《北京科技大学学报》：高碳、高合金铁基渗铜烧结阀座材料

D0I:10.13374/j.isn1001-053x.1999.01.013 第21卷第1期 北京科技大学学报 VoL.21 No.1 1999年2月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Feb.1999 高碳、高合金铁基渗铜烧结阀座材料 成丽丽 董颐 北京科技大学材料科学与工程学院.北京100083 摘要研究了基体中不同合金元素及热处理对高碳、高合金铁基渗铜烧结阀座材料的密度和力 学性能的影响，结果表明，用机械混合高碳、高合金粉末压坯经过一步法烧结/熔渗后，密度达到 7.88gcm3(相对密度98.2%)，硬度和抗弯强度分别达到HRc45.4和1124MPa.将海铜后的材料在 900℃淬火，580℃高温回火后，铁颗粒中组织主要为回火马氏体，材料硬度达到HRc40以上. 关键词铁基粉末冶金：熔渗；阀座村 分类号TF12 发动机进气和排气阀座是保持汽缸密封与 后样品在分解氨保护气氛中于900℃油淬，然后 气阀向缸盖散热的关键零件，尤其是低铅或无铅 在580℃高温回火，空冷至室温. 汽油的使用使得传统材质的阀座锥面会急剧产 表1铁粉的粒度组成和工艺性能 生早期异常磨损，这就要求高性能汽车发动机的 粒度组成（目，质量分数）/% 阀座材料必须具有优良的耐热耐磨性能、一定的 松装密度流动 强度和韧性、一定的减磨性及良好的导热性铁 -100+120-120+200-200+250-250+350g:cmJ性/S 6.70 21.2522.25 24.70 2.7833.5 基渗铜烧结合金具有优良的力学性能.1988年， 注：流动性指50g铁粉流动时间 日本用含Co,Cr,Mo,Ni,C等元素的铁基体渗铜 制成一种双层阀座1,1992年，英国针对内燃机中 2实验结果与讨论 阀座的使用，也通过铜的熔渗，研制出2种铁基耐 2.1 基体中合金元素的影响 磨材料)，1993年，美国又研究出一种阀座用铁基 (1)碳含量的影响. 渗铜耐磨烧结合金，该材料具有良好的导热性和 以Fe1Cr-8Mo-1Cu-(0.5~l.2)C合金作为基 减磨性，我国自从引进多条发动机生产线后，需 体进行铜的烧结/熔渗，图1和图2为熔渗后试样 要大批量高性能的耐热耐磨材料，大量的阀座需 8.0 100 要从国外购买.本文采用含有高碳、高Cr,Mo等 相对密度 碳化物形成元素的铁合金为基体，通过渗铜烧结 8 提高了材料的致密度和导热性，从而提高了材料 7.9 95 密度 的力学性能， 留 1实验方法 7.8 90 0.4 0.6 0.81.0 1.21.4 实验采用鞍山钢铁公司生产的-100目水雾 wc/% 图1基体中的C含量对试样密度和相对密度的影响 化铁粉，其粒度组成和工艺性能如表1.在铁粉中 50 混入细胶体石墨、氢还原钼粉或铁钼合金粉（质 抗弯强度 1.2 量分数为M042.01%,C0.5%).铁铬合金粉(Cr 45 56.83%,C7.50%)、电解铜粉及硬脂酸锌.将混合 1.1 粉末压成6mm×12mm×30mm抗弯试样，采用 40 一步法于1130℃进行烧结/熔渗，用分解氨气氛 1.0 作为保护气氛.采用Cu-Fe-Mn-C熔渗剂，其单重 35 为充满基体压坯空隙所需计算量的110%.熔渗 0.40.6 0.81.01.214 Wc/% 1997-12-26收稿成丽丽女，25岁，硕士 图2基体中的C含量对试样硬度和抗弯强度的影响

