烧结阀座嵌件及其制造方法技术

一种用于制造烧结阀座嵌件的粉末混合物包括第一铁基粉末和第二铁基粉末，其中第一铁基粉末具有比第二铁基粉末更高的硬度，第一铁基粉末包括，以重量百分比计，1

【技术实现步骤摘要】
烧结阀座嵌件及其制造方法

技术介绍

[0001]粉末冶金(PM)阀座嵌件(VSI)材料在耐磨性、抗热冲击性、抗疲劳开裂性、耐腐蚀性和嵌件持留能力方面不断面临中型到重型内燃(IC)发动机VSI应用的重大挑战。铁基烧结阀座嵌件通常添加有金属间化物和/或硅化物硬质颗粒。获得此类硬质颗粒的均匀分布可能难以实现，并且由于此类硬质颗粒的存在，最终产品可能具有非最佳的性能。例如，两种商用PM VSI材料，AP级和S级PM材料包括高硬度颗粒，例如tribaloy粉末和VCN。其中一种采用双压双烧结(2P2S)工艺制成，而另一种采用单烧结加铜渗透工艺制成；在多项发动机测试中，采用2P2S工艺的一款明显优于使用烧结加铜渗透工艺制成的那款。
[0002]当VSI工作温度不是很高时，铜渗透可以填充PM孔隙并因此改善耐磨性。与常见的铁基、镍基或钴基合金相比，铜/铜合金具有低熔化温度、低强度和对许多其他金属/合金的高亲和力。因此，在高温下，大量的铜渗透会增加粘着磨损倾向并可能降低PM VSI材料性能。出于同样的原因，与通过重力填铜在零件中形成厚铜相比，在薄波片形成中通过毛细管反应形成的渗透铜可以有效地提高耐磨性。
[0003]现代IC发动机设计必须考虑到高工作温度和压力环境。铜渗透的VSI将增加把废气热量从阀带到发动机沉孔的热传递率，这会减少VSI在径向方向上的温度梯度。因此，铜渗透的VSI的VSI OD和沉孔之间接触表面中的最高温度高于非铜渗透的VSI。因此，具有铜渗透的VSI的持留能力可低于非铜渗透版本，从而使其对嵌件脱落更敏感。铜渗透对零件持留能力的影响与PMVSI中铜的形式和量有关。
[0004]最广泛使用的PM结合机制是通过烧结工艺的扩散结合。烧结过程影响PM材料中相邻粉末之间的结合强度，因此对材料耐磨性有显著的影响。双压双烧结(2P2S)可以增加密度和粉末结合强度。然而，2P2S将无法改变粉末分布的均匀性并明显不利地导致更高的处理成本。因此，需要一种理想的结合强度概念，该概念应从粉末混合物设计、压实条件和适当的烧结参数开始。

