一种汽油机排气阀座及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种汽油机排气阀座及其制备方法，属于粉末冶金【技术领域】。通过添加铬、钼、钒等合金元素提高高温性能及稳定性，添加WC、TiC作为硬质相，提高排气阀座耐磨性能，添加Cu粉提高阀座散热性能，经混粉、压制、烧结、热处理制备出汽油机排气阀座。该方法能源消耗少、成本低；显微组织细小均匀，且易于添加各种高熔点合金元素和硬质相颗粒，耐磨性、高温性能及稳定性优异；此外，该工艺操作稳定性高、可重复性强，可实现高性能汽油机排气阀座的批量化连续生产。
【专利说明】一种汽油机排气阀座及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于粉末冶金【技术领域】，特别提供一种汽油机排气阀座的制备方法。
技术背景
[0002]气阀与阀座是汽车发动机的四大摩擦副之一，其功能是控制燃气的吸入和废气的排出。工作时，阀座处于高温条件下，经受气阀的冲击、拍打、磨损，以及进出气流的冲刷、氧化等，工作条件极其恶劣，经常出现磨损严重、气阀下沉量过大、气密性差等问题，导致发动机功率下降。随着发动机转速和汽油压缩比的不断提高，排气阀座的工作条件越来越恶化，要求阀座材料必须具有很高的耐磨性和高温稳定性。
[0003]目前，排气阀座的制备工艺主要有铸造和粉末冶金两种，传统的排气阀座材料有合金铸铁和耐热钢。近年来，随着先进技术的不断引进，汽车发动机热效率及转速不断提高，阀座中的合金含量也越来越高，通常根据发动机类型及负荷大小来选择合金成分。中、低负荷发动机排气阀座，由于工作温度不高，选用普通铸铁和加入铬、镍、锰、钥、钒等合金元素的低合金铸铁。高负荷发动机排气阀座工作温度较高、燃气热腐蚀严重，需加入较多稳定组织和抗腐蚀的合金元素。主要采用中合金铸铁、高合金铸铁、耐热钢以及镍基和钴基合金，合金元素主要有铬、镍、铝、钴、钨、钒等。然而，铸造排气阀座仍存在工序繁琐、能源消耗量大、成本高等问题。
[0004]粉末冶金工艺可以方便的实现复杂构件的近净成形，无疏松、缩孔、成分偏析等铸造缺陷，显微组织均匀细小，力学性能优异，因此开发粉末冶金排气阀座产品具有明显的优势。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种汽油机排气阀座的粉末冶金制备方法。通过添加铬、钥、钒等合金元素提高高温性能及稳定性，添加wc、TiC作为硬质相，提高排气阀座耐磨性能，添加Cu粉提高阀座散热性能，经混粉、压制、烧结、热处理制备出汽油机排气阀座。为达到以上目的，采用的具体工艺参数和流程如下:
(1)将铁粉、铬铁粉、钒铁粉、钥铁粉、碳化钨、碳化钛、活性碳、铜粉按质量比30.42^65.36:6.67~13.34:8.13~16.26:7.84~15.68:5~10:5~10:1.9^3.8:0.1~0.5 配制混合粉料，其中铬铁粉、钒铁粉、钥铁粉与活性碳的含量按完全形成Cr3C2、VC、Mo2C碳化物的比例配料；
(2)、将上述混合粉末在球磨机中混合8~15h；
(3)、将混匀的粉料在600~700MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为6.9^7.2g/
cm3 ；
(4)、将排气阀座坯体在H2气氛条件下1150~1200°C烧结f 2h，烧结体密度为7.71 ~7.76g/cm3。
[0006](5)、将烧结后的阀座在780~820保温0.5~lh，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为52~54HRC。[0007]其中，铁粉为水雾化铁粉，纯度>99%，粒度为-200目，经65(T680°C、IhH2退火处理；铬铁粉纯度>99%，铬含量为65wt.%，粒度为-200-320目；钒铁粉纯度>99%，钒含量为50wt.%，粒度为-200~320目；钥铁粉纯度>99%，钥含量为60wt.%，粒度为-200~320目；WC纯度>99%,粒度为1~5 μ m ;TiC纯度>99%,粒度为I~5 μ m ;活性碳纯度>90%,粒度为20~50 μ m ；铜粉纯度>99%，粒度为-200~320目。
[0008]本发明的优点在于:
(1)能源消耗少、成本低:粉末冶金工艺烧结温度为115(Tl200°C，铸造熔炼温度>1600°C，因此粉末冶金工艺能耗低、成本低； (2)性能优异；与铸造阀座相比，粉末冶金阀座无疏松、缩孔、成分偏析和粗大片层组织等铸造缺陷，具有均匀细小的显微组织，且易于添加各种高熔点合金元素和硬质相颗粒，耐磨性、高温性能及稳定性优异。
[0009](3)该工艺操作稳定性高、可重复性强，可实现高性能排气阀座产品的批量化连续生产。
【具体实施方式】
[0010]实施实例1:
(1)称取-200目铁粉60.84g、-200目铬铁粉26.68g、-200目钒铁粉32.52g、-200目钥铁粉31.36g、I μ m碳化钨20g、I μ m碳化钛20g、20 μ m活性碳7.6g、-200目铜粉1.0g,配制成混合粉料；
(2)、将上述混合粉末在球磨机中混合8h；
(3)、将混匀的粉料在600MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为6.9g/cm3 ；
