一種耐磨進氣門及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐磨進氣門及其制備方法。本發(fā)明的進氣門采用的合金成分重量百分比范圍為：C:0.32～0.40%；Si:0.17～0.27%；Mo:0.5～1.2%；Mn:0.50～0.80%；Nb:0.2～0.5%；Cr:0.80～1.10%；W:0.50～1.0%；Ni:≤0.030%；P:≤0.015；S:≤0.015；Cu:≤0.010%；余料為Fe。該進氣門經(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)明的進氣門的表面強度大、硬度高、耐磨性能好、壽命高。
【專利說明】一種耐磨進氣門及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械制造及金屬材料領域，尤其涉及一種耐磨進氣門及其制備方法。【背景技術】
[0002]氣門是發(fā)動機的關鍵零件之一，它是用來打開或關閉進、排氣道的直接零件。氣門分為進氣門與排氣門，空氣通過進氣門進入發(fā)動機氣缸內(nèi)與燃料混合燃燒，燃燒后產(chǎn)生的廢氣通過排氣門排出氣缸，從而實現(xiàn)新鮮空氣進入氣缸燃燒產(chǎn)生車輛行駛的動力并排除廢氣。目前發(fā)動機一般設有多個氣門。常見的是每個汽缸布置有4個氣門，4汽缸的發(fā)動機一共有16個氣門。這種多氣門結構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，各氣門的重量和開度適當?shù)販p小，使氣門開啟或閉合的速度更快。
[0003]發(fā)動機的工作特點要求進氣門要具備耐磨擦、耐高溫、耐疲勞、高韌性等特征，氣門材料的性能直接影響到發(fā)動機的性能。由于該項技術的高度商業(yè)價值及高度的商業(yè)機密性，關于氣門材料及其加工工藝方面的相關報道極少。目前國內(nèi)的氣門材料有40Cr、4Cr9Si2、4Crl0Si2Mo、21-4N和23-8N等少數(shù)幾種。然而，我國目前的氣門壽命尚不及國外先進水平的三分之一。
[0004]發(fā)明專利102493853A提出了采用TiAl基金屬間化合物作為氣門材料。這種材料在耐高溫方面能夠得到很大的提升，然而，其韌性尚達不到工業(yè)應用的標準，并且存在價格昂貴的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術存在的問題與不足，本發(fā)明的目的是提供一種成本適中的耐磨進氣門及其制備方法。·
[0006]技術方案:為實現(xiàn)上述技術方案，本發(fā)明提供了的一種耐磨進氣門，該進氣門采用的合金成分重量百分比范圍為c:0.32~0.40% ；S1:0.17~0.27% ；Mo:0.5~1.2% ；Mn:0.50 ~0.80% ；Nb:0.2 ~0.5% ；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中的雜質重量百分比含量為:N1: ≤ 0.030% ；P:≤0.015 ；S:≤ 0.015 ；Cu: ( 0.010%ο
[0007]上述耐磨進氣門的制造方法，包括如下工藝步驟:
[0008](I)按照合金成分范圍準備配料，將合金材料混合均勻；
[0009](2)采用真空感應爐熔煉，溫度控制在1600~1650°C，熔煉I~1.5小時；
[0010](3)采用鍛造或軋制方式成型，得到進氣門毛坯；
[0011](4)進行調(diào)質熱處理，再切削加工，表面超聲處理，得到表面納米晶；
[0012](5)在330~360°C進行滲氮處理；
[0013](6)采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理；
[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，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3-3.5萬赫茲的條件下進行的。
[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，Nb是重要的阻礙晶粒粗化的元素，由于加入了 Nb，形成稀土相，耐磨性能大大提高，壽命增高，臺架試驗表明該合金氣門的壽命是目前40Cr的2.5倍以上，經(jīng)濟效益顯著。同時，本發(fā)明采用表面納米化技術，使材料表面和整體的機械和化學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不明顯降低材料的韌性、改善材料表面的化學性能、提高材料的強度、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合表面強化手段，能夠改善材料表面的耐磨性以及耐腐蝕性，同時，該技術能夠改善傳統(tǒng)滲氮的溫度高、周期長等缺陷，在不改變基礎材料性能的情況下大大提高了合金的表面強度、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。
【具體實施方式】
[0021]以下各個實施例中所使用的純度為99.8的Fe中雜質的重量百分比含量為:N1: ≤ 0.030% ；P:≤ 0.015 ；S:≤ 0.015 ；Cu: ≤ 0.010%。
[0022]實施例1
[0023]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工耐磨進氣門，具體步驟如下:
[0024](I)配料，所用合金材料重量百分比成分為:C: 0.32% ；S1:0.17% ；Mo: 1.2% ；Mn:0.50% ；Nb:0.5% ；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)采用真空感應爐熔煉，溫度1600°C，熔煉1.5小時；
[0026](3)采用鍛造成型，得到氣門毛坯；
[0027](4)進行調(diào)質熱處理，即在850°C下保溫lh，淬火，然后加熱到500°C，保溫2小時，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_、轉速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進行表面超聲處理，頻率控制在3-3.5萬赫茲，得到表面納米晶；
[0028](5)在350°C下進行滲氮處理；
[0029](6)采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理；
[0030](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線明弧自動堆焊機進行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預熱溫度為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)再次用銑床加工進行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。[0032]實施例2
[0033]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工耐磨進氣門，具體步驟如下:
[0034](1)配料，所用合金材料重量百分比成分為:C: 0.40% ；S1:0.27% ；Mo: 0.5% ；Mn:0.80% ；Nb:0.2% ;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)采用真空感應爐熔煉，溫度1650°C，熔煉I小時；
[0036](3)采用鍛造成型，得到氣門毛坯；
[0037](4)進行調(diào)質熱處理，即在850°C下保溫1.5h，淬火，然后加熱到500°C，保溫2小時，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、轉速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進行表面超聲處理，頻率控制在3-3.5萬赫茲，得到表面納米晶；
[0038](5)在360°C進行滲氮處理；
[0039](6)采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理；