第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 高碳 、 高合金铁基渗铜烧结 阀座材料 成 丽 丽 董 颐 北京科技大学 材料科学 与工 程学院 ， 北京 摘 要 研究 了基体 中不 同合金元素及 热处理 对高碳 、 高合金铁基 渗铜烧结阀座材料的密度和 力 学性 能的影 响 结果 表 明 ， 用 机械混合 高碳 、 高合金 粉末压坯 经过 一步 法烧结 熔 渗后 ， 密度 达到 幼砰 相 对密度 ， 硬度 和抗 弯强度分别达到 和 将渗铜后 的材料在 ℃ 淬火 ， ℃ 高温 回 火后 ， 铁颗粒 中组织主要 为 回火 马氏体 ， 材料硬度达到 以 上 关键词 铁基粉末冶金 熔渗 阀座衬 分类号 发 动 机 进 气 和 排 气 阀座 是 保 持 汽 缸 密 封 与 气 阀 向缸 盖 散 热 的 关 键零 件 ， 尤 其是 低 铅 或 无铅 汽 油 的 使 用 使 得 传 统 材 质 的 阀座 锥 面 会 急 剧 产 生 早 期 异 常磨 损 ， 这 就 要 求 高性 能 汽 车 发 动机 的 阀座 材料 必 须具有 优 良的 耐 热 耐磨 性 能 、 一 定 的 强 度 和 韧 性 、 一 定 的 减 磨 性 及 良好 的 导 热 性 铁 基渗铜烧结合金具有 优 良的力学性 能川 年 ， 日本 用 含 ， ， ， ， 等元 素 的铁基 体渗铜 制成 一种 双层 阀座叭 年 ， 英 国针 对 内燃 机 中 阀座 的使用 ， 也通 过 铜 的熔渗 ， 研制 出 种 铁基 耐 磨 材料叭 年 ， 美 国又 研究 出一 种 阀座 用铁基 渗铜 耐磨 烧结 合金 ， 该材 料 具 有 良好 的 导热性 和 减磨 性 我 国 自从引进多条 发动机生产线后 ， 需 要 大 批 量 高性 能 的耐 热 耐磨材 料 ， 大量 的 阀座 需 要 从 国外 购 买 本文 采 用 含有 高碳 、 高 ， 等 碳 化物 形 成 元 素的铁合金 为基体 ， 通 过 渗铜烧结 提 高 了材 料 的致 密 度 和 导 热性 ， 从而 提 高 了 材 料 的力学性能 后 样 品在 分 解 氨保护 气 氛 中于 ℃ 油 淬 ， 然 后 在 ℃ 高温 回火 ， 空 冷至 室 温 表 铁粉的粒度组成和工艺性能 粒度组成 目 ， 质量分数 松装密度 流动 一 十 一 一 一 十 一 性 注 流动性指 铁粉流动时间 实验结果与讨论 基体中合金元素的影晌 碳含量 的影 响 以 一 一 一 一 合 金 作 为 基 体进行铜的烧结 熔渗 ， 图 和 图 为熔渗后 试样 母常侧却、求 ，日。 侧却、 图 基体中的 含 对试样密度和相对密度的影响 招韧乞侧燃、山芝一 ︸凡 侧圈工国。 实验方法 实验 采 用 鞍 山钢 铁公 司生 产 的 一 目水雾 化铁 粉 ， 其粒度 组成和 工 艺性 能如表 在铁粉 中 混 人 细 胶体 石 墨 、 氢 还 原 钥 粉 或 铁 钥 合金 粉 质 量 分 数 为 ， 、 铁 铬 合 金 粉 ， 、 电解 铜粉 及 硬 脂 酸 锌 将混 合 粉末 压成 刃。 扣 幻 抗 弯试样 ， 采 用 一 步法 于 ℃ 进行 烧 结 熔 渗 ， 用 分解 氨气氛 作 为保护气 氛 采 用 一 一 一 熔 渗剂 ， 其单 重 为 充 满 基 体 压 坯 空 隙所 需 计 算 量 的 熔 渗 一 一 收稿 成 丽 丽 女 ， 岁 ， 硕士 偏磊蛋中尸 一 了一百扩 一 二 图 基体中的 含，对试样硬度和抗弯强度的影响 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．01．013

Vol.21 No.1 成丽丽等：高碳、高合金铁基渗铜烧结阀座材料 ·45· 的密度、相对密度、硬度及抗弯强度与基体中碳 含量的关系.结果表明，随着基体中碳含量增加， 45 11.25 熔渗后试样的密度和相对密度都变化不大，硬度 抗变强度 1.20 里 事一 随之上升且趋于平缓，抗弯强度则呈下降趋势， C与Cr,Mo等形成的碳化物和合金渗碳体 40 1.15 硬度 1.10 是形成材料高硬度的主要原因，这些碳化物嵌于 基体组织中，大大地提高了材料的耐磨性能.在 1.05 以机械混合加人合金元素的材料中，C容易进行 2 4 6 8 10 扩散，而Cr,Mo的扩散较慢且不能进行得很均 WMo/% 匀.随着C含量增加，生成的碳化物也相应增加， 图4熔渗后试样的硬度和抗弯强度与基体中钼含量关系 但这些碳化物形成的动力学由较慢的Cr,Mo扩 随着基体中M0含量的增加，铜在其中的熔渗率 散控制，因此硬度上升的幅度趋于平缓， 逐渐变小，这不利于材料的致密化.