一种高热传导耐磨气门导管材料及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种高热传导耐磨气门导管材料及其制备方法。


背景技术：

[0002]
气门导管作为内燃机配气机构重要组成部分，主要引导气门往复垂直运动，将气门带来的热量传导到缸体进行冷却。随着国家环保要求需要，内燃机开始落实国六排放标准。为达到国六要求，内燃机的燃烧温度大幅提升，这样对配气机构的散热功能提出了更高的要求，尤其是作为热传导的重要零件-气门导管，其导热性能提升的重要性不言而喻。传统的粉末冶金导管其热传导已不能满足导热需求，目前高性能的三代内燃机基本都采用铜合金材质导管，但其成本较高。为了满足市场的迫切需求，开发高耐磨，同时兼备铜导管良好热传导性能的粉末冶金导管材料十分必要。


技术实现要素：

[0003]
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高热传导耐磨气门导管材料及其制备方法。
[0004]
本发明提出的一种高热传导耐磨气门导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.15-0.5％、c：0.4-0.85％、mo：0.4-0.8％、sn：0.05-0.25％、cu：11-16％、s：0.4-0.7％、其余为fe和不可避免的杂质。
[0005]
优选地，所述材料的金相组织为：珠光体+马氏体+贝氏体，材料的基体中具有弥散分布的富铜相。
[0006]
优选地，所述富铜相的质量占基体总质量的6-10％。
[0007]
优选地，所述材料的径向压溃强度为550-800mpa，硬度为hrb70-100。
[0008]
一种所述的高热传导耐磨气门导管材料的制备方法，包括下述步骤：
[0009]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、sn、cu、s、fe在惰性气氛下熔炼、制粉，得到预合金粉，将预合金粉、青铜粉、润滑剂混合均匀，得到混合料；
[0010]
s2、成型：将s1得到的混合料压制成型，得到毛坯；
[0011]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯高温烧结，即得。
[0012]
优选地，所述毛坯的密度为6.85-6.95g/cm3。
[0013]
优选地，所述步骤s3中，高温烧结温度为1120-1130℃，高温烧结时间为45-60min。
[0014]
优选地，所述预合金粉中cu的质量与青铜粉中cu的质量之比为8:(3-6)。
[0015]
优选地，所述润滑剂为二硫化钼。
[0016]
本发明的有益效果如下：
[0017]
本发明的气门导管材料具有高cu含量，其金相组织为珠光体+马氏体+贝氏体，基体中具有弥散分布的富铜相，其制备方法为：将含cu的预合金粉与青铜粉混合获得高成型性的粉料，再成型得到高密度毛坯，然后进行高温烧结，得到具有弥散分布的富铜相的烧结
合金钢组织。本发明的气门导管材料具备较高的硬度、强度力学性能，能够满足发动机对气门导管材料的热传导与耐磨性的要求。
附图说明
[0018]
图1为本发明实施例1制得的气门导管材料的烧结组织图。
[0019]
图2为本发明对比例1制得的气门导管材料的烧结组织图。
[0020]
图3为实施例1和对比例1制得的气门导管材料的热传导性能测试结果。
具体实施方式
[0021]
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0022]
实施例1
[0023]
高热传导耐磨气门导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.15％、c：0.4％、mo：0.4％、sn：0.05％、cu：11％、s：0.4％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体+马氏体+贝氏体，材料的基体中具有弥散分布的富铜相，富铜相的质量占基体总质量的6％。
[0024]
其制备方法为：
[0025]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、sn、cu、s、fe在氩气气氛下熔炼，然后采用高压水进行雾化制粉，得到预合金粉，将预合金粉、青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料，其中预合金粉中cu的质量与青铜粉中cu的质量之比为8:3；
[0026]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.85g/cm3的圆柱体毛坯；
[0027]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1120℃高温烧结60min，冷却至室温，即得。
[0028]
实施例2
[0029]
高热传导耐磨气门导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.2％、c：0.5％、mo：0.5％、sn：0.1％、cu：12％、s：0.6％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体+马氏体+贝氏体，材料的基体中具有弥散分布的富铜相，富铜相的质量占基体总质量的7.4％。
[0030]
其制备方法为：
[0031]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、sn、cu、s、fe在氩气气氛下熔炼，然后采用高压水进行雾化制粉，得到预合金粉，将预合金粉、青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料，其中预合金粉中cu的质量与青铜粉中cu的质量之比为8:5；
[0032]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.9g/cm3的圆柱体毛坯；
[0033]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1125℃高温烧结50min，冷却至室温，即得。
[0034]
实施例3
[0035]
高热传导耐磨气门导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.35％、c：0.55％、mo：0.45％、sn：0.2％、cu：13.5％、s：0.5％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体+马氏体+贝氏体，材料的基体中具有弥散分布的富铜相，富铜相的质量占基体总质量的8.5％。
[0036]
其制备方法为：
[0037]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、sn、cu、s、fe在氩气气氛下熔炼，然后采用高压水进行雾化制粉，得到预合金粉，将预合金粉、青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料，其中预合金粉中cu的质量与青铜粉中cu的质量之比为8:5；
[0038]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.9g/cm3的圆柱体毛坯；
[0039]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1130℃高温烧结45min，冷却至室温，即得。
[0040]
实施例4
[0041]
高热传导耐磨气门导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.45％、c：0.65％、mo：0.75％、sn：0.2％、cu：15％、s：0.6％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体+马氏体+贝氏体，材料的基体中具有弥散分布的富铜相，富铜相的质量占基体总质量的9.2％。
