39 2.26 68 29 3 2.2 1.42 1.2 41 41.3 627   铁粉中氧化物含量小于最小值，使用氧化还原铁粉
  40   2.26   67   30   3   2.2   1.42   1.2   44   35.0   611   铁粉中氧化物为最小值
  41   2.27   66   31   3   2.3   1.42   1.2   53   18.8   567   铁粉中氧化物为最大值
  42   2.27   67   30   3   2.2   1.42   1.2   71   12.5   471   铁粉中氧化物大于最大值
  43   2.26   68   31   1   2.3   1.42   1.2   46   30.6   604
  44   2.26   67   31   2   2.3   1.42   1.2   44   31.9   607
  45   2.27   65   33   2   2.3   1.42   1.2   42   33.1   612
  46   2.28   66   32   2   2.3   1.42   1.2   42   34.4   615
  47   2.26   68   31   1   2.3   1.42   1.2   41   36.3   620
  48   2.27   67   32   1   2.3   1.42   1.2   41   36.9   625
  49   2.27   67   30   3   2.3   1.22   1.2   40   38.1   650   使用雾化铁粉
对于样品4、10和39～42，铁粉中氧化物含量和相应各相在总成分中的比例的关系如图17A-17D所示，铁粉中氧化物含量与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图18A-18D所示。
根据图17A-17D和18A，铁粉中氧化物含量对于其他诸如铁-磷-碳化合物相和铜-锡合金相的形成几乎没有影响，且氧化物单独存在于金相组织中。另一方面，随着氧化物含量增加，切削性指数下降(图18C)，但同时，径向压溃强度常数和磨损量增加(图13D)。所以，根据图18B-18D，要使切削性指数小于等于35、径向压溃强度常数大于等于500MPa、磨损量小于等于360μm，铁粉中的氧化物含量的范围为0.5～1.5质量％。
对于样品4、10和43～49，雾化铁粉的混合比例和相应各相在总成分中的比例的关系如图19A-19D所示，雾化铁粉的混合比例与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图20A-20D所示。
在图19A-19D和20A中，观察不到雾化铁粉的混合比例对其他相的形成的影响。在图20B-20D中，随着雾化铁粉的混合比例的增加，对材料的性能影响很小，但特别的是，径向压溃强度常数升高，在全部使用雾化铁粉时，达到了强度的最大值。此外，雾化铁粉的混合量下降，切削性指数也下降，特别是，当雾化铁粉的添加量小于等于30质量％时，对促进切削性更有效。在使用氧化铁皮还原铁粉时，切削性指数与使用雾化铁粉时一致，但比使用矿物还原铁粉要好一些，而且，径向压溃强度常数略低于使用雾化铁粉。因此，如果烧结阀导需要更高的强度，最好使用雾化铁粉；如果需要更好的切削性，则最好使用矿物还原铁粉。如果矿物还原铁粉和雾化铁粉混合使用，雾化铁粉的混合比例最好是小于等于30质量％，此时对切削性的提高更为有效。
实施例4
样品50～66
按照如表10所示的各样品的粉末混合物的成分，由与样品4类似的操作(制备混合物粉末、制造成形体毛坯、烧结和冷却)来制备样品50～66，其中添加作为改善切削性成分的硫化镁，含量为0.2～2.0质量％(样品50～55和样品62～66)，或者硅酸镁粉末，含量为0.2～2.0质量％(样品56～61和样品62～66)。各样品相对整体粉末混合物的成分如表11所示。
使用各烧结体样品55～66，通过对断面的观察，按照上述与样品1～27相同的方法，测定相应各相在烧结体的金相组织断面上的相应比例，以及磨损、切削性和径向压溃强度。结果如表12所示。
表10
样品号   混合比例质量％ 注释
  矿物还原铁粉   Fe-20P合金粉末  Cu-10Sn合金粉末 石墨粉末 MnS粉末   MgSiO3粉末
  04   92.20   0.40  5.00  2.40
  50   92.20   0.40  5.00  2.40  0.20
  51   91.70   0.40  5.00  2.40  0.50
  52   91.40   0.40  5.00  2.40  0.80
  53   91.00   0.40  5.00  2.40  1.20
  54   90.60   0.40  5.00  2.40  1.60
  55   90.20   0.40  5.00  2.40  2.00  MnS添加量大于最大值
  56   92.00   0.40  5.00  2.40   0.20
  57   91.70   0.40  5.00  2.40   0.50
  58   91.40   0.40  5.00  2.40   0.80
  59   91.00   0.40  5.00  2.40   1.20
  60   90.60   0.40  5.00  2.40   1.60
  61   90.20   0.40  5.00  2.40   2.00  MgSiO3添加量大于最大值
  62   92.00   0.40  5.00  2.40  0.10   0.10
  63   91.60   0.40  5.00  2.40  0.30   0.30
  64   91.00   0.40  5.00  2.40  0.60   0.60
  65   90.60   0.40  5.00  2.40  0.80   0.80
  66   90.20   0.40  5.00  2.40  1.00   1.00  MnS和MgSiO3的添加量大于最大值
表11
  样品号   成分(质量％)   简介
  铁   磷   铜   锡   碳   金属氧化物   MnS   MgSiO3
  04   91.60   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92
