粉末高速钢耐磨摇臂镶块的研究

粉末高速钢耐磨摇臂镶块的研究

车辆配气机构的摇臂和气管构成了循环过程中的摩擦副。服务条件复杂而恶劣，其使用寿命直接影响整台机的可靠性。不仅要求高的耐候性，而且还受到安装过程中高温的影响。国外广泛使用特殊类型的封闭式粉末收敛刀，具有节能环保、性能优异等特点。这对减少发动机的噪声，改善汽油箱的滑动性，提高整台机的动力性能具有重要意义。然而，主要为fe-cr-c系统，硬度50hz，密度8.0g/cm3。通常,粉末高速钢可以减少偏析,获得均匀分布的细小碳化物,具有高的抗弯强度、冲击韧性和耐磨性,热处理变形小,使用寿命长等优点,是制备耐磨摇臂镶块的最佳粉末材料,但粉末高速钢的成形和烧结困难.本文针对JQ型粉未冶金耐磨摇臂镶块的研制现状,探讨粉末高速钢成形和超固相线液相烧结对其组织性能的影响,加快汽车用粉未摇臂镶块的国产化研究进程.1密度、复压、形貌、硬度和硬度试验粉末材料为M2预合金粉,其成分和性能见表1和表2,松装密度为2.36g/cm3,流速为33.5s/50g.镶块的制造工艺如图1所示.混粉时间为30min,初压密度为7.20g/cm3,复压密度为7.48g/cm3.初烧在德国Cremer300kg网带烧结炉中进行,初烧温度为750℃,保护气氛是N2∶NH3=1∶1,气体露点<-50℃.真空烧结在自贡长城公司生产的JL150型真空烧结炉中进行,真空度为5Pa,烧结温度为1240℃.用金相显微镜及扫描电镜作组织分析,用D/max-1200X射线衍射仪分析物相结构;用Quanx-X荧光能谱仪分析其化学成分;用排水法或直测密度仪测量其密度;用显微硬度仪和洛氏硬度计检测硬度;最后进行综合性能比较和分析.2试验结果及分析2.1制备4.3变形金融资本中的经济增长1.2试样的尺寸、硬度和密度的检测结果如表3所示,表中数据均为10个试样测量的平均值.从表3可知,试制镶块基本上能满足JL465镶块长(17.5±0.2)mm,宽(12±0.15)mm,高(3.2±0.2)mm的尺寸精度要求.仅成分为M2+0.2G的镶块的硬度≥50HRC,密度≥8.0g/cm3.显然添加G后,使M2的固相线温度降低,扩大了烧结窗口,同时使压坯易于成形.2.2原料的sem分析2#试样金相组织如图2所示.从图2中可以看出,其组织组成为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体.对2#试样进行的X射线衍射分析知,主要物相为:α-Fe,γ-Fe,MoC,V4C3,Fe3C,V8C3,W2C,Cr2C.图3是其SEM形貌,对试样进行能谱分析,各元素分布如表4所示.由表4数据与原料粉相比可知,Mo、W、V含量相差不大,而Cr含量降低了0.1%,可能是由于真空烧结时,Cr挥发所致.各合金元素已溶入基体中,说明可以通过加G进行液相烧结来达到提高材料性能的目的.2.3附加g粉颗粒表面粉末高速钢在工业条件下进行烧结的主要问题有两个[6.7].一是烧结温度范围太窄,炉温控制困难;二是所需要的烧结温度偏高,不能选用普通铁基烧结炉.据报道,M2高速钢粉(0.8%C)的液相烧结温度为1255℃,由相图还可知,此时出现L+A+K相区的烧结窗口只有5k,因此,要控制M2的液相烧结,将非常困难(图4).欲解决上述问题,本文使用烧结添加剂G,降低液相烧结温度和拓宽烧结温度范围,即采用超固线液相烧结.由于Fe和C在1148℃能形成低熔点共晶,共晶点的成分为4.3%C,这意味着添加G后,在1200℃以上烧结便可形成液相.另外,外加G粉附着在Fe粉末颗粒表面,即表面C浓度高,界面处易形成Fe-C共晶液相,促进颗粒重排,溶解析出和扩散加强;少量的G不会破坏材料的塑性,因为C具有较小的原子尺寸,至少可以固溶强化α-Fe,也不会降低铁的界面结合能.但使用这种方法并不能把烧结温度降低到1150℃以下,因为碳含量太高会生成不良的碳化物组织,使材料变脆.因此,镶块在真空烧结时,不能放在石墨舟板上,而必须放在陶瓷舟板上,以防止过烧.E.J.Westerman于1962年最早描述了镍基高温合金的超固相线液相烧结(SLPS).80年代后,先后有许多关于镍基高温合金,不锈钢、工具钢、青铜和陶瓷等方面的SLPS研究报道.理论上认为颗粒发生重排的阶段是致密化的主要阶段.W.D.Kingry提出,当固-液混合体的粘度趋近于无穷大时,存在一个最大的固体相对量Φm,一旦实际的固体相对量Φ大于Φm时,混合体是不能自由流动的.混合体的粘度与固体相对量的关系式为η=η0[1−ΦΦm]−2.η=η0[1-ΦΦm]-2.为了确定发生粘性流动的最大固体相对量,可借助于晶粒间被液相覆盖的分数(0.89),即当晶粒表面有89%以上被液相润湿时发生粘性流动.近而可求出Φm,Φ可由相图估计出,将Φ和Φm的值代入前式可求得烧结体的粘度η,那么由下式便可得出SLPS的致密化收缩率和烧结体的密度.ΔL/L0=0.75γt/Iη,fn=fR/(1−ΔL/L0)3.ΔL/L0=0.75γt/Ιη,fn=fR/(1-ΔL/L0)3.式中:γ是液相蒸发表面能,t是烧结时间,I是颗粒尺寸,fn为烧结后的相对密度,fR为压坯的相对密度.实际应用中,相对密度f是已知量,即可依次计算出致密化收缩率L/L0、粘度η、固体相对量Φ,进而可根据相图确定其成分.在本试验条件下,经计算C含量≥0.95%.所以,选用外加0.2%C,使总C含量约为1.0%是正确的.3汽车发动机可靠性试验将生产的镶块送往东安三菱公司和长安公司进行检测,该产品已通过300h模拟汽车运行的强化台架试验,试验按照LJ462Q-1AE1,QC/T524-535-1999等汽车发动机可靠性试验方法进行,试验采用93号优质无铅汽油(GB17930-1999).在全速、全负荷试验过程中,试制的粉末冶金耐磨摇臂镶块未出现异常现象,拆机后检测磨损正常,达到了进口件的标准,通过了可靠性试验,现已批量生产和装车使用.重庆华孚工业公司已经达到年生产镶块120万件的生产能力,并成功销往哈尔滨东安三菱和重庆长安公司,且性能优良.4最佳烧结工艺1)在高速钢粉末中混加石墨,可明显改善粉末冶金高速钢的成形和烧结特性.在本试验条件下,制备汽车发动机摇臂镶块较优的成分为M2+0.2%G.2)从经济和性能两方面综合考虑,较优的工艺为复压复烧.在本试验条件下,镶块最佳真空液相烧结工艺