一种水蒸气处理的硬质合金气门座圈材料及其制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种水蒸气处理的硬质合金气门座圈材料及其制作工艺，由下述质量百分比配比的元素原料：C:0.7

【技术实现步骤摘要】
一种水蒸气处理的硬质合金气门座圈材料及其制作工艺


[0001]本专利技术涉及发动机气门座圈新材料
，具体涉及适用于特种燃料发动机的一种水蒸气处理的硬质合金气门座圈材料及其制作工艺。

技术介绍

[0002][0003]气门座圈和气门是组成发动机配气机构的重要部件，气门座圈的主要作用是，工作面 (密封面)与气门锥面紧密配合，保证发动机各燃烧室的密封性，同时，气门座圈和气门组成了发动机燃烧室和外界环境气体交换的通道。发动机燃烧室(尤其是排气侧)具有“温度高、压强大、工况恶劣”等特点。以前汽车发动机使用有铅汽油，汽油燃烧尾气中除了含有CO、SO2、NOX等气体外，由于汽油中的Pb和S、P等反应，产生的PbO、PbSO4 等燃烧生成物沉积在气门座表面起到了一定的润滑、减磨作用。但由于Pb对生态环境造成污染，世界上大多数国家先后禁止使用有铅汽油，开始推广无铅汽油，近些年再次升级，又大力推广天然气、甲醇、乙醇、丁醇等特种燃料。相对于汽油车、柴油车来说，天然气、乙醇等特种燃料发动机具有热效率更高，排放更清洁等优点，但因为没有PbO、PbSO4等减磨沉积物生成，发动机气门座圈也将面临温度更高、燃气压强更大、润滑条件更差等更为严苛的工作环境。这就需要我们对气门座圈的材料特性和制备工艺作进一步的优化和提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种水蒸气处理的硬质合金气门座圈材料及其制作工艺，通过水蒸气处理，气门座圈表面的孔隙被氧化物充填，在气门座圈表面形成稳定的氧化膜保护层，表面硬度会提升50％以上，避免了气门对气门座圈基体的直接冲击和剪切作用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种硬质合金水蒸气处理的气门座圈材料，其特征在于，由下述质量百分比配比的元素原料：C:0.7
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1.3％、S：0.7
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1.2％、V：1
‑
3.0％、Mo:4
‑
7.0％、W:2
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5.2％、Co:11.0
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18.5％、 Cr:4
‑
6.2％、Mn:0.8
‑
1.3％，O:1.5
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3.0％,余量为Fe，以及不可避免的杂质组成；
[0007]所述气门座圈具有金相组织，其包含硬质合金耐磨相，气门座圈材料在烧结后通过水蒸气处理工艺在气门座圈表面形成氧化物保护层。
[0008]所述金相组织上氧化物保护层的区域占比为8％
‑
15％。
[0009]一种根据上述所述的硬质合金水蒸气处理的气门座圈材料的制作工艺，包括以下步骤：
[0010]在一定量的铁粉基粉中，分别按比例添加合金粉、碳粉、固体润滑剂、切削剂，进行过筛、混合；
[0011]将混合好的粉末在成型压机上进行压制成型为具有一定形状和强度的座圈毛坯；
[0012]将压制成型的座圈毛坯在烧结炉中进行高温烧结；
[0013]对座圈毛坯进行水蒸气处理，后续进行机械加工得到所述的气门座圈产品。
[0014]进一步地，所述水蒸气处理工艺为1
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4小时蒸汽处理，包括充入N2进行10
‑
50分钟的升温，然后持续100
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200分钟通入H20蒸汽，最后10
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50分钟充N2进行冷却。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016](1)原材料配比中添加的合金粉中含有较高比重的Co、Mo、Cr、W、V等元素，形成了硬质合金相，提高耐磨性能；
[0017](2)水蒸气处理在气门座圈的工作面形成了氧化膜保护层，该氧化膜保护层的优点：大幅度提升座圈的表面硬度；填充硬质合金粒子和Fe粉基体之间的孔隙，抑制硬质粒子的塑性流动或脱落，进一步提高耐磨性能；在基体表面形成保护层，避免气门对基体部位 (硬质合金较少和没有)的直接冲击，提升材料的耐磨性。在高压(通压缩空气)、高温水蒸气炉中，氧化物可以渗入座圈深度1.5
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3mm的孔隙中,可以防止在发动机高温、高压环境缸室中，座圈工作面表面被“反氧化”而强度、韧性及耐磨性降低。
附图说明
[0018]图1为本专利技术中实施例3的金相样块抛磨后电镜分析图；
