生產用於內燃機或渦輪機的構件的方法

2023-06-08 08:09:01

專利名稱：生產用於內燃機或渦輪機的構件的方法
技術領域：
本發明涉及生產用於內燃機或渦輪機的構件的方法，尤其是生產中 空閥構件的方法。
背景技術：
現在，期望內燃機兼備高的性能和低的燃料消耗。內燃機中使用的 換氣閥必須能夠承受非常高的工作溫度和機械應力。在每個進氣衝程中
由在其周圍流動的冷的補充氣體冷卻的入口閥達到超過500'C的閥盤溫 度。出口閥達到超過800'C的溫度。
由於閥是活動構件，對其施加的驅動能量隨振蕩物即閥的重量呈指 數增加。因此，需要在不損失機械強度和熱強度的情況下進一步優化閥 的重量。
例如從DE 19804053Al可知具有閥杆、閥錐和閥盤的中空閥，其中 閥錐和閥盤一起形成空腔。目前，這種中空閥或中空閥部件通過熱擠壓 或鐓鍛和鍛造成型。主要將例如為以下材料nos. 1.4882 (X 50 CrMnNiNbN 21 9 )、 1.4871 ( X 53 CrMnNiN 21 9 )或2.4955 ( NiFe 25 Cr20NbTi)的耐熱鋼用於閥錐或閥盤。其它的材料，尤其是基於粉末 狀鈦的輕質材料不能，或難以以可獲利的方式使用所述的方法加工成中 空閥構件，這是因為鈦對氧、氮和碳相互之間的高度反應性以及材料的 伴生脆變。

