一种粉末冶金活塞环及其生产方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN200410037702.3	申请日：	2004.05.08
公开号：	CN1570427A	公开日：	2005.01.26
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):B22F 5/02申请日:20040508授权公告日:20070411终止日期:20110508\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	F16J9/00; F16J9/26; B22F5/02	主分类号：	F16J9/00; F16J9/26; B22F5/02
申请人：	吴立新; 张国寿
发明人：	吴立新; 张国寿
地址：	412000湖南省株洲市新华西路93号2栋606
优先权：
专利代理机构：	北京同恒源知识产权代理有限公司	代理人：	钟廷良
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内容摘要

本发明涉及一种粉末冶金活塞环及其生产方法，该活塞环的粉末冶金原料的成分及配比为：30－94Wt％的硬质相含铁硼化物，0.01－1Wt％的稀土元素，其余为铁粉或钢粉；该粉末冶金活塞环的生产方法包括下列工序：粉末配制，成型生坯，烧结毛坯，磨削两端面，切开口，磨削内、外圆，外圆珩磨，修开口；该方法操作简便，生产成本可降低30％以上，且无环境污染，本发明的活塞环其耐磨性和密封性能大大提高，与现有活塞环相比，使用寿命可延长2倍以上。

权利要求书

1、一种粉末冶金活塞环，采用金属环开切口的结构，所述切口为直
切口、斜切口、搭接口之一种，所述金属环为矩形环、锥面环、扭曲环、
桶面环、梯形环、组合环、开槽环之一种，其特征在于该活塞环的粉末
冶金原料的成分及配比为：30-94wt％的硬质相含铁硼化物，0.01-1wt％
的稀土元素，其余为铁粉或钢粉。
2、根据权利要求1的一种粉末冶金活塞环，其特征在于：所述硬质
相含铁硼化物的组成为：11-25wt％的碳化硼，3-7wt％的氟硼酸钾，其余
为铁粉。
3、一种粉末冶金活塞环的生产方法，该方法包括下列工序：粉末配
制，成型生坯，烧结毛坯，磨削两端面，切开口，磨削内、外圆，外圆
珩磨，修开口；其特征在于：在烧结毛坯工序中，烧结温度为1100-1300
℃，烧结时间为20-40分钟。

说明书

一种粉末冶金活塞环及其生产方法

技术领域

本发明涉及活塞环及其生产方法，更确切地说，本发明涉及一种粉末冶金活塞环及其
生产方法。

背景技术

活塞环是内燃机和压缩机中非常重要的零件，它安装在活塞上。活塞环按其作用的不
同，可分为气环和油环两大类。气环主要用以密封和导热，安装在活塞环带区的上部；油环
主要起刮油作用，安装在气环的下面。目前，活塞环材料一般采用珠光体为基体的灰铸铁或
合金铸铁、球铁，为提高活塞环的耐磨性和磨合性，环的外圆及两端面可进行镀铬、喷钼、
镀锡、磷化等表面处理。在化学工业出版社1979年出版的《机械设计手册》上册第一分册
第二版第350页中，介绍了一种可制作活塞环的粉末冶金材料烧结铜钼钢，即FG70Cu3Mo-40
和FG70Cu3Mo-50，但末见其生产加工方法。在CN1088626A的说明书中，公开了一种铁的硼
化物硬质合金，其组成为：硬质相铁的硼化物100重量份、粘结相的铁粉或钢粉6-240重
量份。该材料虽然硬度大、耐磨，但制作薄件和细件时，易断、易碎。铸铁活塞环的生产虽
有百余年的历史，但是，由于活塞环的质量要求高，加工难度大，传统的生产加工方法的工
序多达50余道，以致生产投资大，成本高，周期长，废品率高，并污染环境。目前迫切需
要开发能克服上述缺陷的活塞环及其生产方法。

发明内容

本发明目的是提供一种粉末冶金活塞环，该活塞环的机械性能和密封性能明显优于现
有技术的活塞环，而且使用寿命可延长2倍以上。

本发明的另一个目的是提供该粉末冶金活塞环的生产方法，该方法操作简便，成本低，
且无环境污染。

本发明提供的一种粉末冶金活塞环，采用金属环开切口的结构，所述的切口为直切口、
斜切口、搭接口之一种，所述金属环为矩形环、锥面环、扭曲环、桶面环、梯形环、组合环、
开槽环之一种，其特征在于：该活塞环的粉末冶金原料的成分及配比为：30-94wt％的硬质
相含铁硼化物，0.01-1wt％的稀土元素，其余为铁粉或钢粉。

本发明的一种粉末冶金活塞环，其中所述硬质相含铁硼化物的组成为：11-25wt％的碳
化硼，3-7wt％的氟硼酸钾，其余为铁粉。

本发明活塞环的粉末冶金原料成分中所用的稀土元素为混合稀土元素，牌号为RECe-40
或RECe-45、RECe-48，标准为GB/T4153-1993，该产品市场有售。