[0040](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線明弧自動堆焊機進行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預熱溫度為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)再次用銑床加工進行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0042]實施例3
[0043]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工耐磨進氣門，具體步驟如下:
[0044](I)配料，所用合金材料重量百分比成分為:C: 0.34% ；S1:0.25% ；Mo: 0.75% ；Mn:0.60% ；Nb:0.3% ;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)采用真空感應爐熔煉，溫度1630°C，熔煉1.2小時；
[0046](3)采用鍛造成型，得到氣門毛坯；
[0047](4)進行調(diào)質熱處理，即在800°C下保溫lh，淬火，然后加熱到500°C，保溫2.5小時，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、轉速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進行表面超聲處理，頻率控制在
3-3.5萬赫茲，得到表面納米晶；
[0048](5)在330°C進行滲氮處理；
[0049](6)采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理；
[0050](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線明弧自動堆焊機進行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預熱溫度為480°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)再次用銑床加工進行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0052]實施例4
[0053]經(jīng)表面納米化、低溫滲氮、堆焊鎢鋯合金等工藝加工耐磨進氣門，具體步驟如下:
[0054](I)配料，所用合金材料重量百分比成分為:C: 0.36% ；S1:0.22% ；Mo: 0.5% ；Mn:0.67% ；Nb:0.25% ；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)采用真空感應爐熔煉，溫度1600°C，熔煉I小時；
[0056](3)采用鍛造成型，得到氣門毛坯；
[0057](4)進行調(diào)質熱處理，即在830°C下保溫lh，淬火，然后加熱到500°C，保溫2小時，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_、轉速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進行表面超聲處理，頻率控制在3-3.5萬赫茲，得到表面納米晶；
[0058](5)在350°C進行滲氮處理；
[0059](6)采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理；
[0060](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線明弧自動堆焊機進行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預熱溫度為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)再次用銑床加工進行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0062]實施例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氣門，具體步驟如下:
[0064](I)配料，所用合金材料重量百分比成分為:C: 0.36% ；S1:0.17% ；Mo: 0.9% ；Mn:0.66% ；Nb:0.35% ；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)采用真空感應爐熔煉，溫度1640°C，熔煉1.0小時；
[0066](3)采用鍛造成型，得到氣門毛坯；
[0067](4)進行調(diào)質熱處理，即在850°C下保溫1.5h，淬火，然后加熱到500°C，保溫2.5小時，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、轉速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m ;最后在室溫條件下進行表面超聲處理，頻率控制在
3-3.5萬赫茲，得到表面納米晶；
[0068](5)在360°C進行滲氮處理；
[0069](6)采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理；
[0070](7)在錐面堆焊鎢鋯合金，使用ARC-NMP7-1型在線明弧自動堆焊機進行堆焊鎢鋯合金，工藝參數(shù)為:預熱溫度為500°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)再次用銑床加工進行表面光潔度處理，得到最終的零件尺寸。
[0072]測試以上實施例與對比例(調(diào)制處理的40Cr合金材料)的表面硬度、磨損率、臺架試驗壽命(數(shù)據(jù)見表1)，可以看到，本發(fā)明的硬度、磨損性能與壽命都大大提高。
[0073]表1材料的表面硬度、磨損率與臺架試驗壽命
[0074]
【權利要求】
1.一種耐磨進氣門，其特征在于，該進氣門采用的合金成分重量百分比范圍為:C:0.32 ~0.40% ；S1:0.17 ~0.27% ；Mo:0.5 ~1.2% ；Μη:0.50 ~0.80% ；Nb:0.2 ~0.5% ；Cr:0.80 ~1.10% ；ff:0.50 ~1.0% ;余量為純度為 99.8% 的 Fe。
2.根據(jù)權利要求1所述的耐磨進氣門，其特征在于，所述純度為99.8%的Fe中的雜質重量百分比含量為:N1: ( 0.030% ；P:≤0.015 ；S:≤0.015 ；Cu: ( 0.010%。
3.權利要求1或2所述的耐磨進氣門的制備方法，其特征在于，包括如下工藝步驟: (1)按照合金成分范圍準備配料，將合金材料混合均勻； (2)采用真空感應爐熔煉，溫度控制在1600~1650°C，熔煉I~1.5小時； (3)采用鍛造或軋制方式成型，得到進氣門毛坯； (4)進行調(diào)質熱處理，再切削加工，表面超聲處理，得到表面納米晶； (5)在330~360°C進行滲氮處理； (6)采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理； (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行表面處理，控制表面光潔度。
4.根據(jù)權利要求3所述的耐磨進氣門的制備方法，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，最后空氣冷卻。
5.根據(jù)權利要求3所述的耐磨進氣門的制備方法，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、轉速200r/min ;沖擊頭的振幅為5 μ m。
6.根據(jù)權利要求3所述的耐磨進氣門的制備方法，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3-3.5萬赫茲的條件下進行的。
7.根據(jù)權利要求3所述的耐磨進氣門的制備方法，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下預熱，焊接電壓為300V，電流900A。
【文檔編號】F01L3/02GK103627956SQ201310636337
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)國 申請人:江蘇科技大學