一種強化發動機氣門及其製備工藝的製作方法

2024-03-07 08:36:15 1

本發明涉及發動機氣門技術領域，尤其涉及一種強化發動機氣門及其製備工藝。

背景技術：

由於發動機進排氣門工作溫度較高，排氣門盤部常採用奧氏體型耐熱鋼或奧氏體型高溫合金氣閥材料，某些場合進氣門盤部也採用奧氏體型氣閥材料。

奧氏體型鋼材在常溫下為奧氏體組織，無磁性具有優良的耐蝕性能、高韌性和塑性，但是由於奧氏體鋼硬度低，耐磨性差，其表面耐磨性能難以滿足耐磨性要求高的使用環境，大大地降低了其使用壽命。

為了提高氣門錐面和杆端面的耐磨性能，馬氏體型氣門可對氣門錐面和杆端面進行高頻淬火使其表面強化，而奧氏體型氣門不能通過相變使錐面強化，僅能通過滾壓等冷作硬化進行強化，但奧氏體鋼經滾壓後硬化層硬度較低，而且表面硬化層深較淺，難以滿足耐磨性要求高的使用環境。對於氣門錐面和杆端面耐磨性要求較高的工況，常採用堆焊工藝，由於氣門錐面或杆端堆焊對焊接技術要求較高，且生產成本較高及堆焊氣門焊層失效風險大，極大的限制了堆焊工藝的應用。奧氏體型氣門另一種提高杆端面耐磨性方法是採用盤部奧氏體材料+杆部馬氏體材料摩擦焊氣門結構，然後對馬氏體杆端面進行高頻淬火使其表面強化。對於奧氏體型氣門也可以像普通鋼材一樣，利用氮化等外部表面處理方法對其進行強化處理，但其表面強化層深較淺，對氣門表面強化有限。

參見圖1，目前常用的奧氏體型氣門結構為：整體奧氏體材料+固溶時效+整體氮化處理(氮化層深≥15um)，該奧氏體型氣門所有表面硬度相同，硬度範圍集中在30HRC-40HRC。該氣門經整體氮化後，可提高氣門杆部、錐面、杆端面及鎖夾槽部位的耐磨性，由於氣門杆部、鎖夾槽、某些發動機氣門杆端面工作應力較低，該氮化層能滿足氣門使用要求，對於氣門杆端面工作應力較大的將不能滿足要求。但氣門錐面工作溫度較高及工作應力較大，該氮化層只能提高氣門錐面初期耐磨性，後期氮化層將會完全被磨損掉，從而難以滿足氣門使用要求。

為此，申請人進行了有益的探索和嘗試，找到了解決上述問題的辦法，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題之一在於：針對現有技術的不足而提供一種提高氣門錐面和杆端面的硬化性能的強化發動機氣門。

本發明所要解決的技術問題之二在於：提供一種用於製備上述強化發動機氣門的製備工藝。

作為本發明第一方面的一種強化發動機氣門，包括氣門盤部以及與所述氣門盤部一體成型的氣門杆部，所述氣門盤部和氣門杆部均採用奧氏體材料製成，其特徵在於，所述氣門盤部的錐面上通過鍛打工藝處理後形成有一硬度為40HRC-52HRC的第一硬化層，所述氣門杆部的杆端面上通過鍛打工藝處理後形成有一硬度為40HRC-52HRC的第二硬化層。