本发明提供的一种粉末冶金活塞环的生产方法，该方法包括下列工序：粉末配制，成
型生坯，烧结毛坯，磨削两端面，切开口，磨削内、外圆，外圆珩磨，修开口；其特征在于：
在烧结毛坯工序中，烧结温度为1100-1300℃，烧结时间为20-40分钟。

由于本发明的活塞环的粉末冶金原料采用含铁硼化物硬质合金，并增加了0.01-1wt％
的稀土元素，使该合金的机械性能明显增强，克服了现有合金材料制作薄件和细件时易断、
易碎的弱点，经生产试用和测试表明：本发明的粉末冶金活塞环与同规格的铸铁活塞环相比，
其耐磨性、密封性大大提高，使用寿命延长2倍以上。本发明的粉末冶金活塞环的生产方法
与铸铁活塞环的传统生产方法相比，生产成本降低30％以上，操作简便，生产周期大大缩短，
由于减少了表面处理工序，无环境污染。

2004年初，本发明的一种粉末冶金活塞环安装在JL465Q1汽油发动机上，送到国家重
型汽车质量监督检验中心进行性能试验和可靠性试验，活塞环公称直径为φ65.5mm，第一道
气环为桶面环，第二道气环为锥面环，第三道油环采用组合油环，其活塞环样品的各项检验
结果均符合GB18297-2001《汽车发动机性能试验方法》、QC/525-1999《汽车发动机可靠性
试验方法》的相应规定，检验合格。在300小时复试时，转速在2000-5300r/min条件下，
活塞漏气量为14-16L/min；可靠性能检验后，活塞环槽和环表面沉积物为A类，即轻微沉
积物，灵活环，无危害性；粉末冶金活塞环在300小时可靠性试验后测试，比对比试验的日
本理研环的磨损还小。

附图说明

图1为本发明粉末冶金活塞环生产方法的工艺流程示意图；

图2为本发明粉末冶金活塞环的结构示意图。

图2中，标记1为活塞环的开口，2为活塞环的端面，3为活塞环的外圆，4为活塞
环的内圆。

具体实施方式

下面的实施例仅为了进一步说明本发明，而不是限制本发明。

实施例1：

粉末配制：将70wt％的硬质相含铁硼化物(其中，15wt％的碳化硼，4wt％的氟硼酸钾，81wt％
的铁粉)，0.02wt％的RECe-40混合稀土元素，其余为钢粉，进行混合配料，经常规的湿磨、
过滤、干燥工序后，配制成所需的粉末，然后掺少量石蜡，待用；

成型生坯：用压力机和模具，将上述配制好的粉末，压制成型所需的生坯；

烧结毛坯：将生坯置于烧结炉中，在1100℃的温度下烧结40分钟，即得到所需的活塞
环毛坯；

磨削两端面：用对磨机将毛坯的两端面，磨削成所需尺寸；

切开口：用线切割机切开口；

磨削内、外圆：用内圆磨床磨削内圆以符合所需尺寸的要求，并用外圆磨床磨削外圆；

外圆珩磨：用珩磨机，将外圆珩磨成所需尺寸；

修开口：用磨床修开口，以符合所需尺寸的要求；

用该方法制成的粉末冶金活塞环可用于轻型汽车，如JL465Q1汽油发动机中。

实施例2：

生产工序与实施例1相同，所不同的是粉末配制工序中采用80wt％的硬质相含铁硼化物
(其中，20wt％的碳化硼，5wt％的氟硼酸钾，75wt％的铁粉)，0.03wt％的RECe-48混合稀土元
素，其余为铁粉，另外，烧结毛坯工序中，烧结温度为1300℃，烧结时间为20分钟。

用该方法制成的粉末冶金活塞环可用于重型汽车的汽油发动机中。

实施例3：

生产工序与实施例1相同，所不同的是粉末配制工序中采用30wt％的硬质相含铁硼化物
(其中，25wt％的碳化硼，3wt％的氟硼酸钾，72wt％的铁粉)，1wt％的RECe-40混合稀土元素，
其余为铁粉，另外，烧结毛坯工序中，烧结温度为1250℃，烧结时间为30分钟。

用该方法制成的粉末冶金活塞环可用于柴油发动机中。

实施例4：

生产工序与实施例1相同，所不同的是粉末配制工序中采用50wt％的硬质相含铁硼化物
(其中，15wt％的碳化硼，5wt％的氟硼酸钾，80wt％的铁粉)，0.04wt％的RECe-40混合稀土元
素，其余为铁粉，另外，烧结毛坯工序中，烧结温度为1200℃，烧结时间为40分钟。

用该方法制成的粉末冶金活塞环可用于压缩机中。