一种洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座及其制备工艺，以W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体材料，添加有Cu、Co‑Cr‑Mo和Fe‑Mo硬质颗粒；成分质量百分比为W6Mo5Cr4V2为45％～57％；Co‑Cr‑Mo为13％～17％；Fe‑Mo为4％～7％；Cu为17％～22％；固体润滑剂和易切削成分为2％～3％。本发明专利技术采用熔渗烧结和热处理技术降低提升粉末冶金高速钢阀座密度、硬度和耐磨性等，一方面能得到稳定的合金回火马氏体和细小弥散二次合金碳化物。另一方面，基体和硬质颗粒结合更加牢固，摩擦磨损时不容易从基体上剥落。通过熔渗烧结和热处理工艺提升了材料密度、硬度和耐磨性等性能。

A powder metallurgy high speed steel valve seat for clean fuel engine and its preparation process

The invention discloses a clean fuel engine of powder metallurgy high speed steel seat and its preparation process, the W6Mo5Cr4V2 high speed steel powder as basic material, adding Cu, Co Cr and Fe Mo Mo hard particles; composition of mass percentage of W6Mo5Cr4V2 is 45% ~ 57%; Co Cr Mo is 13% ~ 17%; Fe Mo is 4% ~ 7%; Cu is 17% ~ 22%; solid lubricant and cutting component is 2% ~ 3%. The invention adopts the infiltration sintering and heat treatment technology to reduce the increase of powder metallurgy high speed steel seat density, hardness and wear resistance, on the one hand can get alloy martensite and fine carbide stability two. On the other hand, the matrix and hard particles bonded more firmly, and the friction and wear are not easy to peel off from the matrix. The properties of material density, hardness and wear resistance were improved by infiltration sintering and heat treatment process.

【技术实现步骤摘要】
一种洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座及其制备工艺
本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座及其制备工艺。
技术介绍
气门阀阀座是发动机上的重要部件，与气门配合控制燃气和废气的进出，其性能的好坏直接影响发动机的功率和经济性。原燃油阀座长期工作在高温、高冲击载荷、热腐蚀气氛等环境下，工况十分恶劣。进入21世纪以来，发动机采用CNG、LPG等洁净燃料成为我国新能源战略重点扶持方向，但发动机使用CNG、LPG等洁净燃料后，燃料润滑成分减少，气门与阀座直接接触；燃烧时间延长，燃烧温度升高，阀座红硬性下降；富含有H2S气体等杂质，S含量较高，容易发生硫化腐蚀。因此，原燃油阀座磨损严重，不能满足洁净燃料发动机使用要求。W6Mo5Cr4V2高速钢具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性强，而且在550～600℃仍可保持高硬度和高耐磨性，是常用的耐磨材料。但W6Mo5Cr4V2高速钢硬度高，切削加工困难，而且有些情况下材料并不需要太高硬度，如气门阀座、气门导管和衬套等。