一种耐磨损高强度粉末冶金气门座的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种耐磨损高强度粉末冶金气门座的制备方法，属于柴油机零部件的冶金制造技术领域。

背景技术：

气门座是柴油机发动机配气机构中的重要部件，它与气门组成一对重要密封磨擦付，柴油机工作时，气门座受到气门冲击，高温(530～870℃)燃烧气体的冲刷、腐蚀、以及燃烧产物、空气中灰尘的磨损，另外还受到热冷应力交替作用，它极易产生变形、烧损，甚至断裂，因此不但要求气门座材料耐磨、耐腐蚀、抗高温，还要求一定径向压溃强度。

柴油机气门和气门座处于严酷的热力、化学和机械力状况下工作，其承受着高应力(柴油机最高燃烧压力可达20MPa)、高工作温度(气门头低平面中心达870℃)和腐蚀环境(高温燃气侵蚀、硫化、V2O5)腐蚀和氧化作用)。

根据上述气门座的工作环境，为保证其工作可靠性和使用寿命，在不同的工作环境和燃用不同燃料的情况下，必须尽快开发研究新材料。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种耐磨损高强度粉末冶金气门座的制备方法，使气门座抗压强度高，具有很好的耐磨损、耐热、耐腐蚀以及抗冲击性。

本发明的目的是这样实现的，一种耐磨损高强度粉末冶金气门座的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1)、准备原料；原料包括以下组分：

碳：0.9-2.0Wt％，铬：27.0-30.0Wt％，钼：0.35-0.85Wt％，钨：20.0-30.0Wt％，铌：0.70-1.0Wt％，锆：0.06-0.09Wt％，钛：0.5-1.0Wt％，铪：0.30-0.60Wt％，铁：5.0-7.0Wt％，余量为镍基粉；其中，铬、钼、钨、铌、锆、钛、铪、铁、镍基粉均为粉末状；

步骤2)、将基础镍基粉采用水雾化制成的合金粉末；

步骤3)、在步骤2)得到的合金粉末中配入原料中的钨、碳、钼、铬、铌、锆、钛、铪及自润滑材料，通过机械混合、压制、烧结，得到气门座。

步骤1)中，原料包括以下组分：

碳：0.8-1.8Wt％，铬：28.0-29.0Wt％，钼：0.4-0.7Wt％，钨：21.0-29.0Wt％，铌：0.80-0.9Wt％，锆：0.07-0.08Wt％，钛：0.56-0.8Wt％，铪：0.40-0.50Wt％，铁：5.5-6.5Wt％，余量为镍基粉。

步骤1)中，原料包括以下组分：

碳：0.7-1.9Wt％，铬：27.0-28.0Wt％，钼：0.45-0.8Wt％，钨：22.0-28.0Wt％，铌：0.85-0.95Wt％，锆：0.075-0.085Wt％，钛：0.6-0.9Wt％，铪：0.45-0.55Wt％，铁：5.3-6.5Wt％，余量为镍基粉。

步骤3)中，在步骤2)得到的合金粉末中配入原料中的钨、碳、钼、铬、铌、锆、钛、铪及自润滑材料，通过机械混合、二次压制、二次烧结，得到气门座。

步骤3)中，在步骤2)得到的合金粉末中配入原料中的钨、碳、钼、铬、铌、锆、钛、铪及自润滑材料，压制后将烧结坯置于推捍式烧结炉，在氨分解气氛中，温度在1150～1200℃进行烧结，得到气门座。

步骤3)中，所述自润滑材料为硬脂酸锌。

本发明方法先进科学，通过本发明，提供的一种耐磨损高强度粉末冶金气门座的制备方法，耐磨损高强度粉末冶金气门座化学成分及其含量为(Wt％)：碳：0.9-2.0,铬:27.0-30.0,钼:0.35-0.85,钨:20.0-30.0,铌:0.70-1.0,锆:0.06-0.09,钛:0.5-1.0,铪:0.30-0.60,铁:5.0-7.0,余量为镍。

优选地，所述气门座包括以下重量百分比(Wt％)的各组分：

碳：0.8-1.8,铬:28.0-29.0,钼:0.4-0.7,钨:21.0-29.0,铌:0.80-0.9,锆:0.07-0.08,钛:0.56-0.8,铪:0.40-0.50,铁:5.5-6.5,余量为镍。

