一種進(jìn)氣門(mén)及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種進(jìn)氣門(mén)及其制備方法。該進(jìn)氣門(mén)采用的合金的重量百分比成分范圍為C:0.32～0.40%；Si:0.17～0.37%；Mo:2.5～3.5%；Mn:0.50～0.80%；Cr:0.80～1.10%；W:0.50～1.0%；Ni:≤0.030%；P:≤0.015；S:≤0.015；Cu:≤0.010%；余量為Fe。該進(jìn)氣門(mén)經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工而成。本發(fā)明的進(jìn)氣門(mén)的表面強(qiáng)度大、硬度高、耐磨性好、壽命高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種進(jìn)氣門(mén)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械制造及金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種進(jìn)氣門(mén)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣門(mén)是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一，它是用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉進(jìn)、排氣道的直接零件。氣門(mén)分為進(jìn)氣門(mén)與排氣門(mén)，空氣通過(guò)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)與燃料混合燃燒，燃燒后產(chǎn)生的廢氣通過(guò)排氣門(mén)排出氣缸，從而實(shí)現(xiàn)新鮮空氣進(jìn)入氣缸燃燒產(chǎn)生車(chē)輛行駛的動(dòng)力并排除廢氣。目前發(fā)動(dòng)機(jī)一般設(shè)有多個(gè)氣門(mén)。常見(jiàn)的是每個(gè)汽缸布置有4個(gè)氣門(mén)，4汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)一共有16個(gè)氣門(mén)。這種多氣門(mén)結(jié)構(gòu)容易形成緊湊型燃燒室，噴油嘴在中央，這樣可以令油氣混合氣燃燒更迅速、更均勻，各氣門(mén)的重量和開(kāi)度適當(dāng)?shù)販p小，使氣門(mén)開(kāi)啟或閉合的速度更快。
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)要求進(jìn)氣門(mén)要具備耐磨擦、耐高溫、耐疲勞、高韌性等特征，氣門(mén)材料的性能直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。由于該項(xiàng)技術(shù)的高度商業(yè)價(jià)值及高度的商業(yè)機(jī)密性，關(guān)于氣門(mén)材料及其加工工藝方面的相關(guān)報(bào)道極少。目前國(guó)內(nèi)的氣門(mén)材料有40Cr、4Cr9Si2、4Crl0Si2Mo、21-4N和23-8N等少數(shù)幾種。然而，我國(guó)目前的氣門(mén)壽命尚不及國(guó)外先進(jìn)水平的三分之一。
[0004]發(fā)明專(zhuān)利102493853A提出了采用TiAl基金屬間化合物作為氣門(mén)材料。這種材料在耐高溫方面能夠得到很大的提升，然而，其韌性尚達(dá)不到工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，并且存在價(jià)格昂貴的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供本一種成本適中、耐熱性能優(yōu)異、疲勞性能優(yōu)異的進(jìn)氣門(mén)及其制備方法。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種進(jìn)氣門(mén)，該進(jìn)氣門(mén)采用的合金成分重量百分比范圍為:C:0.32 ~0.40% ；S1:0.17 ~0.37% ；Mo:2.5 ~3.5% ；Μη:0.50 ~
0.80% ；Cr:0.80 ~1.10% ；ff:0.50 ~1.0% ;余量為純度為 99.8% 的 Fe。其中，純度為 99.8%的Fe中的雜質(zhì)重量百分比含量為:N1: ≤0.030% ；P: <0.015 ；S: <0.015 ；Cu:≤0.010%。
[0007]上述進(jìn)氣門(mén)的制造方法，包括如下工藝步驟:
[0008](1)按照合金成分范圍準(zhǔn)備配料，將合金材料混合均勻；
[0009](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度控制在1600~1650°C，熔煉I~1.5小時(shí)；
[0010](3)采用鍛造或軋制方式成型，得到進(jìn)氣門(mén)毛坯；
[0011](4)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，再切削加工，表面超聲處理，得到表面納米晶；
[0012](5)在330~360°C進(jìn)行滲氮處理；
[0013](6)采用銑床加工對(duì)錐面進(jìn)行表面光潔度處理；