作為本發明第二方面的一種用於製備上述強化發動機氣門的製備工藝，包括以下步驟：

步驟1，採用奧氏體材料進行配料，並進行熔煉處理；

步驟2，採用鍛造或軋制方式成型，得到氣門毛坯；

步驟3，對氣門毛坯進行切割，以保證氣門總長；

步驟4，對氣門毛坯的錐面和杆端面進行鍛打處理；

步驟5，對經過鍛打處理後的氣門毛坯進行時效處理。

在本發明的一個優選實施例中，在所述步驟3與步驟4之間還包括一對經過切割後的氣門毛坯進行固溶處理，固溶溫度為1000℃-1100℃，固溶時間為0.5h-1h。

在本發明的一個優選實施例中，在所述步驟5中，時效溫度為700℃-750℃，空冷時間為4h-16h。

由於採用了如上的技術方案，本發明的有益效果在於：

1、該發明在氣門毛坯階段對需硬化的錐面和杆端面進行硬化處理，經過表面硬化處理的表面硬度比傳統滾壓處理要高。

2、該發明在氣門毛坯階段進行表面硬化處理，鍛打壓力較大，形成的硬化層深比滾壓處理要深。

3、該發明使得奧氏體氣門錐面和杆端面的強化，是在奧氏體氣閥材料本身表面得到的強化，相比堆焊工藝和摩擦焊結構方案擁有更加良好的產品可靠性；

4、該發明可根據氣門成品要求，在毛坯的表面硬化處理過程根據需要調整參數，因此該實用新型適用範圍較廣。

5、該發明在氣門毛坯階段進行表面硬化處理，對零件加工工藝擁有很好的加工工藝性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現有的奧氏體型氣門的結構示意圖。

圖2是本發明的結構示意圖。

圖3為本發明的強化發動機氣門的毛坯階段表面硬化的一種實施例的示意圖。

圖4為本發明的強化發動機氣門的毛坯階段表面硬化的另一種實施例的示意圖。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。

參見圖2，圖中給出的是一種強化發動機氣門，包括氣門盤部100以及與氣門盤部100一體成型的氣門杆部200。氣門盤部100和氣門杆部200均採用奧氏體材料製成，氣門盤部100的錐面110上通過鍛打工藝處理後形成有一硬度為40HRC-52HRC的第一硬化層111，氣門杆部200的杆端面210上通過鍛打工藝處理後形成有一硬度為40HRC-52HRC的第二硬化層210。

實施例1

參見圖3，以氣門材料國標GB/T12773-2008《內燃機氣閥用鋼及合金棒材》中的GH4080A材料製造氣門為例，來製備本實施例中的強化發動機氣門，其製備工藝為：

第1步，採用GH4080A材料進行配料，並進行熔煉處理；

第2步，毛坯成型；

第3步，切總長，以保證氣門總長；

第4步，固溶處理，固溶溫度為1050℃，固溶時間為1h；

第5步，對氣門錐面和杆端面進行鍛打；

第6步，時效處理，時效溫度為710℃，空冷時間為16h。

GH4080A材料成型的氣門加工完成後，氣門錐面和杆端面的硬度為40HRC-48HRC。

實施例2

參見圖3，以氣門材料國標GB/T12773-2008《內燃機氣閥用鋼及合金棒材》中的NCF3015材料製造氣門為例，來製備本實施例中的強化發動機氣門，其製備工藝為：

第1步，採用NCF3015材料進行配料，並進行熔煉處理；

第2步，毛坯成型；

第3步，切總長，以保證氣門總長；

第4步，固溶處理，固溶溫度為1050℃，固溶時間為0.5h；

第5步，對氣門錐面進行鍛打；第6步，時效處理，時效溫度為710℃，空冷時間為4h。

NCF3015材料成型的氣門加工完成後，氣門錐面的硬度為44HRC-52HRC。

實施例3

參見圖4，以氣門材料國標GB/T12773-2008《內燃機氣閥用鋼及合金棒材》中的NCF3015材料製造氣門為例，來製備本實施例中的強化發動機氣門，其製備工藝為：

第1步，採用NCF3015材料進行配料，並進行熔煉處理(原材料硬度較低≤30HRC：如「固溶狀態」和「固溶和與半固溶臨界狀態」的奧氏體材料)；

第2步，毛坯成型(氣門毛坯為熱鍛成型，熱鍛成型後氣門錐面硬度會比成型前的原材料硬度有較低)；

第3步，切總長，以保證氣門總長；

第4步，對氣門錐面和杆端面進行鍛打；

第5步，時效處理，時效處理的溫度為750℃，空冷時間為4h。

NCF 3015材料成型的氣門加工完成後，氣門錐面和杆端面硬度為40HRC-48HRC。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。