專利名稱：一種刷密封用高性能合金刷絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封用高性能合金刷絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
刷密封是一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部分的空氣密封裝置，主要由直徑為0.08mm 0.3_左右的金屬絲、前板、背板焊接而成的一個(gè)環(huán)形組件，是空氣系統(tǒng)篦齒密封最好的替代結(jié)構(gòu)，其中刷絲是刷密封裝置最重要的材料，要求刷絲在使用過程中具有較好的耐磨性、耐腐蝕性和較高的強(qiáng)度。刷密封可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，降低燃油量，因此該項(xiàng)技術(shù)受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。國外對(duì)先進(jìn)的刷密封用合金絲材料進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，也投入了大量的人力和物力，分別研發(fā)了用于不同溫度(高溫、低溫)的多種基體的刷絲，如鈷基、鎳基、鐵基等。刷絲的使用溫度較高，耐磨性好，刷絲材料的強(qiáng)度較高，使用壽命長。由于國外的技術(shù)封鎖，國內(nèi)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封的刷絲完全依靠自主研發(fā)力量。也先后開發(fā)出了幾種用于低溫(< 400°C)的刷密封刷絲材料，在發(fā)動(dòng)機(jī)上得到初步應(yīng)用，用量也越來越大。但是由于合金絲材料成分的限制，導(dǎo)致刷絲在使用過程中容易磨損，斷裂等，影響刷密封的使用壽命。

但是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)合金刷絲的使用溫度和抗高溫性能的要求進(jìn)一步提高，采用的一般合金刷絲在使用中發(fā)現(xiàn)磨損率偏高，高溫時(shí)強(qiáng)度低，影響發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封的使用壽命和可靠性。因此在現(xiàn)有合金刷絲的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)高性能絲材，提高合金刷絲的使用溫度和強(qiáng)度，降低合金刷絲高溫摩擦系數(shù)、提高耐磨性，對(duì)提高刷密封的使用壽命和可靠性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是克服現(xiàn)有刷密封合金刷絲磨損率偏高、使用溫度較低的不足，提供一種可降低高溫摩擦系數(shù)、提高使用溫度的刷密封用高性能合金刷絲材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種刷密封用合金刷絲,該刷絲的成分及其質(zhì)量百分比如下:Cr為16 20%，Mo為 2.5 3%，Co 為 8 10%，F(xiàn)e 為 I 3%，Ti 為 0.2 1%，Al 為 0.4 1.5%，C 為
0.05 0.1%，余量為Ni。由于所述的T1、Al等屬于低密度金屬，真空熔煉時(shí)容易漂浮在合金上層而導(dǎo)致合金出現(xiàn)嚴(yán)重的成分偏析，為防止熔煉時(shí)成分偏析，將T1、Al分別以NiT1、NiAl中間合金的形式加入。所述的Mo的熔點(diǎn)偏高，以MoFe的形式加入。所述的Cr、Co、Fe在真空熔煉時(shí)以單質(zhì)的形式加入，所述的C以石墨的形式加入。本發(fā)明的另一目的是提供一種可降低高溫摩擦系數(shù)、提高使用溫度的刷密封用高性能合金刷絲的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種刷密封用合金刷絲的制備方法，該方法包括如下步驟:(I)將Cr、Co、C、N1、MoFe中間合金、NiTi中間合金和NiAl中間合金按照比例配料，其中，各元素所占質(zhì)量百分比分別為Cr:16 20%，Mo:2.5 3%，Co:8 10%，F(xiàn)e:I 3%，T1:(λ 2 1%，Α1:0.4 L 5%，C:0.05 0.1%，余量為Ni ;將上述原料在真空熔煉爐內(nèi)熔煉，澆鑄成合金鋼錠；(2)對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造、軋制，制備成合金棒材；(3)對(duì)合金棒材進(jìn)行多道次的拉拔-退火，制備成所需尺寸的合金刷絲。