而且，Mo原 加人的合金元素Cr,Mo等都能使共析点左 子的尺寸比铁原子的尺寸大，则更多的Mo固溶 移.这样，在化合碳的量不到08%时，就会随着 进Fe基体中会引起试样体积膨胀率稍有增加.这 碳含量的增加在基体的奥氏体晶粒界上析出过 两方面的原因使试样相对密度稍有下降， 共析的二次渗碳体，削弱晶粒之间的结合力，使 在所加钼铁合金中含（质量分数）Mo 材料的抗弯强度下降. 42.01%,C0.5%.由Fe-Mo-C三元合金相图可知， 总体来说，用烧结/熔渗法制得的该烧结合 在1130℃时，钼铁合金中形成a+w+e相4，即：① 金的性能还是相当高的.以1.0%C试样为例，其 碳和钼在α铁中的固溶体，即：铁素体相；②铁钼 熔渗后密度达到7.88g/cm(相对密度98.2%)，硬 复合碳化物；③溶有铁和碳的Fe,Mo,或Fe,Mo,中 度和抗弯强度分别达到HRc45.4和1124MPa, 间化合物.在加热过程中，Mo在基体中进行扩 可以满足高性能汽车阀座对材质硬度和强度的 散.一方面，在Fe固溶体中的Mo接触到基体中 要求.这种仅通过一次压制，烧结/熔渗直接成型 F颗粒，会继续通过固溶作用相互扩散，且液相 该种阀座的方法也是相当经济的. Cu的存在加速了这种扩散过程；另一方面，合金 (2)钼含量的影响. 粉中铁钼复合碳化物也会在奥氏体化过程中溶 以Fe-1Cr-(3~10)Mo-1Cu-0.8C合金的压坯作 于基体铁颗粒中.一般来说，(Fe,Mo),C、Fe,Mo 为基体，进行铜的烧结/熔渗，图3和图4即为烧 C、Mo,C、MoC稳定性依此递增，它们向奥氏体中 结后试样的密度、相对密度、硬度和抗弯强度与 溶解的速度依此递减.从烧结后Mo的面分布来 基体中M0含量的关系.结果表明，随基体中Mo 看，Mo在基体中扩散得相当多，.由此推断，(Fe, 含量增加，熔渗后的试样相对密度略有下降，硬 Mo),C、Fe,Mo,C在铁颗粒基体中有了相当大量 度增加缓慢，抗弯强度上升. 的溶解. 在冷却过程中，扩散开来的Mo以细小的碳 8.0 0 100 化物质点弥散分布于基体中，赋予基体较高的耐 相对密度 ● e 磨性能；另一方面，由于本材料为机械混合法制 6 密度 成，因此仍存在未扩散开的钼铁合金，这些合金 7.9 阳 95 藁 以小块状紧密地嵌于基体中，也在一定程度上增 加了材料的表观硬度 7.8 J90 (3)其他合金元素的影响. 2 4 68 10 所加铬铁合金中（质量分数）含C56.83%, WMo/%0 图3熔参后试样的密度和相对密度与基体中钼含量的关系 C7.50%,在1130℃，主要以y+(CrFe),C,+(Fe, C),C存在，其碳化物稳定性比Mo的稍差，较易 该材料的渗铜主要是依靠铜铁二金属间很 溶于奥氏体中，冷却后以细小的碳化物质点析 好的润湿性，吸人的铜很快沿着空隙内表面散开 出，更多地弥散分布于基体中.同时仍存在未扩 并包覆铁的颗粒，完成材料的致密化.而合金化 散开的Fe-Cr合金， 后的铁粉将影响铜在其中的熔渗率，实验得知

成丽 丽等 高碳 、 高合金铁基 渗铜烧结 阀座材料 乞侧韧牟燃芝、 ‘，‘ ︺哎 侧圈国。 的 密 度 、 相 对密 度 、 硬 度 及 抗 弯强 度 与 基 体 中碳 含量 的 关 系 结果 表 明 ， 随着基 体 中碳 含量 增 加 ， 熔 渗 后 试 样 的 密 度 和 相 对密度都 变 化 不 大 ， 硬 度 随之 上 升且 趋于 平缓 ， 抗 弯强 度则呈 下 降趋 势 与 ， 等形 成 的碳 化 物 和 合金 渗碳 体 是 形 成 材 料 高 硬 度 的 主要 原 因 这 些碳 化 物嵌 于 基 体组 织 中 ， 大 大 地 提 高 了材 料 的 耐 磨 性 能 在 以 机械混合 加 人 合 金 元 素的材 料 中 ， 容 易 进 行 扩 散 ， 而 ， 的 扩 散 较 慢 且 不 能 进 行 得 很 均 匀 随着 含 量 增 加 ， 生成 的碳化物也 