  50   91.40   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   0.20
  51   91.10   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   0.50
  52   90.81   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   0.80
  53   90.41   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   1.20
  54   90.01   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   1.60
  55   89.62   0.08   4.50   0.50   2.20   0.90   2.00  MnS添加量大于最大值
  56   91.40   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   0.20
  57   91.10   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   0.50
  58   90.81   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   0.80
  59   90.41   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   1.20
  60   90.01   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   1.60
  61   89.62   0.08   4.50   0.50   2.20   0.90   2.00  MgSiO3添加量大于最大值
  62   91.40   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   0.10   0.10
  63   91.00   0.08   4.50   0.50   2.20   0.92   0.30   0.30
  64   90.41   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   0.60   0.60
  65   90.01   0.08   4.50   0.50   2.20   0.91   0.80   0.80
  66   89.62   0.08   4.50   0.50   2.20   0.90   1.00   1.00  MnS和MgSiO3的添加量大于最大值
表12
  样品号   在金相断面上的比例  面积％   游离石墨质量％   基体中铁素体相面积％   测试内容   注释
  铁-磷-碳化合相   铜-锡合金相   磨损量μm   切削性指数   径向压溃强度常数MPa
  厚度μm
  ＜5   5-15   ≥15
  04   1.90   81   15   4   2.3   1.42   1.2   46   28.8   596
  50   2.24   67   30   3   2.3   1.42   2.6   48   23.8   564
  51   2.16   65   31   4   2.3   1.42   4.0   50   21.3   538
  52   2.09   64   32   4   2.3   1.52   5.4   51   17.5   527
  53   2.05   61   35   4   2.3   1.62   7.2   54   15.0   512
  54   1.95   60   35   5   2.3   1.72   9.4   68   12.5   490
  55   1.72   58   36   6   2.3   1.92   28.2   81   8.8   374   MnS添加量大于最大值
  56   2.26   65   32   3   2.3   1.42   2.3   51   22.5   587
  57   2.20   64   33   3   2.3   1.42   3.7   53   20.6   561
  58   2.10   63   34   3   2.3   1.52   4.7   58   16.9   552
  59   2.01   61   35   4   2.3   1.62   6.0   63   13.8   537
  60   1.97   61   35   4   2.3   1.72   7.3   65   12.5   509
  61   1.70   57   38   5   2.3   1.92   27.1   81   8.8   397   MgSiO3添加量大于最大值
  62   2.26   65   33   2   2.3   1.42   2.4   46   24.4   593
  63   2.26   64   34   2   2.3   1.42   4.4   52   21.9   574
  64   2.26   63   34   3   2.3   1.42   7.1   63   14.4   510
  65   2.25   62   35   3   2.3   1.42   8.8   67   12.5   473
66 2.25 58 37 5 2.3 1.42 47.4 78 11.3 394   MnS和MgSiO3的添加量大于最大值
对于样品4、10、50～66，添加到粉末混合物的改善切削性成分的粉末与整体组成中相应各相的关系如图21A-21D所示，加入到粉末混合物中改善切削性成分的粉末的量与铁-磷-碳化合物相的厚度和材料性能(磨损量、切削性指数和径向压溃强度常数)的关系如图22A-22D所示。
