一种优异抗热震性能汽车零件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种优异抗热震性能汽车零件及其制备方法，采用粉末冶金与热处理技术的协同作用制备出具有较细基体晶粒、纳米第二相、低杂质含量、适当孔隙率的微观组织，突破了优异抗热震性能汽车零件的制备技术，大幅提高合金抗热震性能，且工艺简单、成本低廉、易于批量生产，能很好的满足汽车零件的需求。能很好的满足汽车零件的需求。能很好的满足汽车零件的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种优异抗热震性能汽车零件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种汽车零件及其制备方法，尤其涉及一种优异抗热震性能汽车零件及其制备方法，属于汽车零部件加工


技术介绍

[0002]随着汽车工业的发展，我国的汽车产量稳步增长，汽车消费规模日趋庞大，对汽车发动机、变速箱和制动系统中核心零部件材料的性能也提出了更高的要求。比如涡轮是实现增压的核心部件，气流在进入涡轮外壳后，会产生激振，涡轮外壳内温度较高，长期使用温度超过500℃，瞬间工作温度可达到800℃以上，涡轮叶片容易断裂或变形。汽车制动摩擦材料一方面要求有高且稳定的制动力，另一方面要有良好的耐磨性以保证长久的使用寿命和制动稳定性，这也对零件的抗热震性能提出了更高的要求。
[0003]抗热震性是指材料及其制品抵抗温度激烈变化不至损坏或破坏的性能。材料及其制品承受温度激烈变化而引起内部温度梯度时，在材料内部会因收缩或膨胀受阻产生热应力，当热应力超过材料强度极限时，产生开裂、破坏和机械强度降低等现象。因此，材料抗热震性能的好坏直接影响汽车的安全和效率，也是评价汽车零部件最重要的性能指标。
[0004]材料抗热震性与材料的机械强度、弹性模量、热膨胀系数、热导率、体积密度等有关，更重要的影响来自材料的微观组织，比如晶粒尺寸、相组成、杂质缺陷等。而材料的化学成分、热处理过程和热加工历史决定着其微观组织。目前，研究人员针对提高汽车零部件抗热震性进行了大量的研究工作，主要集中在使用涂层方面。江苏大学的蔡杰提供了一种重型燃气轮机叶片高性能热障涂层及其多工艺组合制备方法。采用激光熔覆（LC）技术制备MCrAlY粘结层+激光冲击复合强化技术调控粘结层组织结构+APS技术制备YSZ陶瓷层，该TBCs体系具有优良的界面结合 强度、较高的抗高温氧化性能及热冲击性能，解决了燃气轮机热障涂层对高隔热、抗氧化、长寿命与大面积可控制备的需求（CN111593341A）。中国科学院金属研究所的朱圣龙提供了一种适用于单晶镍基高温合金叶片的高温防护涂层材料。采用所述高温防护涂层材料制备的涂层，适用于单晶镍基高温合金叶片，抗高温氧化性能与NiPtAl涂层相当，且可显著减缓涂层与基体间元素互扩散行为，避免单晶基体中形成损害力学性能的二次反应区（CN110396623 A）。这些技术均存在制备难度高，工艺复杂，不利于工艺化生产等问题。同时迄今为止，现有技术中，还未有合金显微组织对抗热震性能影响的报道。