相应增 加 ， 但 这 些 碳 化 物 形 成 的 动力 学 由较慢 的 ， 扩 散控制 ， 因此硬度上 升的幅度趋于平缓 加 人 的合 金 元 素 ， 等都 能 使 共 析 点 左 移 这 样 ， 在 化合 碳 的 量 不 到 时 ， 就 会 随 着 碳 含 量 的增 加 在 基 体 的 奥 氏体 晶粒 界 上 析 出过 共 析 的 二 次 渗碳 体 ， 削 弱 晶粒 之 间 的 结 合 力 ， 使 材料 的抗弯强度下 降 总 体来说 ， 用 烧结 熔 渗法 制 得 的该 烧 结 合 金 的性 能 还 是 相 当高的 以 试 样 为 例 ， 其 熔渗后 密度达到 沙 ， 相 对密度 ， 硬 度 和 抗 弯 强 度 分 别 达 到 和 ， 可 以 满足 高性 能 汽车 阀座 对材 质 硬 度 和 强 度 的 要 求 这种仅通 过 一次压制 ， 烧结 熔 渗直接成 型 该种 阀座 的方法也是相 当经济 的 钥含量 的影 响 以 一 一 一 一 合金 的压坯作 为基体 ， 进 行铜 的烧结 熔渗 ， 图 和 图 即 为烧 结后 试 样 的密 度 、 相 对密 度 、 硬 度 和 抗 弯 强 度 与 基 体 中 含量 的 关系 结果 表 明 ， 随基 体 中 含 量 增 加 ， 熔 渗后 的试样 相 对密度 略有 下 降 ， 硬 度增加缓慢 ， 抗弯强度 上 升 软 侧友却契岁、 入 、 峨 图 熔渗后试样的硬度和抗弯强度与基体中钥含 关系 随着 基 体 中 含 量 的增 加 ， 铜在 其 中的熔 渗率 逐 渐 变 小 ， 这 不 利 于 材 料 的 致 密 化 而 且 ， 原 子 的 尺 寸 比铁 原 子 的 尺 寸 大 ， 则 更 多 的 固 溶 进 基体 中会 引起 试样体积膨胀率稍 有增加 这 两 方 面 的原 因使试样相 对密度稍 有下 降 在 所 加 钥 铁 合 金 中 含 质 量 分 数 ， 由 一 一 三元合金 相 图可 知 ， 在 ℃ 时 ， 钥 铁合金 中形 成 彻 相 ， 即 ① 碳 和 钥 在 铁 中 的 固 溶 体 ， 即 铁 素体 相 ② 铁 钥 复合碳 化物 ③溶有 铁和碳 的 。 或 中 间 化 合 物 在 加 热 过 程 中 ， 在 基 体 中 进 行 扩 散 一方 面 ， 在 固 溶 体 中 的 接 触 到 基 体 中 颗 粒 ， 会 继 续 通 过 固 溶 作 用 相 互 扩 散 ， 且 液 相 的存 在 加 速 了这 种 扩 散 过 程 另 一 方 面 ， 合金 粉 中铁 钥 复 合 碳 化 物 也 会 在 奥 氏体 化 过 程 中溶 于 基 体铁 颗 粒 中 一般来 说 ， ， 。 、 、 、 稳 定性 依此 递 增 ， 它 们 向奥 氏体 中 溶 解 的速 度 依 此 递 减 从烧 结 后 的 面 分 布 来 看 ， 在 基 体 中 扩 散 得 相 当多 ， 由此 推 断 ， ， 、 几 在 铁 颗 粒 基 体 中有 了相 当大 量 的溶解 在 冷 却 过 程 中 ， 扩 散 开 来 的 以 细 小 的碳 化 物质 点弥散分 布 于 基 体 中 ， 赋予 基体较 高 的 耐 磨 性 能 另 一 方 面 ， 由于 本 材 料 为 机 械 混 合 法 制 成 ， 因此 仍存 在 未 扩 散 开 的 钥 铁合 金 ， 这 些 合金 以 小 块 状 紧密 地嵌 于 基 体 中 ， 也 在 一 定 程 度 上 增 加 了材料 的表观硬度 其他合金元 素 的影 响 所 加 铬 铁 合 金 中 质 量 分 数 含 ， ， ， 在 、 ℃ ， 主 要 以 。 ， 存 在 ， 其 碳 化 物 稳 定 性 比 的稍 差 ， 较 易 溶 于 奥 氏 体 中 ， 冷 却 后 以 细 小 的 碳 化 物 质 点 析 出 ， 更 多 地 弥 散 分 布 于 基 体 中 同 时 仍存 在 未 扩 散开 的 一 合金 侧却妙 一 枷 图 熔渗后试梢铂勺密度和相对密度与基体中铂含，的关系 该 材 料 的 渗铜 主 要 是 依 靠 铜 铁 二 金 属 间很 好 的 润 湿 性 ， 吸入 的铜很 快沿 着 空 隙 内表 面 散 开 并 包 覆 铁 的 颗 粒 ， 完 成 材 料 的 致 密 化 而 合 金 化 后 的 铁 粉 将 影 响铜 在 其 中 的熔 渗 率 实 验 得 知