目前，现有粉末冶金高速钢阀座制备大多采用铁基或铁基合金材料为基体粉末，并添加一定量的Co、Cr、Mo、Ni、C、Si等元素，烧结后形成碳化物弥散镶嵌在基体中，起到提高粉末冶金高速钢阀座硬度和耐磨性作用。中国专利(公开号CN102994917A，公开日2013.03.27)公开了一种乙醇燃料发动机气门座圈及其制备方法，其材料为C：1.1-1.6％；Cr：6.0-8.0％；Mo：6.0-8.0％；Co：10.0-13.0％；N：i2.0-4.0％；Mn：0.9-1.7％；S：0.7-1.5％；其它不可避免的杂质1.0％以下，余量为Fe。添加合金粒子Cr、Mo、Co，辅以MnS作润滑剂。制备特征为：烧结温度为1090～1110℃，烧结时间为14～16min。在热水蒸气中处理40～60min，其中，温度为540～560℃，表面生成厚度为3-4μm的Fe3O4氧化膜，以提高粉末冶金高速钢阀座耐磨和耐腐蚀性。中国专利(公开号CN102996196A，公开日2013.03.27)公开了一种发动机气门座圈及其制造方法，主要组分的铁(Fe)；约0.6～1.2wt％的碳(C)；约1.0～3.0wt％的镍(Ni)；约8.0～11.0wt％的钴(Co)、约3.0～6.0wt％的铬(Cr)；约4.0～7.0wt％的钼(Mo)；约0.5～2.5wt％的钨(W)；约1.0～3.0wt％的锰(Mn)；约0.2～1.0wt％的钙(Ca)；和其他不可避免的杂质。冲压该金属粉末混合物以形成密度为约6.85g/cm3或更高的致密结构；以及在约1130～1180℃的氮氛下烧结所述致密结构，省略浸渗或热处理。上述方法存在有如下不足：①粉末冶金高速钢阀座基体材料中添加的合金元素主要以固溶和碳化物形式存在才能有效提高材料性能，而上述专利采用的高碳、高合金材料没有合理配比碳化物的形成所需要的一定比例的C和合金元素，即使通过经验公式进行配比，烧结时也难以控制，并且与基体结合较差；②采用铁基或铁基合金材料为基体，添加大量合金元素而不进行或热处理温度低，很难得到高合金组织和细小弥散碳化物，在气缸内气体燃烧时(约600℃左右)不能保持高硬度，耐磨性大大降低，同时，不进行或热处理温度低，得到珠光体等较软组织，而硬质颗粒硬度较高，这种硬度差别会造成基体和硬质颗粒剥落。③采用W6Mo5Cr4V2高速钢材料，热处理后硬度≥63HRC，切削加工困难，塑韧性差，不适合批量生产。
技术实现思路
为了解决洁净燃料发动机粉末冶金阀座磨损情况严重的问题，本专利技术目的在于提供一种洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座及其制备工艺。本专利技术采取的技术方案是：本专利技术的粉末冶金高速钢阀座材料以W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体材料，添加有Co-Cr-Mo和Fe-Mo硬质颗粒、Cu；成分质量百分比为W6Mo5Cr4V2为45％～57％；Co-Cr-Mo为13％～17％；Fe-Mo为4％～7％；Cu为17％～22％；固体润滑剂和易切削成分为2％～3％，其中元素质量百分比含量组成如下：C：0.7～1.4％、Cr：3.5～12.5％、Mo：7.6～16％、Co：3.1～12％、Cu：18～22％、Mn：1～2.5％、S：0.5～1.5％、V：1～4％、W：2.4～7.3％、杂质3％以下，Fe：余量。所述的杂质包括Ca、F、Si等。所述的固体润滑剂是CaF2。所述的易切削成分是MnS。所述的粉末冶金高速钢阀座材料中基体材料添加Cu，Cu有5％左右为混合在压坯中即与其它粉末混合压制，剩余Cu粉为单独压制成与材料同尺寸的块状，放置在材料上，通过熔渗烧结(1180℃～1220℃)，熔化成液态，渗入材料压坯孔隙中。本专利技术的粉末冶金高速钢阀座的制备工艺的具体步骤如下：(1)将原材料按比例进行称量；(2)将配好的粉末原料进行混料；(3)用液压机压制成压坯；(4)在真空烧结炉中进行烧结，同时进行渗铜处理，熔渗烧结完成后随炉冷却；(5)在真空淬火炉中进行淬火处理，然后多次回火。(6)机械加工成成品。步骤(4)，真空熔渗烧结温度在1130℃～1200℃，烧结时间40min～100min，真空度1.0×10-3Pa左右。步骤(5)，淬火温度在1140℃～1260℃，真空度1.0×10-3Pa左右。回火温度520℃～580℃，回火2～4次，每次1h。提高耐磨性原理：采用W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体材料制备粉末冶金高速钢阀座，能得到较多和较稳定的合金碳化物，并且材料来源简单。