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无铅汽油发动机双层排气阀座圈的设计及研制
| 论文题名： | 无铅汽油发动机双层排气阀座圈的设计及研制 |
| 关键词： | 粉末冶金;材料设计;阀座圈;磨损;双层复合;发动机 |
| 摘要： | 发动机的排气阀座工作条件十分恶劣。工作温度一般高达300～700℃，同时燃烧废气具有强腐蚀性。燃料改用无铅汽油以后，阀座部分必须用特种材料制造的镶圈来补强，这种镶圈就是通常所谓的阀座圈。本文采用正交试验方法制备了适用于无铅汽油发动机的双层排气阀座圈。研究了各种合金元素的添加、孔隙率和显微组织对阀座圈工作性能的影响；讨论了双层阀座圈工作层与非工作层之间的匹配；分析了双层阀座圈在成本上的优势。通过适当的工艺控制，得到了耐磨性能优越以及整体匹配良好的适于无铅汽油发动机的双层阀座圈。 在分解氨气氛烧结条件下，烧结温度1110℃，烧结时间3.5小时；压坯密度不低于6.8g/cm3；烧结件的压溃强度不低于450MPa。正交试验结果表明，预混粉末成分为(％)：Fe-2Mo-1Co-2Ni-7Cu-1.5C时，阀座圈材料的室温硬度达到最大值97.3HRB。此时的压溃强度值为572.0MPa，密度6.65g/cm3。试样在温度700℃、转速1600r/min、时间8小时的条件下进行了模拟磨损试验。结果表明在本试验条件下，采用预混粉制备的阀座圈磨损量(下沉量)为0.135mm，高于厂方提出的磨损量0.20mm的要求。 组织观察表明，碳含量较低的试样中主要是硬度不高的铁素体以及少量的珠光体；而碳含量较高的试样中则主要是珠光体以及各种合金碳化物。作者进一步分析了各种合金元素对阀座圈性能的影响，并且讨论了组织对于阀座圈磨损性能的作用；研究了双层阀座圈双层间热学性能上的匹配；具体计算了双层阀座圈在经济上的优越性。 为了进一步提高阀座圈的性能，本文在最优预混粉的基础上采用了预合金粉(％)：Fe-3.58Mo-5.0Co-3.79Cr-1.40Ni-0.5MnS-1.1C。由于提高了材料中Co的含量以及添加了耐磨性能良好的元素Cr等。使试样的室温硬度达98.7HRB，密度6.95g/cm3，压溃强度884.2MPa。X-ray衍射分析表明，试样中存在一些合金碳化物和金属间化合物。在模拟磨损试验中，磨损量(下沉量)为0.055mm，这远远超过了0.20mm的要求，也比预混粉末试样性能要好。这说明在提高阀座圈高温耐磨损上，Co与Cr的作用是十分显著的。 对预合金样的台架试验和装车试验表明，阀座圈在试验过程中未出现异常现象，拆机后检测磨损正常，通过了可靠性试验。现已批量生产，获得了显著的经济效益。 |
| 作者： | 杨勇彬 |
| 专业： | 材料科学 |
| 导师： | 高家诚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2003 |
| 正文语种： | 中文 |
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