优选地，所述气门座包括以下重量百分比(Wt％)的各组分：

碳：0.7-1.9,铬:27.0-28.0,钼:0.45-0.8,钨:22.0-28.0,铌:0.85-0.95,锆:0.075-0.085,钛:0.6-0.9,铪:0.45-0.55,铁:5.3-6.5,余量为镍。

上述方法，基础粉采用水雾化制备的镍基合金粉末+几种配方量的合金粉末(钨、钼、铬、铌、锆、钛、铪)及配方量的自润滑性的材料。

本发明的气门座，在制造的时候首先将基础镍基粉末采用水雾化制成的合金粉末，之后配入一定量的钨、钼、铬、铌、锆、钛、铪等合金粉末及自润滑材料，压制后将烧结坯置于推捍式烧结炉，在氨分解气氛中，温度在1150～1200℃进行烧结。气门座烧结坯硬度HRC35～50，其金相组织(马氏体+贝氏体+索氏体+合金碳化物)，密度≥7.6g/cm

本发明的关键为：1)选用的镍基粉末，它须具备一定耐磨、耐热、耐腐蚀，具有较高强度的钨、钼、铬、铌、锆、钛合金材料。2)选用能形成硬质相的合金材料，它须具备较高耐磨、耐热、耐腐蚀性能，同时要求它和基础粉末有较好的亲和性和熔合界面，通过烧结，能够牢固地结合在一起，当气门座受到冲击时，硬质相又不会脱落。

具体实施方式

本发明专利结合具体实施例作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明目的，而不用于限制本发明范围。

实施例1

镍基粉采用水雾化制备的合粉末十几种(钨、钼、铬、铌、锆、钛)合金粉以及自润滑材料混合40分钟，在二次制压后，用推捍式烧结炉二次烧结，氨分解气氛，温度1200℃，烧结60分种，检测烧结坯硬度HRC35～50；金相组织：马氏体+贝氏体+索氏体+合金碳化物；径向压溃强度≥600MPa，密度≥7.6g/cm

一汽锡柴的6DF1柴油机采用本发明的粉末冶金气门座，在6DF1柴油机上做可靠性试验(额定转速2300r/min，额定功率206KW，经800小时可靠性试验，先进行500小时热冲击，后又进行200小时耐久和100小时性能试验)，经800小时试验后，试验结果情况如下：

本发明生产的粉末冶金气门座平均磨损量为0.0278㎜。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

第一、本发明通过改进高压水雾化镍基制粉技术以及合理添加一定含量的钨、钼、铬、铌、锆、钛、铪合金粉末及自润滑材料，通过机械混合、二次压制、二次烧结。使气门座的热强度和耐磨性等物理性质和机械性能得到了显著的改善。

第二、锆元素的加入，发挥了强有力的脱氧、除氮、去硫的作用，气门座加入锆元素，其耐磨性和强度就会有惊人的提高。

第三、本发明铌在高温下能与钨、锆、钛、铪形成合金，并能与硫、氮、氧直接化合。

本发明在制造时首先将镍基粉末采用水雾化制成的合金粉末配人一定量的钨、钼、铬、铌、锆、钛合金粉末以及自润滑材料，由于铌、锆元素的加入。气门座①硬度≥HRC35；②密度≥7.6g/cm

实施例2

一种耐磨损高强度粉末冶金气门座，化学成分及其含量为(Wt％)：碳：0.9-2.0,铬:27.0-30.0,钼:0.35-0.85,钨:20.0-30.0,铌:0.70-1.0,锆:0.06-0.09,钛:0.5-1.0,铪:0.30-0.60,铁:5.0-7.0,余量为镍。

下面是三个实施例气门座化学成分及其含量(Wt％)，如表1所示。

表1

将采用水雾化方法制备镍基合金粉末用700MPa压力压制气门座，然后在1200℃中性气氛中烧结40分钟，烧结后将气门座浸入含3Wt％石墨的酒精溶液中浸渍片刻取出，放入氮气保护加热炉中加热至800℃，然后取出放入预热至200-300℃的模具中，以700MPa压力进行复压。所制得三个实施例粉末冶金气门座主要技术指标如下：见表2。

表2

按照可靠性试验规范，将上述实例A、B、C气门座圈产品在试验台架上进行全速全负荷(额度转速2300转/分，功率206kw，最大扭矩960N.m)试验，累计运行800h，经拆机检验，气门座尺寸全部在公差范围内，未见磨损，气门座没有下沉，使用情况良好。

本发明气门座具有优异的耐磨、耐热、耐冲击性能，特别适合高速柴油发动机的工作环境。