內燃機車柴油雙金屬排氣門及其製造方法

2023-09-22 18:32:20 1

專利名稱：內燃機車柴油雙金屬排氣門及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種排氣門，特別涉及一種內燃機車柴油雙金屬排氣門及其製造方法。
背景技術：
內燃機車柴油機配氣機構的排氣門是發動機的重要運動部件，其服役條件苛刻、工作環境惡劣，為此，要求氣門具有優良的綜合性能，不僅要具有高溫強度和熱穩定性，而且要有優良的耐高溫燃氣腐蝕、抗氧化、耐磨損的特性。上述諸性能的綜合體現，基本取決於氣門的結構、材料特性、製造方法。氣門性能的優劣直接影響著主機的動力性能、使用壽命及可靠性。在機車運行中發生氣門破壞性失效會導致發動機事故，嚴重危及機車的運行安全。240系列、280系列柴油機作為動力的東風系列內燃機車是我國鐵路幹線運輸的主要動力，在鐵路運輸中佔有重要的地位。但是目前氣門的使用壽命還處於相對落後的水平，並時有發生氣門早期失效，諸如出現裂紋、掉塊和斷閥事故，為此，提高氣門的可靠性與使用壽命問題受到了鐵路運行部門和內燃機製造部門的極大關注。根據鐵道部頒布的《鐵路主要技術政策》中「提高機車及其主要零部件的技術性能、工作可靠性和使用壽命，逐步延長機車段修和大修間的走行公裡」的要求，同時在鐵路運輸高速重載的要求下，內燃機車正在向提高輸出功率、提高強化指標、提高可靠性、降低燃油消耗率、使用燃油多樣化、減少有害排氣、減輕重量、縮小體積、延長檢修期和實現無維修方向發展，這一切都對柴油機燃燒系統的重要部件——氣門提出了更高的要求。目前我國內燃機柴油機氣門的製造方法及缺陷1、閥盤錐面強化採用堆焊方法熔覆高溫硬面耐磨合金(附圖1所示)，不僅工藝複雜、製造難度大，而且影響著氣門整體的結構性能，大量的氣門在運行15萬公裡以上出現堆焊區裂紋、掉塊也是導致柴油機氣門事故的主要原因之一，嚴重影響著氣門的使用壽命。
2、氣門材料4Cr4Ni14W2Mo的性能不能滿足內燃機車柴油機排氣門的工作要求，使用壽命不能滿足鐵道部機務部門可靠性管理對氣門提出的要求即無維修要求氣門運行≥30萬公裡，氣門使用壽命要求達到機車大修的目標值80萬公裡±10萬公裡。

發明內容
針對上述現有技術存在的缺點，本發明人積多年從事本領域工作的經驗，經過反覆研究論證，終得本發明的產生；本發明提供一種內燃機車柴油雙金屬排氣門及其製造方法。
本發明採用的技術方案是一種內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料，其特徵在於其為超級鐵鎳合金，其化學成分規範(wt％)為C004-0.15；Si0.40-1.20；Mn0.50-1.0；Cr20.0-24.0；Ni30.0-40.0；Ti2.5-3.0；Al0.60-1.20；Nb0.40-1.20；V0.01-0.20；W0.60-0.80；B0.01-0.04；Mg0.01-0.04；Ce0.005-0.08；Co0.5-1.0；Mo0.15-0.30；Cu0.05-0.30；其餘為Fe。
其化學成分規範(wt％)典型成分可以選定為C0.05；Si0.15/0.20；Mn0.60/0.70；Cr20.0/21.0；Ni38.0/40.0；Ti2.70/2.90；AI0.90/1.10；Nb0.60/0.80；V0.02/0.08；W0.60/0.70；B0.01/0.04；Mg0.02；Ce0.005/0.01；Co0.50/0.70；Mo0.15/0.20；Cu0.05/0.15；其餘為Fe。
其化學成分規範(wt％)典型成分還可以選定為C0.08；Si0.25/0.40；Mn0.65/0.75；Cr21.0/22.0；Ni36.0/38.0；Ti2.60/2.80；AI0.85/1.0；Nb0.70/0.85；V0.10-0.15；W0.70/0.80；B0.015-0.025，Mg0.02；Ce0.02/0.04；Co0.7/0.8；Mo0.20/0.25；Cu0.10/0.20；其餘為Fe。
其化學成分規範(wt％)典型成分還可以選定為C0.15；Si0.35/0.55；Mn0.70/0.80；Cr22.0/23.0；Ni31.0/34.0；Ti2.50/2.60；AI0.65/0.80；Nb0.80/0.95；V0.15-0.20；W0.80/0.90；B0.02-0.03，Mg0.02；Ce0.05/0.07；Co0.80/0.95；Mo0.25/0.30；Cu0.20/0.25；其餘為Fe。
一種內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法，其特徵是其製作流程為備料→氣門毛坯成型→熱處理→機械加工→表面強化處理。
其備料過程為氣門盤部材料為超級鐵鎳合金磨光棒材，切定長，變形端製作特定R；氣門杆部材料為低合金結構鋼磨光棒材。
其氣門毛坯電熱鐓鍛成形過程為氣門盤部經電熱鐓鍛成形，杆部摩擦焊接成形。