·46* 北京科技大学学报 1999年第1期 Cu填充基体中的孔隙，提高基体密度.渗人 倍后，Cr,M0仍有如此密集均匀的分布，充分说 的Cu包围着Fe颗粒，提高了材料的韧性.图5中 明了渗铜烧结和热处理时2次奥氏体化的作 较粗大的白色网状或条带状，即为断裂时铜相的 用.随着时间延长，碳化物溶解的数量逐渐增多， 形貌.可以看出，断裂前铜相发生了大量的塑性 这样，奥氏体中的合金度已达相当高，Cr,Mo,C 变形，在基体相断开处，可见许多韧窝存在，这些 都会降低材料Ms点温度，使油淬后仍有相当数 都说明，本材料的断裂形态具有明显的塑性断裂 量的残余奥氏体. 特征. 表2热处理后渗铜材料的密度及力学性能 密度/ 相对密度/ 硬度 抗弯强度/ wc/% g.cm % HRc MPa 0.5 7.54 93.2 40.4 995 0.8 7.62 94.9 41.6 1016 1.0 7.66 95.6 41.9 1036 1.2 7.68 96.3 42.5 1092 回火时，因为马氏体中Cr,Mo与C有较强的 亲合力，减缓了碳化物的析出和长大，显著地阻 碍马氏体的分解， 图5Fc1Cr-8Mo-0.8C基体渗铜后断裂形貌 随着回火温度升高，Cr约450℃，Mo约高于 渗人的大量铜相还使材料具有一定的减 500℃，开始以明显的速度进行扩散，并在α相和 磨性和良好的导热性，这对于阀座的使用来说是 碳化物之间进行重新分配，主要是向渗碳体富 非常重要的. 集，并取代铁原子，形成合金渗碳体.在580℃高 2.2热处理对材料性能和组织结构的影响 温下，自马氏体及残余奥氏体中析出弥散度较 将Fe-1Cr-8Mo-1Cu-(0.5~1.2)C(本次实验采 高、且不容易聚集的特殊碳化物，出现明显的“弥 用的是钼粉而不是Fe-Mo合金粉)渗铜材料在 散硬化”现象；另一方面，残余奥氏体由于在回火 900℃油淬，然后在580℃高温回火，空冷至室 过程中不断析出碳化物，使其中合金元素的含量 温，其密度、相对密度、硬度及抗弯强度如表2. 降低，从而提高了它向马氏体转变的温度M。和 由于材料经过了1130℃烧结时的奥氏体化 M,造成在此温度回火后的冷却过程中转变为马 过程，使得C,Mo等合金元素在基体中已有了相 氏体，出现“二次淬火”现象，如图6(a)中可见到， 当程度的扩散.将渗铜后的材料再次加热到 除粗大的白色断续铜相外，主要为回火马氏体， 900℃，其组织再次转变为奥氏体，同时Cr、M0的 只有较少量的残余奥氏体， 碳化物继续溶解，从图6可以看出，在放大1600 1 20 20m 23 008 23 图6Fe1Cr-8Mo-1Cu-0.8C基体 (a)基体渗铜并热处理后的组织：(b)基体中C的面分布；(C)基体中Mo的面分布

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 填 充 基 体 中 的孔 隙 ， 提 高基 体 密度 渗人 的 包 围着 颗粒 ， 提 高了材料 的韧性 图 中 较粗大 的 白色 网状 或条 带 状 ， 即 为 断裂 时铜相 的 形 貌 可 以 看 出 ， 断 裂 前 铜 相 发 生 了 大 量 的 塑 性 变 形 ， 在 基 体相 断 开处 ， 可 见 许 多 韧 窝存 在 这 些 都说 明 ， 本材 料 的 断裂 形 态具有 明显 的 塑性 断裂 特征 倍 后 ， ， 仍有 如 此 密集 均 匀 的 分 布 ， 充 分说 明 了 渗 铜 烧 结 和 热 处 理 时 次 奥 氏 体 化 的 作 用 随着 时 间延 长 ， 碳 化 物 溶解 的数量 逐 渐增 多 ， 这 样 ， 奥 氏体 中 的合金 度 已 达 相 当高 ， ， ， 都 会 降低 材 料 峡 点 温 度 ， 使 油 淬后 仍 有 相 当数 