用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料及其制造方法技术

一种铁基烧结合金材料包括基质相、具有600至1200HV的硬度的Co基金属间化合物颗粒、具有400至700HV的硬度的碳化物型颗粒和任选固体润滑剂颗粒，这些颗粒分散在基质相中。包括基质相和这两种硬颗粒的基质部分含有0.3至1.5质量%的C和10至50质量%的选自Si、Mo、Cr、Ni、Co、Mn、S、W、V、Ca、F、Mg和O的一种或多种，余量是Fe和不可避免的杂质。通过将具有高硬度的Co基金属间化合物颗粒和具有低硬度和对配接材料的低侵蚀性和提高的机械强度的碳化物型颗粒分散在基质相中，可以在对配接材料的低侵蚀性和高径向压溃强度（350MPa或更大）下改进耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料及其制造方法
本专利技术涉及适用于内燃机的气门座镶圈的铁基烧结合金材料，特别是进一步改进该铁基烧结合金材料的耐磨性、降低对配接材料的侵蚀性并改进径向压溃强度。
技术介绍
将内燃机的气门座镶圈压配到气缸盖中以确保燃烧室中的气密性和冷却气门。气门座镶圈把气门安装在底座上，以打开和关闭进气孔和排气孔。因此，例如，气门座镶圈被气门敲击、被滑动磨损、被燃烧气体加热并被燃烧产物腐蚀。最近，强烈要求汽车内燃机具有更高的输出动力和更高的燃料效率。为满足该要求，所用的气门座镶圈处于更恶劣的环境下。也强烈要求气门座镶圈具有进一步改进的耐磨性。对于这一要求，例如，JP2005-248234A描述了用于气门座镶圈的下列铁基烧结合金材料。该材料包括10至20%面积比的具有10至150微米的粒径和500HV0.1或更大并小于800HV0.1的硬度的Co基金属间化合物和15至35%面积比的具有10至150微米的粒径和800HV0.1或更大并小于1100HV0.1的硬度的Co基金属间化合物。Co基金属间化合物以总共25至55%的面积比分散在该材料中。根据JP2005-248234A中描述的技术，获得具有优异的耐磨性和对配接材料的低侵蚀性的气门座镶圈。WO2009/122985A1描述了用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料。WO2009/122985A1中描述的技术涉及一种铁基烧结合金材料，该铁基烧结合金材料具有分散并包含在其中的两种硬颗粒。根据WO2009/122985A1中描述的技术，该铁基烧结合金材料含有具有5至20微米的平均初级粒径的第一硬颗粒和具有20至150微米的平均初级粒径的第二硬颗粒。选择性使用第一和第二硬颗粒以在与通过混合第一和第二硬颗粒而得的混合硬颗粒的峰顶对应的直径中，相邻峰顶之间的粒径差为15至100微米。掺合第一和第二硬颗粒以总共占据10至60面积%。WO2009/122985A1描述，因此，当该铁基烧结合金材料用于气门座镶圈时，可以同时改进耐磨性，降低对配接材料的侵蚀性并改进机械强度。
技术实现思路
专利技术概述根据JP2005-248234A中描述的技术，可以获得具有优异的耐磨性和对配接材料的低侵蚀性的铁基烧结合金材料。但是，在JP2005-248234A中描述的技术中，分散了大量的硬颗粒。结果，不利地，机械强度降低并且无法获得优异的耐磨性和高机械强度。在WO2009/122985A1中描述的技术中，当含有大量的微细硬颗粒时，不利地，硬颗粒聚结，不可能均匀分散，且聚结的硬颗粒变成磨损的起点。本专利技术的目的是解决相关技术中的这一问题并提供用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其作为气门座镶圈同时具有高机械强度（径向压溃强度）、对配接材料的低侵蚀性和优异的耐磨性。要指出，“径向压溃强度”在此是指根据JISZ2507测得的径向压溃强度的值。为了实现上述目的，本专利技术人已经对影响耐磨性、对配接材料的侵蚀性和机械强度（径向压溃强度）的各种因素作出深入研究。结果，本专利技术人已经得出下列发现。通过除具有高硬度的硬颗粒外还使用具有低硬度的硬颗粒，可以提高硬颗粒总量而不降低径向压溃强度。