一种耐磨进气门的制备方法

摘要

本发明公开了一种耐磨进气门及其制备方法。本发明的进气门采用的合金成分重量百分比范围为：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%；余料为Fe。该进气门经表面纳米化、低温渗氮、堆焊钨锆合金等工艺加工而成。本发明的进气门的表面强度大、硬度高、耐磨性能好、寿命高。

权利要求

1.一种耐磨进气门的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：(1)按照合金成分范围准备配料，将合金材料混合均匀，其中，该进气门采用的合金成分重量百分比范围为：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％；余量为纯度为99.8％的Fe，所述纯度为99.8％的Fe中的杂质重量百分比含量为：Ni：≤0.030％；P：≤0.015；S：≤0.015；Cu：≤0.010％；

(2)采用真空感应炉熔炼，温度控制在1600～1650℃，熔炼1～1.5小时；

(3)采用锻造或轧制方式成型，得到进气门毛坯；

(4)进行调质热处理，再切削加工，表面超声处理，得到表面纳米晶；

(5)在330～360℃进行渗氮处理；

(6)采用铣床加工对锥面进行表面光洁度处理；

(7)在锥面堆焊钨锆合金，其中钨的含量为40～60％，锆为余量；

(8)采用铣床加工再次进行表面处理，控制表面光洁度。

2.根据权利要求1所述的耐磨进气门的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的调质热处理的步骤为在800-850℃下保温1-1.5h，淬火，然后加热到450-500℃，保温2-2.5小时，最后空气冷却。

3.根据权利要求1所述的耐磨进气门的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的切削加工的加工条件为：冲击工作头为球形，输出端圆弧半径为2mm、转速200r/min；冲击头的振幅为5μm。

4.根据权利要求1所述的耐磨进气门的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述表面超声处理是在室温下、频率控制在3-3.5万赫兹的条件下进行的。

5.根据权利要求1所述的耐磨进气门的制备方法，其特征在于，步骤(7)中锥面堆焊钨锆合金的工艺参数为：在450℃下预热，焊接电压为300V，电流900A。

说明书

一种耐磨进气门的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及机械制造及金属材料领域，尤其涉及一种耐磨进气门及其制备方法。

背景技术

[0002] 气门是发动机的关键零件之一，它是用来打开或关闭进、排气道的直接零件。气门分为进气门与排气门，空气通过进气门进入发动机气缸内与燃料混合燃烧，燃烧后产生的废气通过排气门排出气缸，从而实现新鲜空气进入气缸燃烧产生车辆行驶的动力并排除废气。目前发动机一般设有多个气门。常见的是每个汽缸布置有4个气门，4汽缸的发动机一共有16个气门。这种多气门结构容易形成紧凑型燃烧室，喷油嘴在中央，这样可以令油气混合气燃烧更迅速、更均匀，各气门的重量和开度适当地减小，使气门开启或闭合的速度更快。

[0003] 发动机的工作特点要求进气门要具备耐磨擦、耐高温、耐疲劳、高韧性等特征，气门材料的性能直接影响到发动机的性能。由于该项技术的高度商业价值及高度的商业机密性，关于气门材料及其加工工艺方面的相关报道极少。目前国内的气门材料有40Cr、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、21-4N和23-8N等少数几种。然而，我国目前的气门寿命尚不及国外先进水平的三分之一。

[0004] 发明专利102493853A提出了采用TiA1基金属间化合物作为气门材料。这种材料在耐高温方面能够得到很大的提升，然而，其韧性尚达不到工业应用的标准，并且存在价格昂贵的问题。

发明内容

[0005] 发明目的：针对现有技术存在的问题与不足，本发明的目的是提供一种成本适中的耐磨进气门及其制备方法。

[0006] 技术方案：为实现上述技术方案，本发明提供了的一种耐磨进气门，该进气门采用的合金成分重量百分比范围为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％；余量为纯度为
99.8％的Fe。其中，纯度为99.8％的Fe中的杂质重量百分比含量为：Ni：≤0.030％；P：
≤0.015；S：≤0.015；Cu：≤0.010％。