量 的残余奥 氏体 表 热处理后渗铜材料的密度及力学性能 密度 相 对密度 ’ 硬度 抗弯强度 口︸ … ‘ 图 卜 闷 基体渗铜后断裂形貌 渗 人 的 大 量 铜 相 还 使 材 料 具 有 一 定 的 减 磨性 和 良好 的 导热性 ， 这 对于 阀座 的使用来说是 非 常重要 的 热处理对材料性能和 组织 结构 的影 响 将 一 一 一 一 一 本 次 实 验 采 用 的 是 钥 粉 而 不 是 一 合 金 粉 渗 铜 材 料 在 ℃ 油 淬 ， 然 后 在 ℃ 高 温 回 火 ， 空 冷 至 室 温 ， 其 密度 、 相 对密度 、 硬度及抗 弯强度 如 表 由于 材料 经过 了 ℃ 烧结 时 的奥 氏体化 过程 ， 使得 ， 等合金元 素在基 体 中已 有 了相 当 程 度 的 扩 散 将 渗 铜 后 的 材 料 再 次 加 热 到 ℃ ， 其组织再 次转变 为奥氏体 ， 同时 、 的 碳 化物 继 续 溶解 从 图 可 以 看 出 ， 在 放 大 回火 时 ， 因为马 氏体 中 ， 与 有 较强 的 亲 合 力 ， 减 缓 了 碳 化 物 的 析 出 和 长 大 ， 显 著 地 阻 碍 马 氏体 的分解 随着 回火 温 度 升 高 ， 约 ℃ ， 约高于 ℃ ， 开始 以 明显 的速 度进行 扩 散 ， 并 在 相 和 碳 化 物 之 间 进 行 重 新 分 配 ， 主 要 是 向渗碳 体 富 集 ， 并 取 代 铁 原 子 ， 形 成 合 金 渗碳 体 在 ℃ 高 温 下 ， 自马 氏 体 及 残 余 奥 氏 体 中 析 出 弥 散 度 较 高 、 且 不 容 易 聚集 的特殊 碳 化 物 ， 出现 明显 的 “ 弥 散硬 化 ” 现 象 另 一方 面 ， 残余 奥 氏体 由于 在 回火 过 程 中不 断析 出碳 化 物 ， 使其 中合金 元 素 的含 量 降低 ， 从 而 提 高 了它 向马 氏体转 变 的 温 度 峡 和 麟 ， 造成 在 此 温度 回火 后 的冷 却过程 中转变 为马 氏体 ， 出现 “ 二 次淬 火 ” 现 象 ， 如 图 中可 见 到 ， 除 粗 大 的 白色 断 续 铜 相 外 ， 主 要 为 回 火 马 氏 体 ， 只有 较少量 的残余奥 氏体 图 闷 一 刁 基体 基体渗铜并热处理后的组织 伪 基体中 的面分布 基体中 的面分布

Vol21 No.1 成丽丽等：高碳、高合金铁基渗铜烧结阀座材料 ·47· 3结论 材料中分布较为均匀，使材料保持了较高的力学 性能 (I)在水雾化铁粉中添加Fe-Cr,Fe-Mo,Cu, C,用机械混合法制成高C、高合金基体压坯，通 参考文献 过1130℃渗铜烧结后，密度达到7.88g/cm3(相对 1 Tremblay S,Champagne B,Angers R.Mechanical 密度98%)，硬度和抗弯强度分别达到HRc45.4和 Properties of Copper-Infiltrated Low-alloy P/M Steel 1124MPa,该性能可满足高性能汽车发动机阀座 and 316L P/M Stainless Steel.Progress in Powder 对材质的要求. Metallurgy,1986,42:373 (2)渗铜烧结后Cr,Mo等在基体中有大范围 2 Nobuhito Kuroishi,Motooka T,Suganuma T,Manab 的扩散，强化了基体；块状碳化物紧密镶嵌在基 A.Method for Making a Valve-Seat Insert for inter- nal Combustion Engines.US Patent No.4734968. 