步驟⑴中所述熔煉的優(yōu)選溫度為1600 1800°C。一種優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟(2)中所述鍛造之前，為避免鋼錠中元素偏析，需要對(duì)鋼錠進(jìn)行均勻化退火處理，均勻化退火溫度為1100 1250°C，時(shí)間為24 48h，所述鍛造的溫度在930 1200°C之間，所述軋制溫度在950 1200°C之間，最后軋制成Φ8 15mm的合金棒材。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(3)中所述拉拔-退火工藝是按合金絲材尺寸要求每經(jīng)過幾道次的拉拔要進(jìn)行退火，二者循環(huán)進(jìn)行的。進(jìn)行拉拔之前要進(jìn)行表面除污處理，以防止摻入的雜質(zhì)改變材料的性能。在進(jìn)行多道次的拉拔之后，要對(duì)絲材進(jìn)行真空退火處理，以消除應(yīng)力，退火溫度一般為750 900 V。此外，在絲材直徑小于Imm時(shí)，要嚴(yán)格控制絲材變形量與變形速度的匹配關(guān)系，一般絲材道次變形量(指相鄰兩個(gè)道次絲材截面積的差與上道次絲材截面積的比值)控制在5%以下。最終制得的合金刷絲的尺寸為Φ0.08 0.4mm。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明制備的高性能合金刷絲具有較好的抗高溫耐磨性、抗高溫耐腐蝕性、抗氧化性和較高的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封的使用壽命和可靠性，該絲材生產(chǎn)工藝可 控，可以批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的合金刷絲的顯微照片。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的合金刷絲的宏觀斷口照片。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的合金刷絲的微觀斷口照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種刷密封用高性能合金刷絲，該刷絲的成分及其質(zhì)量百分比為Cr 16% ；Mo
2.5% ；Co 8% ；Fe 2.5%, Ti 0.5% ；A1 0.5% ；C 0.05%, Ni 余量，尺寸為 Φ0.1mm。上述刷密封用高性能合金刷絲的制備方法，該方法步驟如下:(I)稱取Cr錠8kg、Mo50Fe50(其中，Mo的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50%，F(xiàn)e的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50% )錠2.5kg、Co錠4kg、Ni50Ti50(其中，Ni的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50%，Ti的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50% )錠0.5kg、Ni80A120(其中，Ni的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為80%，Al的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20% )錠1.25kg、石墨0.025kg、Ni錠33.725kg，在真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1700°C，澆鑄成合金鋼錠；(2)對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造、軋制:先對(duì)合金鋼錠進(jìn)行均勻化退火處理，均勻化退火溫度為1120°C，時(shí)間為45h。然后對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造，鍛造溫度為950°C。再進(jìn)行軋制，軋制溫度為1000°C，軋制成ΦΙΟπιπι的合金棒材。(3)對(duì)合金棒材進(jìn)行拉拔-退火:首先采用丙酮對(duì)棒材進(jìn)行超聲清洗，除去表面油污，然后裝機(jī)進(jìn)行拉拔，每經(jīng)5-10道次拉拔后要進(jìn)行真空退火，退火溫度為800°C，總共經(jīng)過40道次的拉拔得到Φ0.1mm的合金刷絲。該合金絲室溫拉伸強(qiáng)度為900MPa，采用碳化鉻涂層與其匹配，在O 650°C范圍內(nèi)的磨擦系數(shù)為0.24，磨損量大大減少，較原有刷絲使用壽命提高20%以上。圖1、2、3分別為本實(shí)施例制備的合金刷絲的顯微照片、宏觀斷口照片和微觀斷口照片。實(shí)施例2一種刷密封用高性能合金刷絲，該刷絲的成分及其質(zhì)量百分比為Cr 17% ；Mo