[0042]
其制备方法为：
[0043]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、sn、cu、s、fe在氩气气氛下熔炼，然后采用高压水进行雾化制粉，得到预合金粉，将预合金粉、青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料，其中预合金粉中cu的质量与青铜粉中cu的质量之比为8:5；
[0044]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.95g/cm3的圆柱体毛坯；
[0045]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1130℃高温烧结45min，冷却至室温，即得。
[0046]
实施例5
[0047]
高热传导耐磨气门导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.5％、c：0.85％、mo：0.8％、sn：0.25％、cu：16％、s：0.7％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体+马氏体+贝氏体，材料的基体中具有弥散分布的富铜相，富铜相的质量占基体总质量的10％。
[0048]
其制备方法为：
[0049]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、sn、cu、s、fe在氩气气氛下熔炼，然后采用高压水进行雾化制粉，得到预合金粉，将预合金粉、青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料，其中预合金粉中cu的质量与青铜粉中cu的质量之比为8：6；
[0050]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.95g/cm3的圆柱体毛坯；
[0051]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1130℃高温烧结45min，冷却至室温，即得。
[0052]
对比例1
[0053]
普通导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.15％、c：0.7％、mo：0.3％、cu：1％、s：0.4％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体。
[0054]
其制备方法为：
[0055]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、s、fe与青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料；
[0056]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.95g/cm3的圆柱体毛坯；
[0057]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1130℃高温烧结45min，冷却至室温，即得。
[0058]
对比例2
[0059]
普通导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.2％、c：0.8％、mo：0.5％、cu：2％、s：0.6％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体。
[0060]
其制备方法为：
[0061]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、s、fe与青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料；
[0062]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.9g/cm3的圆柱体毛坯；
[0063]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1125℃高温烧结50min，冷却至室温，即得。
[0064]
对比例3
[0065]
普通导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.35％、c：1％、mo：0.45％、cu：2.5％、s：0.5％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体。
[0066]
其制备方法为：
[0067]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、s、fe与青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料；
[0068]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.9g/cm3的圆柱体毛坯；
[0069]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1130℃高温烧结45min，冷却至室温，即得。
[0070]
对比例4
[0071]
普通导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.45％、c：1.1％、mo：0.75％、cu：2.5％、s：0.6％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体。
[0072]
其制备方法为：
[0073]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、s、fe与青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料；
[0074]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.95g/cm3的圆柱体毛坯；
[0075]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1130℃高温烧结45min，冷却至室温，即得。
[0076]
对比例5
[0077]
普通导管材料，包括下述质量百分比的化学成分：mn：0.5％、c：1.2％、mo：0.8％、cu：3％、s：0.7％、其余为fe和不可避免的杂质；材料的金相组织为：珠光体。
[0078]
其制备方法为：
[0079]
s1、混料：称取原料单质mn、c、mo、s、fe与青铜粉、二硫化钼混合均匀，得到混合料；
[0080]
s2、成型：将s1得到的混合料冷压成型，得到长度为50mm、外径为10mm、内径为5mm，密度为6.95g/cm3的圆柱体毛坯；
[0081]
s3、高温烧结：将s2得到的毛坯在1130℃高温烧结45min，冷却至室温，即得。
[0082]
将实施例1-5以及对比例1-5制得的气门导管材料进行力学性能测试，测试方法为：采用万能试验拉升试验机检测径向压溃强度；采用洛氏硬度计检测硬度。结果如表1所示：
[0083]
表1气门导管材料力学性能测试结果
[0084][0085]
从表1可以看出，本发明的气门导管材料具备优良的力学性能。
[0086]
利用1％硝酸酒精溶液对实施例1和对比例1制得的气门导管材料腐蚀后，在金相显微镜下放到500倍观察其烧结组织，结果如图1、图2所示。图1中，(a)代表马氏体，(b)代表贝氏体，(c)代表珠光体。
[0087]
对实施例1和对比例1制得的气门导管材料进行热传导性能测试，测试方法参照astm e1461标准。测试结果如图3所示。由图3可见，本发明制得的气门导管材料，其热传导性能远远高于常用气门导管材料，能够满足发动机对气门导管材料的热传导要求。
[0088]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。