技术实现思路

[0005]在一种实施方案中，可用于制造烧结阀座嵌件的粉末混合物包含第一铁基粉末和第二铁基粉末，其中第一铁基粉末具有比第二铁基粉末更高的硬度，第一铁基粉末，按重量百分比计，包括1
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2％C、10
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25％Cr、5
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20％Mo、15
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25％Co和30
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60重量％Fe，并且第二铁基粉末，以重量％计，包括1
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1.5％C、3
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15％Cr、5
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7％Mo、3
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6％W、1
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1.7％V和60
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85％Fe。
[0006]根据各种选择，(a)第一铁基粉末具有σ相高达25％的枝晶间和枝晶内固化亚结构的微观结构；(b)粉末混合物还包括高达20％Fe粉末；(c)粉末混合物包括高达3％Cu粉末；(d)粉末混合物包括高达2％MnS粉末；(e)粉末混合物包括高达2％铸模润滑剂；(f)第一铁基粉末包括高达1％Mn、高达1％Si、高达5％Ni、高达5％W、高达2％V、高达0.5％B、高达0.1％P、高达0.1％S、高达0.5％N和高达5％Nb；(g)第二铁基粉末包括高达1％Mn、高达1％Si，以及任选地不含Ni，任选地不含Co，以及任选地不含Nb；(h)第一铁基粉末以40
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60重量％的量存在并且第二铁基粉末以20
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40重量％的量存在；(i)粉末混合物包括Fe粉末、Cu
粉末和MnS粉末，第一铁基粉末以40
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60重量％的量存在，第二铁基粉末以20
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40重量％的量存在，Fe粉末以15
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20重量％的量存在，Cu粉末以1
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3％的量存在，以及MnS粉末以0.1
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1重量％的量存在；(j)粉末混合物不含添加剂硅化物、碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化物硬质颗粒粉末；(k)第一铁基粉末具有由40
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60体积％枝晶间区域和60
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40体积％枝晶内区域组成的微观结构；和/或(l)粉末混合物不含Co基，Mo基，或硬度大于第一铁基粉末硬度的其他硬质颗粒粉末。
[0007]粉末混合物可用于制造烧结阀座惰性物，其中粉末混合物已被压实成阀座嵌件的形状，烧结以形成任选地渗透铜的烧结粉末混合物。
[0008]根据各种选择，(a)烧结粉末混合物具有至少7.5g/cm3的密度；(b)第一铁基粉末具有由40
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60体积％枝晶间区域和60
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40体积％枝晶内区域组成的微观结构；(c)烧结混合物不含硬度大于第一铁基粉末硬度的硬质颗粒；(d)烧结混合物不含添加剂硅化物、碳化物、氮化物、碳氮化物、Mo基、Co基或金属间化物硬质颗粒粉末；(e)第一铁基粉末以40
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60重量％的量存在，第二铁基粉末以20
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40重量％的量存在，以及Fe粉末以15
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20重量％的量存在；和/或(f)第一铁基粉末以40
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60重量％的量存在，第二铁基粉末以20
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40重量％的量存在，Fe粉末以15
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20重量％的量存在以及铜以10
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15重量％的量存在。
[0009]一种制造烧结阀座嵌件的方法可以包含通过将第一铁基粉末与第二铁基粉末混合形成混合物、压实该混合物以及烧结该混合物。
[0010]根据各种选择，(a)烧结包含将粉末混合物于560℃、850℃和950℃预热5
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20分钟，然后于1120℃烧结40
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60分钟；(b)烧结包含双压双烧结工艺；(c)使烧结阀座嵌件在液氮中经受低温处理；(d)使烧结阀座嵌件经受蒸汽处理；和/或(e)在用铜渗透混合物的同时进行烧结。
附图说明
[0011]图1显示了铁基粉末的烧结混合物(JP513)的背散射电子图像的一般微观结构形态。
[0012]图2描绘了图1中标记的区域的放大图像。
[0013]图3显示了图2中标记为A的区域的EDS分析。
[0014]图4显示了图2中标记为B的区域的EDS分析。
[0015]图5显示了图2中标记为C的区域的EDS分析。
[0016]图6显示了图2中标记为D的区域的EDS分析。
[0017]图7显示了图2中标记为E的区域的EDS分析。
[0018]图8显示了反映JP513的本体组成的一般面积的EDS分析。
[0019]图9是评估的六种样品在1000℉下的表观本体硬度与老化时间的函数关系图。
具体实施方式
[0020]本文公开了一种PM VSI材料(本文称为“JP513”)，其通过使用两种铁基粉末的混合物消除了包括硬金属间化物/硅化物硬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造烧结阀座嵌件的粉末混合物，所述粉末混合物包含第一铁基粉末和第二铁基粉末，其中所述第一铁基粉末具有比所述第二铁基粉末更高的硬度，所述第一铁基粉末包括，以重量百分比计，1
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2％C、10
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25％Cr、5
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20％Mo、15
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25％Co和30
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60重量％Fe，并且所述第二铁基粉末包括，以重量％计，1
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1.5％C、3
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15％Cr、5
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7％Mo、3
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6％W、1
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1.7％V和60
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85％铁。2.如权利要求1所述的粉末混合物，其中所述第一铁基粉末具有σ相高达25％的枝晶间相和枝晶内相的微观结构。3.如权利要求1所述的粉末混合物，其中所述粉末混合物还包括高达20％Fe粉末、高达3％Cu粉末、高达2％MnS粉末和高达2％铸模润滑剂。4.如权利要求1所述的粉末混合物，其中所述第一铁基粉末包括高达1％Mn、高达1％Si、高达5％Ni、高达5％W、高达2％V、高达0.5％B、高达0.1％P、高达0.1％S、高达0.5％N和高达5％Nb。5.如权利要求1所述的粉末混合物阀座嵌件，其中所述第二铁基粉末包括高达1％Mn、高达1％Si，以及任选地不含Ni，任选地不含Co，以及任选地不含Nb。6.如权利要求1所述的粉末混合物，其中所述第一铁基粉末以40
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60重量％的量存在并且所述第二铁基粉末以20
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40重量％的量存在。7.如权利要求1所述的粉末混合物，其中所述粉末混合物包括Fe粉末、Cu粉末和MnS粉末，所述第一铁基粉末以40
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60重量％的量存在，所述第二铁基粉末以20
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40重量％的量存在，所述Fe粉末以15
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20重量％的量存在，所述Cu粉末以1
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3％的量存在，以及所述MnS粉末以0.1
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1重量％的量存在。8.如权利要求1所述的粉末混合物，其不含添加剂硅化物、碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化物硬质粉末颗粒。9.如权利要求1所述的粉末混合物，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔从跃，戴维，
申请(专利权)人：LE君斯公司，
类型：发明
国别省市：