体上，也在一定程度上增加了基体的耐磨性 1986-11-21 (3)对Mo以钼粉加人的渗铜材料在900℃ 3 Charles Grant Purnell,Paritash Maulik,Sintered Materi 淬火，580℃高温回火后，密度达到7.68gcm3(相 als.UK Patent.GB 2248454.1991-12-25 对密度96.3%)，硬度和抗弯强度分别为HRc42.5 4 Jong Dae Lim.Iron-Base Sintered Alloy for Valve 和1092MPa. Seats for Use in Internal Combustion Engines.US (4)淬火并高温回火后材料的显微组织中出 Patent No.5221321.1991-06-18 现了大量的回火马氏体，且Cr,Mo等合金元素在 5郭耕三.高速钢及其热处理.北京：机械工业出版社， 1985.5 Copper-infiltrated/Sintered Iron-based Alloy with High Content of Carbon and Alloying Elements Used for Valve-Seats Cheng Lili,Dong Yi Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The influence of different alloying elements and heat-treatment on the density and mechanical properties of the copper-infiltrated/sintered iron-based alloy was investigated.The iron-based alloy blank with high content of carbon and alloying elements was developed by mechani- cal mixing.After copper-infiltration/sintering,the material has the density of 7.88 g/cm'(the relative density of 98.2%),hardness of HRc 45.2 and TRS of 1 124 MPa.After quenching at 900C and high-temperature-tempering at 580C,with large amount of martensite in the microstructure,the mate- rial possesses the hardness of over HRc 40. KEY WORDS iron-based powder metallurgy;infiltration;valve seat

成丽丽等 高碳 、 高合金铁基渗铜烧结 阀座材料 结论 在 水 雾 化 铁 粉 中添 加 一 ， 一 ， ， ， 用 机 械混合 法 制 成 高 、 高 合金 基 体压 坯 ， 通 过 ℃ 渗铜烧结后 ， 密度 达到 ， 相 对 密度 ， 硬度和抗 弯强度分别达到 和 ， 该性能可满足 高性 能汽车发动机 阀座 对材 质的要求 渗铜烧结后 ， 等在基体 中有大 范 围 的 扩散 ， 强 化 了基 体 块状 碳 化 物紧密镶 嵌 在 基 体上 ， 也在一定程度上增加 了基体的耐磨 性 对 以 翎 粉加 人 的 渗铜材 料 在 ℃ 淬火 ， ℃ 高温 回火后 ， 密度达到 岁 ， 相 对密度 ， 硬度 和抗 弯强度分别 为 和 淬火并 高温 回火后 材料 的显微 组 织 中 出 现 了大量 的回火马 氏体 ， 且 ， 。 等合金元 素在 材 料 中分布 较 为均 匀 ， 使材 料 保持 了较 高 的力 学 性 能 参 考 文 献 ， ， 习 一 ， ， ， ， ， 一 一 一 ， 议 ， · 一 一 一 一 一 郭 耕 三 高 速 钢 及 其 热 处理 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ， 一 一 ， ， ， ， 一 一 一 一 议 可 ， ， ， 一 哪 扭 一 ， 吨 ， 一