[0014](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，其中鎢的含量為40~60%，鋯為余量；
[0015](8)采用銑床加工再次進(jìn)行表面處理，控制表面光潔度。[0016]其中，步驟(4)中的調(diào)制熱處理的步驟為在800_850°C下保溫l_1.5h，淬火，然后加熱到450-500°C，保溫2-2.5小時(shí)，最后空氣冷卻。[0017]步驟(4)中所述的切削加工的加工條件為:沖擊工作頭為球形，輸出端圓弧半徑為2mm、轉(zhuǎn)速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m。
[0018]步驟(4)中所述表面超聲處理是在室溫下、頻率控制在3-3.5萬(wàn)赫茲的條件下進(jìn)行的。
[0019]步驟(5)中錐面堆焊鎢鋯合金的工藝參數(shù)為:在450°C下預(yù)熱，焊接電壓為300V，電流900A。
[0020]有益效果:本發(fā)明的合金耐熱性能優(yōu)異、疲勞性能優(yōu)異，壽命高，臺(tái)架試驗(yàn)表明該合金氣門(mén)的壽命是目前40Cr的2倍以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本發(fā)明采用表面納米化技術(shù)，使材料表面和整體的機(jī)械和化學(xué)性能得到不同程度的改善。表面納米化在改善材料的摩擦磨損性能、提高材料表面的抗沖擊性能、提高材料整體性能的同時(shí)不明顯降低材料的韌性、改善材料表面的化學(xué)性能、提高材料的強(qiáng)度、硬度以及耐蝕性等方面都發(fā)揮了重要的作用。表面納米化及低溫滲氮的工藝是一種新型的復(fù)合表面強(qiáng)化手段，能夠改善材料表面的耐磨性以及耐腐蝕性，同時(shí)，該技術(shù)能夠改善傳統(tǒng)滲氮的溫度高、周期長(zhǎng)等缺陷，在不改變基礎(chǔ)材料性能的情況下大大提高了合金的表面強(qiáng)度、硬度與耐磨性。另一方面，合金采用堆焊鎢鋯合金，大大提高了錐面的耐高溫性能、硬度與耐磨性。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下各個(gè)實(shí)施例中所使用的純度為99.8的Fe中雜質(zhì)的重量百分比含量為:N1: ^ 0.030% ；P:≤ 0.015 ；S:≤ 0.015 ；Cu: ( 0.010%。
[0022]實(shí)施例1
[0023]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工進(jìn)氣門(mén)，具體步驟如下:
[0024](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.32% ；S1:0.17% ；Mo:2.5% ；Μη:0.50% ；Cr:0.80% ；ff:0.50% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0025](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1600°C，熔煉1.5小時(shí)；
[0026](3)采用鍛造成型，得到氣門(mén)毛坯；
[0027](4)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，即在850°C下保溫lh，淬火，然后加熱到500°C，保溫2小時(shí)，最后空氣冷卻；再切削加工，加工條件為:沖擊工作頭為球形，輸出端圓弧半徑為2_、轉(zhuǎn)速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進(jìn)行表面超聲處理，頻率控制在3-3.5萬(wàn)赫茲，得到表面納米晶；
[0028](5)在350°C下進(jìn)行滲氮處理；
[0029](6)采用銑床加工對(duì)錐面進(jìn)行表面光潔度處理；
[0030](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線(xiàn)明弧自動(dòng)堆焊機(jī)進(jìn)行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預(yù)熱溫度為450°C，焊接電壓為30伏特、電流900安培，其中鎢的含量為40%，鋯為余量；
[0031](8)再次用銑床加工進(jìn)行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0032]實(shí)施例2 (實(shí)施例2-5中，調(diào)制熱處理的工藝條件，即800-850°C下保溫1-1.5h，淬火，然后加熱到450-500°C，保溫2-2.5小時(shí)，因?yàn)椴淮_定這些數(shù)值范圍是否合適，如果合適，請(qǐng)老師在下述實(shí)施例中從這些范圍內(nèi)挑選數(shù)據(jù)進(jìn)行修改！ ok)
[0033]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工進(jìn)氣門(mén)，具體步驟如下:
[0034](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.40% ；S1:0.37% ；Mo:3.5% ；Μη:0.80% ；Cr: 1.10% ；ff: 1.0% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻。
[0035](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1650°C，熔煉I小時(shí)；