電熱鐓鍛蒜頭成形變形溫度為1125℃-1175℃變形速度≤1.5mm/s毛坯成形始鍛溫度為1120℃-1160℃杆部摩擦焊接一級摩擦時間1.5-3s，壓力10-18Mpa二級摩擦時間2-6s，壓力16-26Mpa頂鍛保壓時間4-8s，壓力28-38Mpa其熱處理過程為固溶處理溫度1100℃-1180℃/水冷時效處理溫度760℃-840℃，保溫時間8-16小時/空冷淬火處理溫度850℃/油冷高頻處理杆端冒形硬化HRC≥50其機械加工程序為車削加工氣門盤外園，底平面，基準杆；氣門頸部、鎖夾槽部數控仿形、外園、端面、平面、斜面、錐面、R頸部磨削加工。
其表面強化處理採用噴丸、氮化、鍍鉻處理。
本發明具有的優點1、氣門材料性能與工藝性好，鍛造、熱處理質量控制穩定，材料的性能價格比好，工業應用技術經濟效益顯著；社會效益優越，應用前景良好。
2、雙金屬氣門的工作性能優良，高溫性能高，可靠性好，改善了導熱性，降低排氣門的工作溫度約30℃，減少了氣門的重量，降低機械應力與熱應力，綜合性能的提高使氣門的使用壽命由≤30萬公裡提高到≥80萬公裡。
3、氣門製造方法先進、獨特、產品精度高，應用效果好。
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。


圖1為傳統進氣門結構示意圖。
具體實施例方式
本發明內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料為超級鐵鎳合金，其化學成分規範(wt％)為C004-0.15；Si0.40-1.20；Mn0.50-1.0；Cr20.0-24.0；Ni30.0-40.0；Ti2.5-3.0；Al0.60-1.20；Nb0.40-1.20；V0.01-0.20；W0.60-0.80；B0.01-0.04；Mg0.01-0.04；Ce0.005-0.08；Co0.5-1.0Mo0.15-0.30；Cu0.05-0.30；其餘為Fe。
實施例1本發明內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料為超級鐵鎳合金，其化學成分規範(wt％)典型成分可以選定為C0.05；Si0.15/0.20；Mn0.60/0.70；Cr20.0/21.0；Ni38.0/40.0；Ti2.70/2.90；AI0.90/1.10；Nb0.60/0.80；V；0.02/0.08；W0.60/0.70；B0.01/0.04；Mg0.02；Ce0.005/0.01；Co0.50/0.70；Mo0.15/0.20；Cu0.05/0.15；其餘為Fe。
實施例2本發明內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料為超級鐵鎳合金，其化學成分規範(wt％)典型成分可以選定為C0.08；Si0.25/0.40；Mn0.65/0.75；Cr21.0/22.0；Ni36.0/38.0；Ti2.60/2.80；AI0.85/1.0；Nb0.70/0.85；V0.10-0.15；W0.70/0.80；B0.015-0.025，Mg0.02；Ce0.02/0.04；Co0.7/0.8；Mo0.20/0.25；Cu0.10/0.20；其餘為Fe。
實施例3本發明內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料為超級鐵鎳合金，其化學成分規範(wt％)典型成分可以選定為C0.15；Si0.35/0.55；Mn0.70/0.80；Cr22.0/23.0；Ni31.0/34.0；Ti2.50/2.60；AI0.65/0.80；Nb0.80/0.95；V0.15-0.20；W0.80/0.90；B0.02-0.03，Mg0.02；Ce0.05/0.07；Co0.80/0.95；Mo0.25/0.30；Cu0.20/0.25；其餘為Fe。
上述任一實施例的化學成分配比下，內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法是備料→氣門毛坯成形→熱處理→機械加工→表面強化處理1、備料氣門盤部材料為超級鐵鎳合金磨光棒材，切定長，變形端製作特定R；氣門杆部材料為低合金結構鋼磨光棒材。
2、氣門毛坯電熱鐓鍛成形氣門盤部經電熱鐓鍛成形，杆部摩擦焊接成形。
電熱鐓鍛蒜頭成形變形溫度為1125℃-1175℃變形速度≤1.5mm/s毛坯成形始鍛溫度為1120℃-1160℃杆部摩擦焊接；一級摩擦時間1.5-3s，壓力10-18Mpa二級摩擦時間2-6s，壓力16-26Mpa頂鍛保壓時間4-8s，壓力28-38Mpa3、熱處理固溶處理溫度1100℃-1180℃/水冷時效處理溫度760℃-840℃，保溫時間8-16小時/空冷淬火處理溫度850℃/油冷高頻處理杆端冒形硬化HRC≥504、機械加工為傳統的加工方法，加工程序為車削加工氣門盤外園，底平面，基準杆；氣門頸部、鎖夾槽部數控仿形、外園、端面、平面、斜面、錐面、R頸部磨削加工。
5、表面強化處理進行噴丸、氮化、鍍鉻處理以上所述，是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發明技術方案的範圍時，均屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料，其特徵在於其為超級鐵鎳合金，其化學成分規範(wt％)為C004-0.15；Si0.40-1.20；Mn0.50-1.0；Cr20.0-24.0；Ni30.0-40.0；Ti2.5-3.0；Al0.60-1.20；Nb0.40-1.20；V0.01-0.20；W0.60-0.80；B0.01-0.04；Mg0.01-0.04；Ce0.005-0.08；Co0.5-1.0；Mo0.15-0.30；Cu0.05-0.30；其餘為Fe。