(4)、将排气阀座坯体在H2气氛条件下1150°C烧结2h，烧结体密度为7.71g/cm3。
[0011](5)、将烧结后的阀座在780保温lh，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为52HRC。
[0012]实施实例2:
(1)称取-200目铁粉130.72g、320目铬铁粉13.34g、320目钒铁粉16.26g、320目钥铁粉15.68g、5 μ m碳化鹤10g、5 μ m碳化钛10g、50 μ m活性碳3.8g、320目铜粉0.2g,配制成混合粉料；
(2)、将上述混合粉末在球磨机中混料15h；
(3)、将混匀的粉料在700MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为7.2g/cm3 ；
(4)、将排气阀座坯体在H2气氛条件下1200°C烧结lh，烧结体密度为7.76g/cm3。
[0013](5)、将烧结后的阀座在820保温0.5h，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为54HRC。
[0014]实施实例3:
(1)称取-200目铁粉100g、-200目铬铁粉16g、320目钒铁粉24g、_200目钥铁粉20g、
2μ m碳化鹤16g、3 μ m碳化钛16g、30 μ m活性碳7.3g、320目铜粉0.7g,配制成混合粉料；
(2)、将上述混合粉末在球磨机中混料12h；
(3)、将混匀的粉料在650MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为7.0g/cm3 ；
(4)、将排气阀座坯体在H2气氛条件下1180°C烧结lh，烧结体密度为7.74g/cm3。[0015](5)、将烧结后的阀座在800保温lh，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为53HRC。
【权利要求】
1.一种汽油机排气阀座，其特征在于，包括铁粉、铬铁粉、钒铁粉、钥铁粉、碳化钨、碳化钦、活性碳、铜粉； 其质量比为铁粉:铬铁粉:钒铁粉:钥铁粉:碳化钨:碳化钛:活性碳:铜粉按质量比.30.42~65.36:6.67~13.34:8.13~16.26:7.84~15.68:5~10:5~10:1.9~3.8:0.1~θ.5。
2.根据权利要求1所述的一种汽油机排气阀座，其特征在于，铁粉为水雾化铁粉，纯度>99%,粒度为-200目，经65(T680°C、IhH2退火处理；铬铁粉纯度>99%，铬含量为65wt.%，粒度为-200~320目；钒铁粉纯度>99%，钒含量为50wt.%，粒度为_200~320目；钥铁粉纯度>99%,钥含量为60wt.%，粒度为-200^320目；WC纯度>99%,粒度为I~5 μ m ；TiC纯度>99%,粒度为I~5 μ m ;活性碳纯度>90%，粒度为20~50 μ m ;铜粉纯度>99%，粒度为_200~320目。
3.根据权利要求1所述的一种汽油机排气阀座，其特征在于，其中铬铁粉、钒铁粉、钥铁粉与活性碳的含量按完全形成Cr3C2、VC、Mo2C碳化物的比例配料。
4.一种汽油机排气阀座的制备方法，其特征在于: (1)将铁粉、铬铁粉、钒铁粉、钥铁粉、碳化钨、碳化钛、活性碳、铜粉按质量比.30.42~65.36:6.67~13.34:8.13~16.26:7.84~15.68:5~10:5~10:1.9~3.8:0.1~θ.5 配制混合粉料； (2)、将上述混合粉末在球磨机中混料8~15h； (3)、将混匀的粉料在60(T700MPa压力下压制成排气阀座坯体，压坯密度为6.9^7.2g/cm3 ； (4)、将排气阀座坯体在H2气氛条件下115(Tl200°C烧结f 2h，烧结体密度为.7.71 ~7.76g/cm3 ； (5)、将烧结后的阀座在78(T820°C保温0.5~lh，而后进行淬火处理，即得粉末冶金排气阀座产品，硬度为52~54HRC。
5.根据权利要求1所述的一种汽油机排气阀座的制备方法，其特征在于:铁粉为水雾化铁粉，纯度>99%，粒度为-200目，经65(T680°C、IhH2退火处理；铬铁粉纯度>99%，铬含量为65wt.%，粒度为-200~320目；钒铁粉纯度>99%，钒含量为50wt.%，粒度为_200~320目；钥铁粉纯度>99%,钥含量为60wt.%，粒度为-200^320目；WC纯度>99%,粒度为I~5 μ m ;TiC纯度>99%，粒度为I~5 μ m ;活性碳纯度>90%，粒度为20~50 μ m ;铜粉纯度>99%，粒度为_200~320目。
6.根据权利要求3所述的一种汽油机排气阀座的制备方法，其特征在于，其中铬铁粉、钒铁粉、钥铁粉与活性碳的含量按完全形成Cr3C2、VC、Mo2C碳化物的比例配料。
【文档编号】B22F3/16GK103752816SQ201310735225
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月28日 优先权日:2013年12月28日
【发明者】葛莲, 叶青, 郭志猛 申请人:扬州立德粉末冶金股份有限公司