根据图21C和22C，随着改善切削性成分的粉末在粉末混合物中的量的增加，游离石墨相的比例逐渐增大且切削性指数逐渐降低。但是，改善切削性成分的效果相对温和，且径向压溃强度常数随添加量的增加而逐渐降低，当添加量超过1.6质量％，由于烧结阻碍(扩散抑制)而引起的基体的脆性，使得磨损量急剧增加。因此单独依靠改善切削性成分粉末很难明显地改善切削性。因此，应该对影响切削性的因素，例如铁-磷-碳化合物相的比例和厚度、游离石墨相的比例等，进行优化，而且有必要考虑同时平衡径向压溃强度和耐磨损性能来确定成分和加工条件。
需要指出，本发明并不仅限定与以上的实施例，还包括不脱离本发明权利要求的变更。

Claims (16)

1.一种烧结阀导，其由烧结合金制成，烧结合金是由3.5～5％的铜、0.3～0.6％的锡、0.04～0.15％的磷、1.5～2.5％的碳和余量铁组成，以质量计，
其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相和Cu-Sn合金相构成的基体、气孔和占烧结合金质量比1.2～1.7％的弥散的石墨相，并且
其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占基体面积的90％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的10％或以下。
2.一种烧结阀导，其由烧结合金制成，烧结合金是由3.5～5％的铜、0.3～0.6的锡、0.04～0.15％的磷、1.5～2.5％的碳，0.46～1.41％的金属氧化物和余量铁组成，以质量计，
其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相、Cu-Sn合金相和金属氧化物相构成的基体、气孔和占烧结合金质量比1.2～1.7％的弥散的石墨相，
其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占基体合金的面积的90％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的10％或以下。
3.一种烧结阀导，其由烧结合金制成，烧结合金是由3.5～5％的铜、0.3～0.6％的锡、0.04～0.15％的磷、1.5～2.5％的碳、小于等于1％的选自硫化锰和硅酸镁中至少一种的固体润滑剂和余量铁组成，以质量计，
其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相、Cu-Sn合金相和金属氧化物相构成的基体、气孔、石墨相，以及所述的至少一种固体润滑剂，该润滑剂分布于气孔或者分布于烧结合金金相组织的晶界，
其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占金相组织的面积的80％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，分布于气孔的石墨相占金相组织的断面面积的0.8～3.2％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的10％或以下。
4.一种烧结阀导，其由烧结合金制成，烧结合金是由3.5～5％的铜、0.3～0.6％的锡、0.04～0.15％的磷、1.5～2.5％的碳、.46～1.41％的金属氧化物、少于等于1.6％的选自硫化锰和硅酸镁中至少一种的固体润滑剂和余量铁组成，以质量计，
其中烧结合金具有金相组织，其包括：由珠光体相、Fe-P-C化合物相、Cu-Sn合金相和金属氧化物相构成的基体、气孔、石墨相，以及所述的至少一种固体润滑剂，该润滑剂分布于气孔或者分布于烧结合金金相组织的晶界，
其中，在烧结合金的金相组织的断面上，珠光体相占金相组织的面积的90％或以上，Fe-P-C化合物相占金相组织的断面面积的0.1～3％，Cu-Sn合金相占金相组织的断面面积的1～3％，分布于气孔的石墨相占金相组织的断面面积的0.8～3.2％，Fe-P-C化合物中具有厚度大于等于15μm的部分，占总的Fe-P-C化合物相面积的10％或以下。
5.根据权利要求2所述的烧结阀导，其中所述金属氧化物包括选自铝、硅、镁、铁、钙和锡中至少一种金属的氧化物。
6.根据权利要求1所述的阀导，其中在金相组织的断面上，厚度大于等于5μm，小于15μm的Fe-P-C化合物相占总的Fe-P-C化合物相的面积的10～40％，其余的Fe-P-C化合物相厚度小于5μm。
7.一种烧结阀导的制造方法，包括以下步骤，
制备粉末混合物，以质量计，其包括0.27～0.7％的Fe-P合金粉末，3.93～5.44％的Cu-Sn合金粉末，1.7～2.7％的石墨粉末和余量铁粉；其中，Fe-P粉末粉末由15～21％的磷、不可避免的杂质和余量的铁组成；Cu-Sn合金粉末由8～11％的锡、不可避免的杂质和余量的铜组成；
将粉末混合物在管状内腔中压缩，粉末混合物形成管状压实体，
然后将管状压实体在非氧化性气氛中烧结，烧结温度为950～1050℃。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中铁粉包括含有占金属氧化物质量0.5～1.5％的矿物还原铁粉。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其中铁粉为矿物还原铁粉和雾化铁粉的混合物，其中混合物中雾化铁粉的含量为10～30质量％。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其中铁粉的最大粒径为104～200μm。
11.根据权利要求7所述的制造方法，其中Fe-P合金粉末的最大粒径为61～104μm，Cu-Sn合金粉末的最大粒径为35～61μm。
12.根据权利要求7所述的制造方法，其中烧结时间为15～90分钟。
13.根据权利要求7所述的制造方法，其中制备粉末混合物还进一步包括以下步骤：
将硫化锰和硅酸镁矿物中的至少一种粉末混合进入粉末混合物中，调节所述至少一种粉末在粉末混合物中的比例为小于等于1.6质量％。
14.根据权利要求7所述的制造方法，其中管状内腔在冲模的内部圆周面以及构成前述管状内腔的一个冲头的圆周表面中，至少有一个以1/5000～1/1000的倾斜率而倾斜。
15.根据权利要求7所述的制造方法，还进一步包括，将烧结所得的烧结体浸入油中。
16.根据权利要求7所述的制造方法，还进一步包括，以8℃/分钟的冷却速度冷却由烧结获得的烧结体。
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