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近年来,随着发动机综合性能的不断提高,传统的锻造和铸造气门座圈难以满足现代高性能发动机的新需求,而现有单层粉末冶金气门座圈生产成本又偏高。因此,研发一种具有高耐磨性且低成本的双金属粉末冶金气门座圈有着重要的经济意义与实用价值。本文通过采用正交优选法制备了一种高性能、低成本的双金属铁基粉末冶金气门座圈,并对其性能进行深入、系统的研究,主要研究内容如下:(1)在分析高性能发动机用铁基粉末冶金气门座圈材料成分的基础上,通过正交试验优选了双金属座圈的高合金、高性能工作层材料为Fe-1.5C-Cu-2Mo-7Co-1Ni-2Cr,并根据工作层热膨胀系数确定了相匹配的非工作层材料为Fe-1.5C-Cu-Ni,两层材料界面结合性能良好。所制备的双金属座圈比同成分单层粉末冶金座圈材料成本降低32.6%。(2)研究了生坯密度及渗铜量(质量分数)对座圈工作层材料的物理性能、力学性能及摩擦磨损性能的影响。结果表明:在一定范围内,随渗铜量的增加,材料的硬度、密度及压溃强度增加,抗微动磨损性能增强,渗铜(20%)过量时材料的力学性能和抗微动磨损性能反而降低;另外,生坯密度越高,材料的高温摩擦磨损性能越好,室温下材料磨损机理以疲劳剥落为主,高温下磨损机理以粘着磨损为主并伴随磨粒磨损。(3)研究了双金属座圈材料的切削加工性能和刀具磨损机理。结果表明:切削参数对切削温度的影响大小顺序:切削速度>切削深度>进给量,对表面粗糙度Ra值的影响大小顺序:切削速度>进给量>切削深度。刀具后刀面的磨损主要为磨粒磨损、扩散磨损和氧化磨损,前刀面的磨损主要为扩散磨损和氧化磨损;后刀面的破损形式主要为崩刃和疲劳剥落,前刀面的破损形式主要为疲劳剥落和裂纹。双金属层间过渡时切削力F_x、F_y、F_z均出现突然跳跃现象,切削力的这种频繁且突然的变化加剧了刀具的磨损。(4)研究了不同工况下双金属座圈与气门的台架冲击性能。结果表明:座圈与气门的磨损程度随温度的升高而加剧,400℃时座圈的磨损机理为塑性变形破坏和疲劳剥落,并伴有轻微粘着磨损,气门的磨损机理为磨粒磨损、塑性变形破坏、粘着磨损及疲劳剥落;600℃时座圈粘着磨损及塑性变形破坏加剧,并伴随疲劳剥落,气门粘着磨损加重,并出现点蚀和剥落现象。