技术实现思路

[0005]为了通过控制合金的显微组织来提高汽车零件的抗热震性能，本专利技术提供了一种优异抗热震性能汽车零件及其制备方法，采用粉末冶金与热处理技术制备出具有较细基体晶粒、纳米第二相、低杂质含量、适当孔隙率的优异抗热震性能的汽车零件。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件，其特征在于，所述化学成分为：Co：8~
15wt.%、Ni：13~20wt.%、Mo：5~10wt.%、Al：0~5wt.%、Ti：0~5wt.%，其余为Fe和不可避免的杂质元素，所述杂质元素的总量≤0.3wt.%；所述微观组织包括基体和第二相；所述基体为马氏体、奥氏体中任一一种；所述基体的晶粒尺寸为30~50um；所述第二相分布在基体内部；所述第二相的化学成分为Ni3Mo、Fe2Mo、Ni3Ti中至少一种；所述第二相的粒径为50~200nm；所述汽车零件的相对密度为93%~97%。
[0006]作为优选方案，本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件，其特征在于：所述所述杂质元素以质量百分比计包含C、O、N、P、S、Si和Mn中的至少一种；其中C的含量≤0.03wt.%，O的含量≤0.01wt.%，N的含量≤0.02wt.%，P的含量≤0.04wt.%，S的含量≤0.04wt.%，Si的含量≤0.1wt.%以及Mn的含量≤0.05wt.%。
[0007]本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将零件合金粉末依次经过预处理、成形、烧结和时效热处理得到汽车零件制品；所述粉末预处理为粉末与高分子塑料进行混合，塑料为石蜡、聚乙烯醇中的任一一种；所述塑料的添加量占粉末的1~5wt.%。
[0008]作为优选方案，本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于：所述零件合金粉末由气雾化法、水雾化法以及水气联合雾化法中的一种制备而得。
[0009]作为优选方案，本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于：所述零件合金粉末的平均粒度为6~20um。
[0010]作为优选方案，本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于：所述成型为模压成形、冷等静压、注射成形中任一一种；所述模压成形的成型压力为200~500MPa，保压时间为20~50min；所述冷等静压的成型压力为200~400MPa，保压时间为20~40min；所述注射成形的注射温度为120~180℃，注射压力为70~140MPa，注射速度为50~110g/s、模具温度为30~70℃。
[0011]作为优选方案，本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于：所述烧结工艺过程为：在真空度≤10
‑2Pa的真空环境下，以5~10℃/min的升温速率升温至1300~1400℃，保温1~4h，随后通入氩气，以20~50℃/min快速降温至100℃出炉。
[0012]作为优选方案，本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于：所述时效工艺过程为：在真空度≤10
‑2Pa的真空环境下，以5~10℃/min的升温速率升温至400~600℃保温4~10h，随后置于空气或淬火油中冷却至室温出炉。
[0013]本专利技术一种优异抗热震性能汽车零件及其制备方法，其特征在于：所得汽车零件制品的抗折强度保持率≥90%。抗折强度保持率的测量方法参照《YB 4018
‑
1991耐火制品抗热震性试验方法》。
[0014]原理与优势本专利技术突破了优异抗热震性能汽车零件的制备技术，首次采用粉末冶金与热处理技术的协同作用制备出超高抗折强度保持率的零件合金微观组织。
[0015]热震失效关系到服役环境下合金材料的可靠性，失效准则与失效机理的深入研究
十分必要。目前，热损伤理论是最具代表性的热震失效准则。材料受热冲击时裂纹萌生、扩展直至失效的过程，即当材料内部存储的热弹性应变能超过裂纹萌生和扩展过程中形成新表面所需的表面能时，裂纹萌生和扩展将导致的材料损伤。裂纹萌生和扩展与材料的组织有着极为密切的关系。以下将从晶粒尺寸、第二相、杂质含量和孔隙率四个方面逐一分析其与抗热震性能的关系，并通过制备工艺的优化获得理想的微观组织。
[0016]晶粒尺寸与抗热震性能的关系。无论是奥氏体还是马氏体基体，基体的晶粒尺寸越细小，意味着裂纹扩展一定距离所经过的晶界数量越多，扩展路径发生偏折的次数也越多，从而裂纹扩展难度增加，合金抗热震性能自然变好。在技术开发过程中，本专利技术对合金晶粒尺寸的细化做了大量工作。成分设计方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优异抗热震性能汽车零件，其特征在于，所述化学成分为：Co：8~15wt.%、Ni：13~20wt.%、Mo：5~10wt.%、Al：0~5wt.%、Ti：0~5wt.%，其余为Fe和不可避免的杂质元素，所述杂质元素的总量≤0.3wt.%；所述微观组织包括基体和第二相；所述基体为马氏体、奥氏体中任一一种；所述基体的晶粒尺寸为30~50um；所述第二相分布在基体内部；所述第二相的化学成分为Ni3Mo、Fe2Mo、Ni3Ti中至少一种；所述第二相的粒径为50~200nm；所述汽车零件的相对密度为93%~97%。2.根据权利要求1所述的一种优异抗热震性能汽车零件，其特征在于：所述所述杂质元素以质量百分比计包含C、O、N、P、S、Si和Mn中的至少一种；其中C的含量≤0.03wt.%，O的含量≤0.01wt.%，N的含量≤0.02wt.%，P的含量≤0.04wt.%，S的含量≤0.04wt.%，Si的含量≤0.1wt.%以及Mn的含量≤0.05wt.%。3.根据权利要求1或2所述的一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将零件合金粉末依次经过预处理、成形、烧结和时效热处理得到汽车零件制品；所述粉末预处理为粉末与高分子塑料进行混合，塑料为石蜡、聚乙烯醇中的任一一种；所述塑料的添加量占粉末的1~5wt.%。4.根据权利要求3所述的一种优异抗热震性能汽车零件的制备方法，其特征在于：所述零件合金粉末由气雾化法、水雾化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄，李益民，余勇，
申请(专利权)人：湖南英捷高科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：