2.如權利要求1所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料，其特徵在於其化學成分規範(wt％)典型成分可以選定為C0.05；Si0.15/0.20；Mn0.60/0.70；Cr20/21；Ni38/40；Ti2.70/2.90；AI0.90/1.10；Nb0.60/0.80；V0.02/0.08；W0.60/0.70；B0.01/0.04；Mg0.02；Ce0.005/0.01；Co0.50/0.70；Mo0.15/0.20；Cu0.05/0.15；其餘為Fe。
3.如權利要求1所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料，其特徵在於其化學成分規範(wt％)典型成分可以選定為C0.08；Si0.25/0.40；Mn0.65/0.75；Cr21/22；Ni36/38；Ti2.60/2.80；AI0.85/1.0；Nb0.70/0.85；V；0.10-0.15；W0.70/0.80；B0.015-0.025，Mg0.02；Ce0.02/0.04；Co0.7/0.8；Mo0.20/0.25；Cu0.10/0.20；其餘為Fe。
4.如權利要求1所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料，其特徵在於其化學成分規範(wt％)典型成分可以選定為C0.15；Si0.35/0.55；Mn0.70/0.80；Cr22/23；Ni；31/34；Ti2.50/2.60；AI0.65/0.80；Nb0.80/0.95；V0.15-0.20；W0.80/0.90；B0.02-0.03，Mg0.02；Ce0.05/0.07；Co0.80/0.95；Mo0.25/0.30；Cu0.20/0.25；其餘為Fe。
5.一種內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法，其特徵是其製作流程為備料→氣門毛坯成型→熱處理→機械加工→表面強化處理。
6.如權利要求5所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法，其特徵是其備料過程為氣門盤部材料為超級鐵鎳合金磨光棒材，切定長，變形端製作特定R；氣門杆部材料為低合金結構鋼磨光棒材。
7.如權利要求5所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法，其特徵是其氣門毛坯電熱鐓鍛成形過程為氣門盤部經電熱鐓鍛成形，杆部摩擦焊接成形。電熱鐓鍛蒜頭成形變形溫度為1125℃-1175℃變形速度≤1.5mm/s毛坯成形始鍛溫度為1120℃-1160℃杆部摩擦焊接一級摩擦時間1.5-3s，壓力10-18Mpa二級摩擦時間2-6s，壓力16-26Mpa頂鍛保壓時間4-8s，壓力28-38Mpa
8.如權利要求5所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法，其特徵是其熱處理過程為固溶處理溫度1100℃-1180℃/水冷時效處理溫度760℃-840℃，保溫時間8-16小時/空冷淬火處理溫度850℃/油冷高頻處理杆端冒形硬化HRC≥50
9.如權利要求5所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法，其特徵是其機械加工程序為車削加工氣門盤外園，底平面，基準杆；氣門頸部、鎖夾槽部數控仿形、外園、端面、平面、斜面、錐面、R頸部磨削加工。
10.如權利要求5所述的內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作方法，其特徵是其表面強化處理採用噴丸、氮化、鍍鉻處理。
全文摘要
一種內燃機車柴油雙金屬排氣門的製作材料，其為超級鐵鎳合金，其化學成分規範(wt％)為C0.04－0.15；Si0.40－1.20；Mn0.50－1.0；Cr20.0－24.0；Ni30.0－40.0；Ti2.5－3.0；Al0.60－1.20；Nb0.40－1.20；V0.01－0.20；W0.60－0.80；B0.01－0.04；Mg0.01－0.04；Ce0.005－0.08；Co0.5－1.0；Mo0.15－0.30；Cu0.05－0.30；其餘為Fe。本發明氣門材料性能與工藝性好，鍛造、熱處理質量控制穩定，材料的性能價格比好，工業應用技術經濟效益顯著；社會效益優越，應用前景良好。
文檔編號F01L3/06GK1453458SQ0312379
公開日2003年11月5日 申請日期2003年6月2日 優先權日2003年6月2日
發明者張綿勝, 姚正剛, 張志勇 申請人:北京特冶工貿有限責任公司