[0019]图2为压溃断裂面电镜照片。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术中各元素含量均要合理控制，且要配合在560
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580℃进行水蒸气处理的方式得到优选的组织及性能，为基体提供必要的强度及硬度，固体润滑剂优化高温磨损环境，配合含Co、Mo和Cr、W的硬质合金相，从而显著提高了高温耐磨损性能。本专利技术中，C除了与基体Fe合金化以提供必要的强度、硬度、耐磨性外，也会与Co、Cr、Mo、W形成合金耐磨相提高耐磨性能。
[0022]其中Co元素能细化晶粒，提升热强性，提高材料的高温硬度和耐磨性；它与Fe Mo 等元素形成的Fe
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Co
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Mo硬质合金相提升材料的抗冲击和耐磨性能；Mo元素在粉末冶金中可以稳定铁素体，起固溶强化作用，提高淬透性，可以提升粉冶材料高温下的耐磨性；W 熔点高，耐高温性能好，在粉末冶金中可以细化晶粒，提升材料的强度、韧性和热稳定性； Cr除了具备较好的稳定铁素体、固溶强化作用之外，还能提升材料的耐腐蚀性，它与Fe、 W元素形成的Fe
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Cr
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W硬质合金相能明显提升座圈材料的抗腐蚀性(如甲醇、乙醇发动机的酸性环境)和耐磨性；V可以细化晶粒，提升材料的强度和韧性，从而提升座圈的耐高温性和耐磨性。
[0023]本专利技术使用含Co、Cr、Mo、W的硬质合金相，并配合水蒸气处理工艺，从而显著提高了耐磨损性能。因此，本专利技术并非只是提高Co、Cr、Mo、W等元素即可实现耐磨损效果，另外本专利技术实现还需配合水蒸气处理工艺，严格控制各元素的比例含量，通过各元素之间配合作用，以及水蒸气处理的协同氧化作用，才能实现适用于特种燃料发动机的耐高温、耐磨损效
果的气门座圈。水蒸气处理形成的氧化膜保护层能够填充硬质合金粒子和Fe粉基体之间的孔隙，抑制硬质粒子的塑性流动或脱落，进一步提高耐磨性能。
[0024]本专利技术提供一种硬质合金水蒸气处理的气门座圈材料，由下述质量配比的元素原料： C:0.7
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1.3％、S：0.7
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1.2％、V：1
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3.0％、Mo:4
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7.0％、W:2
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5.2％、Co:11.0<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水蒸气处理的硬质合金气门座圈材料，其特征在于，由下述质量百分比配比的元素原料：C:0.7
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1.3％、S:0.7
‑
1.2％、V：1
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3.0％、Mo:4
‑
7％、W:2
‑
5.2％、Co:11.0
‑
18.5％、Cr:4
‑
6.2％、Mn:0.8
‑
1.3％、O:1.5
‑
3.0％，余量为Fe，以及不可避免的杂质组成；所述气门座圈具有金相组织，其包含硬质合金相，气门座圈材料在烧结后通过水蒸气处理工艺在气门座圈表面形成氧化物保护层。2.根据权利要求1所述的硬质合金气门座圈材料，其特征在于，所述金相组织上氧化物保护层的区域占比为8％
‑
15％。3.根据权利要求1所述的硬质合金气门座圈材料，其特征在于，所述硬质合金相由Fe
‑
Co
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Mo化合物和Fe
‑
Cr
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W化合物组成。4.根据权利要求1所述的硬质合金气门座圈材料，所述气门座圈的金相组织还包括固体润滑剂以及切削剂。5.根据权利要求4所述的硬质合金气门座圈材料，其特征在于，所述固体润滑剂为MoS2，所述切削剂为MnS。6.根据权利要求1所述的硬质合金气...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜武松，李勇，王宏庆，李诚，杨喆，余文欣，孙玲，
申请(专利权)人：安庆帝伯粉末冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：