通过渗铜处理填充粉末冶金高速钢阀座孔隙，提高粉末冶金高速钢阀座密度、导热性、力学性和改善耐腐蚀性。添加一定比例Co-Cr-Mo和Fe-Mo硬质颗粒进行强化，减少粉末冶金高速钢阀座材料和对磨件直接接触，提高耐磨性能。添加一定量CaF2、MoS2等高温固体润滑剂和硬脂酸锌等成型剂，提高粉末冶金高速钢阀座自润滑性能和成型性。通过合适的淬火+高温回火工艺，得到饱和合金回火马氏体和细小弥散二次合金碳化物，基体与硬质颗粒硬度差别缩小，在550～600℃仍可保持高硬度和高耐磨性，能充分发挥材料高红硬性、导热性、耐腐蚀等性能，提高洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座耐磨性。本专利技术的积极效果如下：①本专利技术采用W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体材料制备洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座。粉末冶金高速钢问世已50多年，成分配比合理，性能稳定，能得到较多和较稳定的合金碳化物，材料来源简单；②采用渗铜处理，填充材料孔隙，提高阀座密度、导热性；渗铜具有固溶强化、液相烧结和一定活化烧结作用，促进材料合金化；通过渗铜降低W6Mo5Cr4V2高速钢材料烧结温度和硬度，增强阀座切削性。③通过合适的淬火+高温回火工艺，使热处理后材料中填充的铜挥发和流失少，保持粉末冶金高速钢阀座形貌正常，得到稳定的饱和合金回火马氏体和细小弥散二次合金碳化物，减小基体和硬质颗粒硬度差别，使基体和硬质颗粒结合更加牢固，充分发挥材料密度、硬度和耐磨性等性能。附图说明图1一种粉洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座制备工艺曲线图。具体实施方式下面的实施例是对本专利技术的进一步详细描述。(1)将原材料按比例进行称量。W6Mo5Cr4V2高速钢粉末颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座材料，其特征在于：所述的粉末冶金高速钢阀座材料以W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体材料，添加有Cu、Co‑Cr‑Mo和Fe‑Mo硬质颗粒；成分质量百分比为W6Mo5Cr4V2为45％～57％；Co‑Cr‑Mo为13％～17％；Fe‑Mo为4％～7％；Cu为17％～22％；固体润滑剂和易切削成分为2％～3％，其中元素质量百分比含量组成如下：C：0.7～1.4％、Cr：3.5～12.5％、Mo：7.6～16％、Co：3.1～12％、Cu：18～22％、Mn：1～2.5％、S：0.5～1.5％、V：1～4％、W：2.4～7.3％、杂质3％以下，Fe：余量。

【技术特征摘要】
1.一种粉洁净燃料发动机粉末冶金高速钢阀座材料，其特征在于：所述的粉末冶金高速钢阀座材料以W6Mo5Cr4V2高速钢粉末为基体材料，添加有Cu、Co-Cr-Mo和Fe-Mo硬质颗粒；成分质量百分比为W6Mo5Cr4V2为45％～57％；Co-Cr-Mo为13％～17％；Fe-Mo为4％～7％；Cu为17％～22％；固体润滑剂和易切削成分为2％～3％，其中元素质量百分比含量组成如下：C：0.7～1.4％、Cr：3.5～12.5％、Mo：7.6～16％、Co：3.1～12％、Cu：18～22％、Mn：1～2.5％、S：0.5～1.5％、V：1～4％、W：2.4～7.3％、杂质3％以下，Fe：余量。2.如权利要求1所述的粉末冶金高速钢阀座材料，其特征在于：所述的杂质包括Ca、F、Si等。3.如权利要求1所述的粉末冶金高速钢阀座材料，其特征在于：所述的固体润滑剂是CaF2。4.如权利要求1所述的粉末冶金高速钢阀座材料，其特征在于：所述的易切削成分是MnS。5.如权利要求1所述的粉末冶金高速钢阀座材料，其特征在于：所述的粉末冶金高速钢阀座材料中基体材料添加Cu，Cu有5％左右为混合在压坯中即与其它粉末混合压制，剩余Cu粉为单独压制成与材料同尺寸的块状，放置在材料上，通过熔渗烧结(1180℃～1220℃)，熔化成液...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗成，肖紫圣，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42