[0036](3)采用鍛造成型，得到氣門(mén)毛坯；
[0037](4)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，即在850°C下保溫1.5h，淬火，然后加熱到450°C，保溫2.5小時(shí)，最后空氣冷卻；再切削加工，加工條件為:沖擊工作頭為球形，輸出端圓弧半徑為2mm、轉(zhuǎn)速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進(jìn)行表面超聲處理，頻率控制在3-3.5萬(wàn)赫茲，得到表面納米晶；
[0038](5)在360°C進(jìn)行滲氮處理；
[0039](6)采用銑床加工對(duì)錐面進(jìn)行表面光潔度處理；
[0040](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線(xiàn)明弧自動(dòng)堆焊機(jī)進(jìn)行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預(yù)熱溫度為450°C，焊接電壓為30伏特、電流900安培，其中鎢的含量為60%，鋯為余量；
[0041](8)再次用銑床加工進(jìn)行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0042]實(shí)施例3
[0043]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工進(jìn)氣門(mén)，具體步驟如下:
[0044](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.34% ；S1:0.25% ；Mo:2.75% ；Μη:0.60% ；Cr: 1.00% ；ff:0.80% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0045](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1630°C，熔煉1.2小時(shí)；
[0046](3)采用鍛造成型，得到氣門(mén)毛坯；
[0047](4)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，即在800°C下保溫1.5h，淬火，然后加熱到500°C，保溫2小時(shí)，最后空氣冷卻；再切削加工，加工條件為:沖擊工作頭為球形，輸出端圓弧半徑為2mm、轉(zhuǎn)速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進(jìn)行表面超聲處理，頻率控制在3-3.5萬(wàn)赫茲，得到表面納米晶；
[0048](5)在330°C進(jìn)行滲氮處理；
[0049](6)采用銑床加工對(duì)錐面進(jìn)行表面光潔度處理；
[0050](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線(xiàn)明弧自動(dòng)堆焊機(jī)進(jìn)行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預(yù)熱溫度為450°C，焊接電壓為30伏特、電流900安培，其中鎢的含量為45%，鋯為余量；
[0051](8)再次用銑床加工進(jìn)行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0052]實(shí)施例4
[0053]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工進(jìn)氣門(mén)，具體步驟如下:
[0054](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.36% ；S1:0.27% ；Mo:2.95% ；Μη:0.67% ；Cr:0.87% ；ff:0.68% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0055](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1600°C，熔煉I小時(shí)；
[0056](3)采用鍛造成型，得到氣門(mén)毛坯；
[0057](4)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，即在825°C下保溫lh，淬火，然后加熱到480°C，保溫2.5小時(shí)，最后空氣冷卻；再切削加工，加工條件為:沖擊工作頭為球形，輸出端圓弧半徑為2mm、轉(zhuǎn)速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進(jìn)行表面超聲處理，頻率控制在3-3.5萬(wàn)赫茲，得到表面納米晶；
[0058](5)在350°C進(jìn)行滲氮處理；
[0059](6)采用銑床加工對(duì)錐面進(jìn)行表面光潔度處理；
[0060](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線(xiàn)明弧自動(dòng)堆焊機(jī)進(jìn)行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預(yù)熱溫度為450°C，焊接電壓為30伏特、電流900安培，其中鎢的含量為47.5%，鋯為余量；
[0061](8)再次用銑床加工進(jìn)行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0062]實(shí)施例5