[0007] 上述耐磨进气门的制造方法，包括如下工艺步骤：

[0008] (1)按照合金成分范围准备配料，将合金材料混合均匀；

[0009] (2)采用真空感应炉熔炼，温度控制在1600～1650℃，熔炼1～1.5小时；

[0010] (3)采用锻造或轧制方式成型，得到进气门毛坯；

[0011] (4)进行调质热处理，再切削加工，表面超声处理，得到表面纳米晶；

[0012] (5)在330～360℃进行渗氮处理；

[0013] (6)采用铣床加工对锥面进行表面光洁度处理；

[0014] (7)在锥面堆焊钨锆合金，其中钨的含量为40～60％，锆为余量；

[0015] (8)采用铣床加工再次进行表面处理，控制表面光洁度。

[0016] 其中，步骤(4)中的调质热处理的步骤为在800-850℃下保温1-1.5h，淬火，然后加热到450-500℃，保温2-2.5小时，最后空气冷却。

[0017] 步骤(4)中所述的切削加工的加工条件为：冲击工作头为球形，输出端圆弧半径为2mm、转速200r/min；冲击头的振幅为5μm。

[0018] 步骤(4)中所述表面超声处理是在室温下、频率控制在3-3.5万赫兹的条件下进行的。

[0019] 步骤(5)中锥面堆焊钨锆合金的工艺参数为：在450℃下预热，焊接电压为300V，电流900A。

[0020] 有益效果：本发明的合金耐热性能优异、疲劳性能优异，Nb是重要的阻碍晶粒粗化的元素，由于加入了Nb，形成稀土相，耐磨性能大大提高，寿命增高，台架试验表明该合金气门的寿命是目前40Cr的2.5倍以上，经济效益显著。同时，本发明采用表面纳米化技术，使材料表面和整体的机械和化学性能得到不同程度的改善。表面纳米化在改善材料的摩擦磨损性能、提高材料表面的抗冲击性能、提高材料整体性能的同时不明显降低材料的韧性、改善材料表面的化学性能、提高材料的强度、硬度以及耐蚀性等方面都发挥了重要的作用。表面纳米化及低温渗氮的工艺是一种新型的复合表面强化手段，能够改善材料表面的耐磨性以及耐腐蚀性，同时，该技术能够改善传统渗氮的温度高、周期长等缺陷，在不改变基础材料性能的情况下大大提高了合金的表面强度、硬度与耐磨性。另一方面，合金采用堆焊钨锆合金，大大提高了锥面的耐高温性能、硬度与耐磨性。

具体实施方式

[0021] 以下各个实施例中所使用的纯度为99.8的Fe中杂质的重量百分比含量为：Ni：≤0.030％；P：≤0.015；S：≤0.015；Cu：≤0.010％。

[0022] 实施例1

[0023] 经表面纳米化、低温渗氮、堆焊钨锆合金等工艺加工耐磨进气门，具体步骤如下：

[0024] (1)配料，所用合金材料重量百分比成分为：C：0.32％；Si：0.17％；Mo：1.2％；Mn：0.50％；Nb：0.5％；Cr：0.80％；W：0.50％；余料为纯度为99.8％的Fe，将合金料 混合均匀；

[0025] (2)采用真空感应炉熔炼，温度1600℃，熔炼1.5小时；

[0026] (3)采用锻造成型，得到气门毛坯；

[0027] (4)进行调质热处理，即在850℃下保温1h，淬火，然后加热到500℃，保温2小时，最后空气冷却；再切削加工，加工条件为：冲击工作头为球形，输出端圆弧半径为2mm、转速200r/min；冲击头的振幅为5μm；最后在室温条件下进行表面超声处理，频率控制在3-3.5万赫兹，得到表面纳米晶；