發明內容
因此，本發明的目的是提供生產用於內燃機或渦輪機的構件的方 法，尤其是生產中空閥構件例如閥錐或閥盤的方法，用這種方法也可有 利地處理其它材料。
該目的通過生產用於內燃機或渦輪機的構件的方法來實現，其中(a )在混合器中，混合金屬粉末和/或金屬合金粉末與粘結劑和任 選的熔劑；
(b) 通過注模使混合物成形；
(c) 對所述成形的混合物進行粘結劑的化學脫除；
(d )在低於450。C的溫度下對所述化學脫除粘結劑的混合物進行粘 結劑的熱脫除；
(e)在低於所述金屬和/或金屬合金的熔化溫度的溫度燒結所述經 化學和熱脫除粘結劑的混合物，以生產構件。
利用本發明的方法，除了馬氏體-鐵素體鋼和奧氏體鋼或鎳基合金之 外，尤其是鈥基材料也可以有利地加工成中空閥構件，從而與已知的中 空閥相比，可以進一步節省重量。優選使用含有鋁和/或釩作為添加組 分的鈥合金。基於合金總重，每種這些添加合金組分的含量優選為2~ 10 wt%。
所述粘結劑優選選自聚醯胺、聚甲醛、聚碳酸酯、苯乙烯丙烯晴 共聚物、聚醯亞胺、天然蠟和油、熱固性塑料、氰酸鹽/酯、聚丙烯、 聚乙酸酯/鹽、聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯 乙烯、聚曱基丙烯酸甲酯、苯胺、礦物油、水、瓊脂、甘油、聚丁醯基 乙烯、聚甲基丙烯酸丁酯、纖維素、油酸、鄰苯二甲酸鹽/酯、石蠟、 巴西椋櫚蠟、聚丙烯酸銨、二硬脂酸甘油酯和二油酸甘油酯、單硬脂酸 甘油酯、鈦酸異丙酯、硬脂酸鋰、單酸甘油酯、甲醛、辛酸磷酸鹽/酯、 烯烴磺酸酯/鹽、磷酸酯、硬脂酸及其混合物。粘結劑的體積份數優選 小於60%，更優選20~50%。
優選在50 250。C，最優選在卯~ 150。C的溫度下進行混合器中的混合。
注模成形也優選在90 ~ 150。C的混合物溫度和優選在400 ~ 800巴的 壓力下進行。
優選在石蠟浴，更優選在己烷浴中進行粘結劑的化學脫除。優選在 10 ~ 65°C,更優選在30 ~ 50°C的溫度進行所述粘結劑的化學脫除。在低於450。C，優選200 350。C的溫度並優選在2 20亳巴的真空 下進行粘結劑的熱脫除。
優選在所述金屬或金屬合金的熔化溫度的80 ~卯％並且更優選在 惰性氣氛中進行燒結。惰性氣體優選為氬氣。或者，也可以在真空下進 行燒結。在這種情況下，壓力優選為10—3~10-5亳巴。
以這種方式生產的中空閥構件可以通過形狀鎖定和力鎖定及熔接 法以常規的方式彼此結合。例如，閥盤和閥錐可以通過冷縮配合結合。 閥錐和閥杆可以通過熔接法結合。
具體實施例方式
利用上述方法，將含有鋁6wtM和釩4wt。/。的鈥合金加工成閥盤和 閥維。閥錐和閥盤通過冷縮配合結合。
圖l是結合的閥盤和閥錐的頂視圖和沿線A-A的截面圖。
圖2是根據優選實施方案生產的中空閥構件的整,圖(右)和切開 的視圖(左)。
權利要求
1. 一種生產用於內燃機或渦輪機的構件的方法，其中(a)在混合器中，混合金屬粉末和/或金屬合金粉末與粘結劑和任選的熔劑；(b)通過注模使所述混合物成形；(c)化學脫除所述成形混合物的粘結劑；(d)在低於450℃的溫度下對所述經化學脫除粘結劑的混合物進行粘結劑的熱脫除；(e)在低於所述金屬和/或金屬合金的熔化溫度的溫度下，燒結所述經化學和熱脫除粘結劑的混合物，以生產構件。
2. 根據權利要求l的方法，其特徵在於所述構件是中空閥構件。
3. 根據權利要求2的方法，其特徵在於所述中空閥構件是閥錐。
4. 根據權利要求2的方法，其特徵在於所述中空閥構件是閥盤。
5. 根據權利要求1~4中一項的方法，其特徵在於將鈦合金用作金屬 合金粉末。
6. 根據權利要求5的方法，其特徵在於所述鈥合金含有鋁和/或釩作為 添加組分。
7. 根據權利要求6的方法，其特徵在於基於所述合金的總重，所述鈥 合金包含2 ~ 10 wt。/。的鋁和/或2 ~ 10 wt。/o的釩。
8. 根據前述權利要求中一項的方法，其特徵在於所述粘結劑選自聚 醯胺、聚甲醛、聚碳酸酯、苯乙烯丙烯晴共聚物、聚醯亞胺、天然蠟和 油、熱固性塑料、氰酸鹽/酯、聚丙烯、聚乙酸酯/鹽、聚乙烯、乙烯-乙 酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯胺、 礦物油、水、瓊脂、甘油、聚丁醯基乙烯、聚甲基丙烯酸丁酯、纖維素、 油酸、鄰苯二甲酸酯/鹽、石蠟、巴西棕櫚蠟、聚丙烯酸銨、二硬脂酸 甘油酯和二油酸甘油酯、單硬脂酸甘油酯、鈦酸異丙酯、硬脂酸鋰、單 酸甘油酯、曱醛、辛酸磷酸鹽/酯、烯烴磺酸酯/鹽、磷酸酯、硬脂酸及 其混合物。
9. 根據前述權利要求中一項的方法，其特徵在於所述混合物中所述粘 結劑的體積份數小於60%。
10. 根據權利要求9的方法，其特徵在於所述混合物中所述粘結劑的 體積比為20% ~50%。
11. 根據前述權利要求中 一項的方法 範圍內進行所述混合器中的混合。
12，根據前述權利要求中一項的方法 物溫度下進行所述注模成形。
13. 根據前述權利要求中一項的方法 力下進行所述注模成形。
14. 根據前述權利要求中 一項的方法 述粘結劑的化學脫除。
15. 根據前述權利要求中 一項的方法 下進行所述粘結劑的化學脫除。
16. 根據權利要求15的方法，其特徵在於在30 ~ 50。C的溫度下進行所 述粘結劑的化學脫除。
17. 根據前述權利要求中一項的方法，其特徵在於在2 20亳巴的壓 力下進行所述粘結劑的熱脫除。
18. 根據前述權利要求中一項的方法，其特徵在於在金屬或金屬合金 的熔化溫度的80 ~ 90 %下進行所述燒結。
19. 根據前述權利要求中一項的方法，其特徵在於在惰性氣氛中進行 所述燒結。
20. 根據權利要求19的方法，其特徵在於所述惰性氣體為氬氣。
21. 根據權利要求1~18中一項的方法，其特徵在於在真空下進行所 述燒結。
22. —種中空閥構件，其通過根據權利要求1~21中一項的方法生產， 其特徵在於其由鈦基合金構成。
23. 根據權利要求22的中空岡構件，其特徵在於除鈦之外，所述鈥基 合金還包含2 ~ 10 wt%的鋁和/或2 ~ 10 wt%的釩。，其特徵在於在50~250匸的溫度 ,其特徵在於在卯~ 150。C的混合 ，其特徵在於在400 ~ 800巴的壓 ，其特徵在於在己烷浴中進行所 ，其特徵在於在10 65。C的溫度
全文摘要
本發明涉及生產用於內燃機或渦輪機的構件的方法，尤其是生產中空閥構件的方法，利用這種方法，除了常規材料之外，首次可以將粉末狀鈦基合金加工成這些構件。在本方法中，將金屬粉末和/或金屬合金粉末在混合器中與粘結劑和任選的熔劑混合，混合物通過注模成形，化學脫除所述成形混合物的粘結劑，在低於450℃的溫度下對所述化學脫除粘結劑的混合物進行粘結劑的熱脫除，在低於金屬和/或金屬合金的熔化溫度下燒結所述化學和熱脫除粘結劑的混合物，以生產所述構件。該構件可以通過形狀鎖定或力鎖定及熔接法以常規的方式彼此結合。
文檔編號B22F5/00GK101413410SQ20071016338
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月19日 優先權日2006年10月20日
發明者埃卡德·奧斯特, 尼爾斯·米爾德納, 拉爾夫·皮普洛, 沃爾夫岡·林貝格 申請人:Gkss-蓋斯特哈赫特研究中心有限責任公司