[0063]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工進(jìn)氣門(mén)，具體步驟如下:
[0064](I)配料，合金重量百分比成分為:C:0.36% ;S1:0.25% ;Μο:2.9% ;Μη:0.66% ;Cr:0.97% ；ff:0.67% ;余料為純度為99.8%的Fe，將合金料混合均勻；
[0065](2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度1640°C，熔煉1.0小時(shí)；
[0066](3)采用鍛造成型，得到氣門(mén)毛坯；
[0067](4)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，即在850°C下保溫1.5h，淬火，然后加熱到500°C，保溫2小時(shí)，最后空氣冷卻；再切削加工，加工條件為:沖擊工作頭為球形，輸出端圓弧半徑為2mm、轉(zhuǎn)速200r/min ;沖擊頭的振幅·為5 μ m ;最后在室溫條件下進(jìn)行表面超聲處理，頻率控制在
3-3.5萬(wàn)赫茲，得到表面納米晶；
[0068](5)在360°C進(jìn)行滲氮處理；
[0069](6)采用銑床加工對(duì)錐面進(jìn)行表面光潔度處理；
[0070](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線(xiàn)明弧自動(dòng)堆焊機(jī)進(jìn)行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預(yù)熱溫度為450°C，焊接電壓為30伏特、電流900安培，其中鎢的含量為40%，鋯為余量；
[0071](8)再次用銑床加工進(jìn)行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0072]測(cè)試以上實(shí)施例所得的進(jìn)氣門(mén)與對(duì)比例(調(diào)制處理的40Cr合金材料)的表面硬度、磨損率、疲勞強(qiáng)度、臺(tái)架試驗(yàn)壽命(數(shù)據(jù)見(jiàn)表1)，可以看到，本發(fā)明的硬度、磨損性能與疲勞性能優(yōu)異，壽命長(zhǎng)。
[0073]表1材料的表面硬度、磨損率、疲勞強(qiáng)度、臺(tái)架試驗(yàn)壽命
[0074]
【權(quán)利要求】
1.一種進(jìn)氣門(mén)，其特征在于，所述進(jìn)氣門(mén)采用的合金成分重量百分比為:C:0.32~0.40% ；S1:0.17 ~0.37% ；Mo:2.5 ~3.5% ；Μη:0.50 ~0.80% ；Cr:0.80 ~1.10% ；ff:0.50 ~1.0% ;余量為純度為99.8%的Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)氣門(mén)，其特征在于，所述純度為99.8%的Fe中的雜質(zhì)重量百分比含量為:N1: ( 0.030% ；P:≤ 0.015 ；S:≤ 0.015 ；Cu: ( 0.010%。
3.權(quán)利要求1或2所述的進(jìn)氣門(mén)的制備方法，其特征在于，包括如下工藝步驟: (O按照合金成分范圍準(zhǔn)備配料，將合金材料混合均勻； (2)采用真空感應(yīng)爐熔煉，溫度控制在1600~1650°C，熔煉I~1.5小時(shí)； (3)采用鍛造或軋制方式成型，得到進(jìn)氣門(mén)毛坯； (4)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，再切削加工，表面超聲處理，得到表面納米晶； (5)在330~360°C進(jìn)行滲氮處理； (6)采用銑床加工對(duì)錐面進(jìn)行表面光潔度處理； (7)在錐面堆焊鎢鋯合金，其中鎢的含量為40~60%，鋯為余量； (8)采用銑床加工再次進(jìn)行表面處理，控制表面光潔度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)氣門(mén)的制備方法，其特征在于，步驟(4)中的調(diào)制熱處理的步驟為在800-850°C下保溫1-1.5h，淬火，然后加熱到450-500°C，保溫2-2.5小時(shí)，最后空氣冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)氣門(mén)的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的切削加工的加工條件為:沖擊工作頭為球形，輸出端圓弧半徑為2mm、轉(zhuǎn)速200r/min ;沖擊頭的振幅為 5 μ m0
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)氣門(mén)的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述表面超聲處理是在室溫下、頻率控制在3-3.5萬(wàn)赫茲的條件下進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)氣門(mén)的制備方法，其特征在于，步驟(5)中錐面堆焊鎢鋯合金的工藝參數(shù)為:在450°C下預(yù)熱，焊接電壓為300V，電流900A。
【文檔編號(hào)】B23P15/00GK103627961SQ201310618611
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)國(guó) 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)