[0028] (5)在350℃下进行渗氮处理；

[0029] (6)采用铣床加工对锥面进行表面光洁度处理；

[0030] (7)在锥面堆焊钨锆合金，使用ARC-NMP7-1型在线明弧自动堆焊机进行堆焊钨锆合金，工艺参数为：预热温度为450℃，焊接电压为30伏特、电流900安培，其中钨的含量为40％，锆为余量；

[0031] (8)再次用铣床加工进行表面光洁度处理，得到最终的零件尺寸。

[0032] 实施例2

[0033] 经表面纳米化、低温渗氮、堆焊钨锆合金等工艺加工耐磨进气门，具体步骤如下：

[0034] (1)配料，所用合金材料重量百分比成分为：C：0.40％；Si：0.27％；Mo：0.5％；Mn：0.80％；Nb：0.2％；Cr：1.10％；W：1.0％；余料为纯度为99.8％的Fe，将合金料混合均匀。

[0035] (2)采用真空感应炉熔炼，温度1650℃，熔炼1小时；

[0036] (3)采用锻造成型，得到气门毛坯；

[0037] (4)进行调质热处理，即在850℃下保温1.5h，淬火，然后加热到500℃，保温2小时，最后空气冷却；再切削加工，加工条件为：冲击工作头为球形，输出端圆弧半径为2mm、转速200r/min；冲击头的振幅为5μm；最后在室温条件下进行表面超声处理，频率控制在3-3.5万赫兹，得到表面纳米晶；

[0038] (5)在360℃进行渗氮处理；

[0039] (6)采用铣床加工对锥面进行表面光洁度处理；

[0040] (7)在锥面堆焊钨锆合金，使用ARC-NMP7-1型在线明弧自动堆焊机进行堆焊钨锆合金，工艺参数为：预热温度为450℃，焊接电压为30伏特、电流900安培，其中钨的含量为60％，锆为余量；

[0041] (8)再次用铣床加工进行表面光洁度处理，得到最终的零件尺寸。

[0042] 实施例3

[0043] 经表面纳米化、低温渗氮、堆焊钨锆合金等工艺加工耐磨进气门，具体步骤如下：

[0044] (1)配料，所用合金材料重量百分比成分为：C：0.34％；Si：0.25％；Mo：0.75％；Mn：0.60％；Nb：0.3％；Cr：1.00％；W：0.80％，余料为纯度为99.8％的Fe，将合金料混合均匀；

[0045] (2)采用真空感应炉熔炼，温度1630℃，熔炼1.2小时；

[0046] (3)采用锻造成型，得到气门毛坯；

[0047] (4)进行调质热处理，即在800℃下保温1h，淬火，然后加热到500℃，保温2.5小时，最后空气冷却；再切削加工，加工条件为：冲击工作头为球形，输出端圆弧半径为2mm、转速200r/min；冲击头的振幅为5μm；最后在室温条件下进行表面超声处理，频率控制在3-3.5万赫兹，得到表面纳米晶；

[0048] (5)在330℃进行渗氮处理；

[0049] (6)采用铣床加工对锥面进行表面光洁度处理；

[0050] (7)在锥面堆焊钨锆合金，使用ARC-NMP7-1型在线明弧自动堆焊机进行堆焊钨锆合金，工艺参数为：预热温度为480℃，焊接电压为30伏特、电流900安培，其中钨的含量为45％，锆为余量；

[0051] (8)再次用铣床加工进行表面光洁度处理，得到最终的零件尺寸。

[0052] 实施例4

[0053] 经表面纳米化、低温渗氮、堆焊钨锆合金等工艺加工耐磨进气门，具体步骤如下：

[0054] (1)配料，所用合金材料重量百分比成分为：C：0.36％；Si：0.22％；Mo：0.5％；Mn：0.67％；Nb：0.25％；Cr：0.87％；W：0.68％；余料为纯度为99.8％的Fe，将合金料混合均匀；

[0055] (2)采用真空感应炉熔炼，温度1600℃，熔炼1小时；

[0056] (3)采用锻造成型，得到气门毛坯；