此外，可以改进耐磨性而不显著提高对配接材料的侵蚀性。本专利技术人还已经发现，Co基金属间化合物颗粒优选用于具有高硬度的硬颗粒，和碳化物型硬颗粒优选用于具有低硬度的硬颗粒。此外，本专利技术人已经得出下列理念。即是，他们将具有小粒径的微细硬颗粒粉末和具有大粒径的相对粗的硬颗粒粉末混合用作具有高硬度的硬颗粒，并调节该混合粉末以具有含两个峰顶的适当粒径分布。本专利技术人已经发现，通过使用该混合粉末作为原材料粉末，提高了烧结中的扩散性质并进一步提高了径向压溃强度。在基于该发现的进一步研究下实现本专利技术。也就是说，本专利技术的概述如下。(1)具有优异耐磨性的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其包括：基质相；第一硬颗粒；和第二硬颗粒，其中第一和第二硬颗粒具有彼此不同的硬度并分散在基质相中，包括基质相和这两种硬颗粒的基质部分含有0.3至1.5质量%的C和总共10至50质量%的选自Si、Mo、Cr、Ni、Co、Mn、S、W、V、Ca、F、Mg和O的一种或多种，余量是Fe和不可避免的杂质，第一硬颗粒是具有600至1200HV的维氏硬度的Co基金属间化合物颗粒，第二硬颗粒是具有400至700HV的维氏硬度的碳化物型颗粒，且所述材料具有包括2至45质量%的第一硬颗粒和2至30质量%的第二硬颗粒的结构，其中分散着总共10至50质量%的这两种硬颗粒并具有6.6克/立方厘米或更大的密度和350MPa或更大的径向压溃强度。(2)根据(1)的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其中所述Co基金属间化合物颗粒含有20至60质量%的Mo、1至10质量%的Si和总共5至70质量%的选自Cr、Ni和Fe的一种或多种，余量是Co和不可避免的杂质，且所述碳化物型颗粒含有0.5至1.5质量%的C、0.2至0.5质量%的Si、0.1至0.5质量%的Mn、2至6质量%的Cr、3至7质量%的Mo、4至8质量%的W和1至3质量%的V，余量是Fe和不可避免的杂质。(3)根据(2)的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其中以混合粉末的形式掺合所述Co基金属间化合物颗粒，所述混合粉末通过掺合具有5至40微米的平均粒径的粉末颗粒和具有40至100微米的平均粒径的粉末颗粒得到。(4)根据(2)的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其中所述碳化物型颗粒作为具有经过#100目筛的粒径分布（-#100目）的粉末掺入。(5)根据(1)至(4)任一项的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其中，除所述硬颗粒外，0.2至5质量%的固体润滑剂颗粒分散在基质相中。(6)制造用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料的方法，其包括：作为原材料粉末，掺合并混合铁基粉末、硬颗粒粉末、合金粉末和任选固体润滑剂颗粒粉末以获得混合粉末；将所述混合粉末置于模具中以模制获得具有预定形状和密度的生压坯；和烧结所述生压坯以获得烧结体，其中所述硬颗粒粉末含有第一硬颗粒粉末和第二硬颗粒粉末，第一硬颗粒粉末是具有600至1200HV的维氏硬度的Co基金属间化合物颗粒粉末，第二硬颗粒粉末是具有400至700HV的维氏硬度的碳化物型颗粒粉末，掺合所述原材料粉末以使包括基质相和硬颗粒的基质部分，在烧结后含有0.3至1.5质量%的C和总共10至50质量%的选自Si、Mo、Cr、Ni、Co、Mn、S、W、V、Ca、F、Mg和O的一种或多种，余量是Fe和不可避免的杂质，且烧结后的结构包括2至45质量%的第一硬颗粒和2至30质量%的第二硬颗粒，其中含有总共10至50质量%的这两种硬颗粒，以获得具有6.6克/立方厘米或更大的密度和350MPa或更大的径向压溃强度的烧结体。