排气门密封面等离子弧堆焊铁基合金涂层的研究

论文摘要

排气门是发动机的重要部件,由于它长期工作在高温、承受冲击载荷、环境气氛腐蚀等恶劣的工况条件下,因此要求它具有优良的高温性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能。为了提高发动机排气门密封面的性能,目前国内外在高品质的排气门密封锥面上大多进行堆焊钴基合金的强化处理,以满足排气门苛刻的工作条件要求。钴基合金在热稳定性、耐磨性、耐蚀性等方面均有突出的优势,但价格昂贵,成本太高。本课题旨在研制一种适用于排气门密封面强化的铁基合金粉末材料,以降低排气门的生产成本。本课题设计了适合于排气门密封面强化的铁基合金粉末(Fe38)的成分,采用雾化法制备该合金粉末;并研究了其物理特性和结构;探讨了等离子弧堆焊工艺参数对Fe38堆焊层质量的影响,确定了最佳堆焊工艺参数;分析和测试了Fe38合金等离子堆焊层的微观组织和结构,耐高温性能,摩擦磨损性能和耐腐蚀性能,并与钴基合金涂层进行了对比。最终通过台架试验模拟了实际工况下涂层的耐磨性。实验结果表明,设计制备的Fe38合金粉末由γ固溶体和(Cr,Fe)7C3碳化物组成,粉末的尺寸均匀,结构致密,成球性良好;该铁基合金等离子堆焊层具有优良的抗高温氧化性、耐磨性和耐蚀性。当工作温度低于800℃时,该堆焊层可满足工件的硬度要求。当工作温度高于800℃时,由于基体中第二相颗粒的析出和粗化使材料的硬度明显降低。与钴基合金Co02相比,等离子弧堆焊铁基合金Fe38在800℃以下使用时,其使用性能基本达到了Co02的水平,同时具有突出的经济性能。因此,该项研究为等离子堆焊强化气门密封锥面提供了一种新的合金粉末材料,同时该材料也可用于要求相近的其他机械零件的表面强化,具有较大的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 表面强化技术简介
• 1.2 表面堆焊
• 1.3 等离子弧堆焊技术
• 1.3.1 等离子弧堆焊技术发展历程
• 1.3.2 等离子弧的产生及特点
• 1.3.3 等离子弧堆焊技术原理
• 1.3.4 等离子堆焊的分类
• 1.3.5 等离子粉末堆焊的特点
• 1.3.6 等离子弧堆焊的发展趋势
• 1.4 堆焊材料的分类及特点
• 1.4.1 铁基堆焊合金
• 1.4.2 钴基堆焊合金
• 1.4.3 镍基合金
• 1.4.4 铜基堆焊合金
• 1.4.5 复合堆焊合金
• 1.5 课题的提出及研究内容
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 实验材料及方法
• 2.1 实验原料和化学药品
• 2.2 实验仪器及设备
• 2.2.1 材料显微组织及成分分析用仪器和设备
• 2.2.2 材料性能测试用仪器和设备
• 2.2.3 粉末和涂层制备用设备及仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 等离子弧堆焊
• 2.3.2 试样制备
• 2.3.3 性能实验
• 2.3.4 合金粉末松装密度测定
• 2.3.5 合金粉末的流动性
• 2.3.6 激光熔覆试验
• 第三章 排气门密封面强化铁基合金粉末的研制
• 3.1 合金粉末成分设计及制备
• 3.1.1 合金粉末成分设计
• 3.1.2 合金粉末的制备
• 3.2 粉末的性能
• 3.2.1 合金粉末的松装密度
• 3.2.2 合金粉末的流动性
• 3.2.3 合金粉末的成球性
• 3.2.4 空心率
• 3.2.5 粉末硬度
• 3.3 粉末的微观组织
• 3.4 本章小结
• 第四章 Fe38 合金等离子弧堆焊工艺研究
• 4.1 等离子弧堆焊设备
• 4.2 Fe38 合金等离子弧堆焊工艺试验
• 4.2.1 堆焊工艺参数及工艺指标的分析
• 4.2.2 Fe38 粉末等离子弧堆焊工艺试验结果
• 4.3 Fe38 粉末激光熔覆工艺对比试验
• 4.4 本章小结
• 第五章 Fe38 合金堆焊层的微观组织与性能分析
• 5.1 堆焊层微观组织分析
• 5.1.1 等离子堆焊层微观组织分析
• 5.1.2 激光熔敷工艺对显微组织的影响
• 5.2 等离子堆焊层的硬度
• 5.3 高温处理对涂层硬度和组织的影响
• 5.3.1 高温处理后堆焊层的硬度
• 5.3.2 高温处理后堆焊层的组织分析
• 5.4 高温氧化性能
• 5.5 Fe38 涂层的磨损性能
• 5.5.1 常温摩擦磨损实验
• 5.5.2 气门—气门座模拟磨损试验
• 5.6 耐腐蚀性能
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