2.7% ；Co 9% ；Fe 2.7%, Ti 0.3% ；A1 0.7% ；C 0.06%, Ni 余量，尺寸為 Φ0.2mm。上述刷密封用高性能合金刷絲的制備方法，該方法步驟如下:(I)稱取 Cr 錠 8.5kg、Mo50Fe50 錠 2.7kg、Co 錠 4.5kg、Ni50Ti50 錠 0.3kg、Ν 80Α120錠1.75kg、石墨0.03kg、Ni錠32.22kg，在真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1680°C，澆鑄成合金鋼錠；(2)對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造、軋制:先對(duì)合金鋼錠進(jìn)行均勻化退火處理，均勻化退火溫度為1150°C，時(shí)間為38h。然后對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造，鍛 造溫度為980°C。再進(jìn)行軋制，軋制溫度為1050°C，軋制成ΦΙΟπιπι的合金棒材。(3)對(duì)合金棒材進(jìn)行拉拔-退火:首先采用丙酮對(duì)棒材進(jìn)行超聲清洗，除去表面油污，然后裝機(jī)進(jìn)行拉拔，每經(jīng)5-10道次拉拔后要進(jìn)行真空退火，退火溫度為780°C，總共經(jīng)過35道次的拉拔得到Φ0.2_的合金刷絲。該合金絲室溫拉伸強(qiáng)度為920MPa，采用碳化鉻涂層與其匹配，在O 650°C范圍內(nèi)的磨擦系數(shù)為0.242，磨損量大大減少，較原有刷絲使用壽命提高20%以上。實(shí)施例3一種刷密封用高性能合金刷絲，該刷絲的成分及其質(zhì)量百分比為Cr 18.5% ；Mo
2.8% ；Co 8.5% ；Fe 2.8%, Ti 0.8% ；A1 1.0% ；C 0.08%, Ni 余量，尺寸為 Φ0.25mm。上述刷密封用高性能合金刷絲的制備方法，該方法步驟如下:(I)稱取 Cr 錠 9.25kg、Mo50Fe50 錠 2.8kg、Co 錠 4.25kg、Ni50Ti50 錠 0.8kg、Ν 80Α120錠2.5kg、石墨0.04kg、Ni錠30.36kg，在真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1750°C，澆鑄成合金鋼錠；(2)對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造、軋制:先對(duì)合金鋼錠進(jìn)行均勻化退火處理，均勻化退火溫度為1200°C，時(shí)間為30h。然后對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造，鍛造溫度為1000°c。再進(jìn)行軋制，軋制溫度為1100°C，軋制成ΦΙΟπιπι的合金棒材。(3)對(duì)合金棒材進(jìn)行拉拔-退火:首先采用丙酮對(duì)棒材進(jìn)行超聲清洗，除去表面油污，然后裝機(jī)進(jìn)行拉拔，每經(jīng)5-10道次拉拔后要進(jìn)行真空退火，退火溫度為850°C，總共經(jīng)過30道次的拉拔得到Φ0.25mm的
合金絲。該合金絲室溫拉伸強(qiáng)度為930MPa，采用碳化鉻涂層與其匹配，在O 650°C范圍內(nèi)的磨擦系數(shù)為0.23，磨損量大大減少，較原有刷絲使用壽命提高25%以上。實(shí)施例4一種刷密封用高性能合金刷絲，該刷絲的成分及其質(zhì)量百分比為Cr 20% ；Mo3% ；Co 9.5% ；Fe 3%, Ti 0.8% ；A1 1.2% ；C 0.09%, Ni 余量，尺寸為 Φ0.3mm。上述刷密封用高性能合金刷絲的制備方法，該方法步驟如下:(I)稱取 Cr 錠 10kg、Mo50Fe50 錠 3kg,Co 錠 4.75kg、Ni50Ti50 錠 0.8kg、Ni80A120錠3kg、石墨0.045kg、Ni錠28.405kg，在真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1800°C，澆鑄成合金鋼錠；(2)對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造、軋制:先對(duì)合金鋼錠進(jìn)行均勻化退火處理，均勻化退火溫度為1200°C，時(shí)間為24h。然后對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造，鍛造溫度為1180°C。再進(jìn)行軋制，軋制溫度為1150°C，軋制成ΦΙΟπιπι的合金棒材。(3)對(duì)合金棒材進(jìn)行拉拔-退火:首先采用丙酮對(duì)棒材進(jìn)行超聲清洗，除去表面油污，然后裝機(jī)進(jìn)行拉拔，每經(jīng)5-10道次拉拔后要進(jìn)行真空退火，退火溫度為880°C，總共經(jīng)過25道次的拉拔得到Φ0.3mm的合
金絲。 該合金絲室溫拉伸強(qiáng)度為950MPa，采用碳化鉻涂層與其匹配，在O 650°C范圍內(nèi)的磨擦系數(shù)為0.225，磨損量大大減少，較原有刷絲使用壽命提高25%以上。
權(quán)利要求
1.一種刷密封用合金刷絲，其特征在于:該合金刷絲的成分及其質(zhì)量百分比如下:Cr為 16 20 %，Mo 為 2.5 3 %，Co 為 8 10 %，F(xiàn)e 為 I 3 %，Ti 為 0.2 I %，Al 為0.4 1.5%，C 為 0.05 0.1%，余量為 Ni。
2.—種刷密封用合金刷絲的制備方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: (1)以Cr、Co、石墨、N1、MoFe中間合金、NiTi中間合金和NiAl中間合金為原料，其中，各元素所占質(zhì)量百分比分別為Cr:16 20%，Mo:2.5 3%，Co:8 10%，F(xiàn)e:1 3%，T1:0.2 1%，A1:0.4 1.5%，C:0.05 0.1%，余量為Ni ;將上述原料在真空熔煉爐內(nèi)熔煉，澆鑄成合金鋼錠； (2)對(duì)合金鋼錠進(jìn)行鍛造、軋制，制備成合金棒材； (3)對(duì)合金棒材進(jìn)行多道次的拉拔-退火，制備成合金刷絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述熔煉的溫度為1600 1800°C。
4.根據(jù)權(quán) 利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中在鍛造之前，對(duì)鋼錠進(jìn)行均勻化退火處理，均勻化退火溫度為1100 1250°C，時(shí)間為24 48h。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟⑵中所述鍛造的溫度在930 1200°C之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟⑵中所述軋制的溫度在950 1200°C之間，軋制成Φ8 15mm的合金棒材。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述拉拔-退火工藝進(jìn)行拉拔之前要進(jìn)行表面除污處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述拉拔-退火工藝，進(jìn)行5-10道次的拉拔之后要進(jìn)行真空退火，退火溫度為750 900°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中制得的合金刷絲的尺寸為 Φ 0.08 0.4mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于材料加工領(lǐng)域的一種發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封用高性能合金刷絲及其制備方法。合金刷絲的成分為Cr 16～20％；Mo 2.5～3％；Co 8～10％；Fe 1～3％，Ti 0.2～1％；Al 0.4～1.5％；C 0.05～0.1％，Ni余量。該合金刷絲的制備方法為將原料按質(zhì)量百分比配料后進(jìn)行真空熔煉，其中Ti、Al等低密度金屬以NiTi、NiAl中間合金的形式加入，Mo以MoFe的形式加入；然后通過鍛造軋制成合金棒；再進(jìn)行多道次的拉拔退火制備成Φ0.08～0.4mm的合金絲。該合金刷絲具有較好的抗高溫耐磨性、抗高溫耐腐蝕性、抗氧化性和較高的強(qiáng)度。作為發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封的刷絲材料，可有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)刷密封的使用壽命和可靠性。
文檔編號(hào)C22C1/03GK103160709SQ20111041295
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者徐景杰, 楊中元, 汪禮敏, 張景懷, 馬飛, 董小江, 穆艷茹 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院, 有研粉末新材料(北京)有限公司