(7)根据(6)的制造用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料的方法，其中所述Co基金属间化合物颗粒粉末含有20至60质量%的Mo、1至10质量%的Si和总共5至70质量%的选自Cr、Ni和Fe的一种或多种，余量是Co和不可避免的杂质，且所述碳化物型颗粒粉末含有0.5至1.5质量%的C、0.2至0.5质量%的Si、0.1至0.5质量%的Mn、2至6质量%的Cr、3至7质量%的Mo、4至8质量%的W和1至3质量%的V，余量本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有优异耐磨性的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其包含：基质相；第一硬颗粒；和第二硬颗粒，其中第一和第二硬颗粒具有彼此不同的硬度并分散在所述基质相中，包括所述基质相和这两种硬颗粒的基质部分含有0.3至1.5质量%的C和总共10至50质量%的选自Si、Mo、Cr、Ni、Co、Mn、S、W、V、Ca、F、Mg和O的一种或多种，余量是Fe和不可避免的杂质，所述第一硬颗粒是具有600至1200 HV的维氏硬度的Co基金属间化合物颗粒，所述第二硬颗粒是具有400至700 HV的维氏硬度的碳化物型颗粒，所述材料具有包括2至45质量%的第一硬颗粒和2至30质量%的第二硬颗粒的结构，其中分散着总共10至50质量%的这两种硬颗粒，且所述材料具有6.6克/立方厘米或更大的密度和350 MPa或更大的径向压溃强度。

【技术特征摘要】
2014.03.31 JP 2014-0725471.具有优异耐磨性的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其包含：基质相；第一硬颗粒；和第二硬颗粒，其中第一和第二硬颗粒具有彼此不同的硬度并分散在所述基质相中，包括所述基质相和这两种硬颗粒的基质部分含有0.3至1.5质量%的C和总共10至50质量%的选自Si、Mo、Cr、Ni、Co、Mn、S、W、V、Ca、F、Mg和O的一种或多种，余量是Fe和不可避免的杂质，所述第一硬颗粒是具有600至1200HV的维氏硬度的Co基金属间化合物颗粒，所述Co基金属间化合物颗粒含有20至60质量%的Mo、1至10质量%的Si和总共5至70质量%的选自Cr、Ni和Fe的一种或多种，余量是Co和不可避免的杂质，所述第二硬颗粒是具有400至700HV的维氏硬度的碳化物型颗粒，所述碳化物型颗粒含有0.5至1.5质量%的C、0.2至0.5质量%的Si、0.1至0.5质量%的Mn、2至6质量%的Cr、3至7质量%的Mo、4至8质量%的W和1至3质量%的V，余量是Fe和不可避免的杂质，所述材料具有包括10至45质量%的第一硬颗粒和2至30质量%的第二硬颗粒的结构，其中分散着总共15至50质量%的这两种硬颗粒，且所述材料具有6.6克/立方厘米或更大的密度和350MPa或更大的径向压溃强度。2.根据权利要求1的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其中以混合粉末的形式掺合所述Co基金属间化合物颗粒，所述混合粉末通过掺合具有5至40微米平均粒径的粉末颗粒和具有40至100微米平均粒径的粉末颗粒得到。3.根据权利要求1的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其中所述碳化物型颗粒为掺合粉末形式，所述掺合粉末具有经过#100目筛的粒径分布（-#100目）。4.根据权利要求1至3任一项的用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料，其中除所述硬颗粒外，0.2至5质量%的固体润滑剂颗粒分散在基质相中。5.制造用于气门座镶圈的铁基烧结合金材料的方法，其包括：作为原材料粉末，掺合并混合铁基粉末、硬颗粒粉末、合金粉末和任选固体润滑剂颗粒粉末以获得混合粉末；将所述混合粉末置...

【专利技术属性】
技术研发人员：大重公志，池见聪史，
申请(专利权)人：日本活塞环株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP