BRPI0822931B1

BRPI0822931B1 - Válvula de gatilho de exaustão monobloco e método de tratamento térmico de solubilização da mesma

Info

Publication number: BRPI0822931B1
Application number: BRPI0822931-7A
Authority: BR
Inventors: Tanaka Yasuhito; Yokoyama Hisanaga
Original assignee: Nittan Valve Co., Ltd.
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2018-02-06
Also published as: BRPI0822931A2; KR101269063B1; EP2327804A4; JPWO2010010636A1; CN102105603A; JP5383682B2; WO2010010636A1; BRPI0822931B8; US8689761B2; CN102105603B; US20110126791A1; KR20110031418A; EP2327804B1; HK1158707A1; EP2327804A1

Description

(54) Título: VÁLVULA DE GATILHO DE EXAUSTÃO MONOBLOCO E MÉTODO DE TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUBILIZAÇÃO DA MESMA (51) Int.CI.: C21D 1/10; C21D 9/00 (73) Titular(es): NITTAN VALVE CO., LTD.

(72) Inventor(es): YASUHITO TANAKA; HISANAGA YOKOYAMA / 21 “VÁLVULA DE GATILHO DE EXAUSTÃO MONOBLOCO E MÉTODO DE TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUBILIZAÇÃO DA MESMA” CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção a uma válvula de gatilho de exaustão integrada compreendendo uma parte de tampa munida de uma parte de sede formada sobre a sua periferia externa. Uma parte de haste linear e uma parte de pescoço diametralmente de forma cônica da parte de haste, a válvula de gatilho de exaustão caracterizada pelo fato de uma região predeterminada da válvula de gatilho ser seletivamente submetida a um tratamento de solução térmica; A invenção também trata de um método de tratamento de solução térmica, tal como uma válvula de gatilho de exaustão deste tipo.

FUNDAMENTOS TÉCNICOS [002] Este tipo de válvula de exaustão pode ser forjado de um aço termorresistente austenítico incluindo níquel. A válvula forjada em causa tem uma tamanho de grão conforme a ASTM (American Society for Testing and Materials) de 11 ou maior tem uma excelente resistência à tração e outras propriedades de baixa temperatura; Todavia, em virtude do fato da parte de tampa ser exposta a ar de exaustão quente, é proposto no documento de patente 1 submeter a parte de tampa a uma solução de tratamento térmico para dessa maneira engrossar os grãos naquela parte, dessa forma assegurando as propriedades de alta-temperatura (particularmente a propriedade termo resistente da face da parte de tampa).

[003] O documento de patente 1 apresenta uma válvula de gatilho em uma só peça que compreende uma parte de tampa que tem uma parte de sede formada sobre a sua periferia externa e é monobloco com uma parte de pescoço diametralmente de forma cônica de uma parte de haste linear, em que a válvula é externamente submetida a um tratamento de solução térmica pela face da parte de tampa para que a parte de tampa tenha uma dimensão de granulação grosseira e propriedades desejadas de resistência à alta

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 12/42 / 21 temperatura, e em que a válvula apresenta granulação mais fina no sentido da parte de haste para que a parte de haste tenha uma boa ductilidade à baixa temperatura e resistência a fluência. O documento de patente 1 também. apresenta um método de tratamento térmico de solubilização da dita válvula. [004] Documento de Patente 1: Publicação de Patente JP no 04027283

EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO

OBJETIVOS DA INVENÇÃO [005] Todavia, no tratamento térmico de solubilização de uma válvula por solução térmica de acordo com o documento de patente 1, a válvula.de gatilho se ressente dos seguintes problemas. Um primeiro problema é que os grãos se tornam mais grosseiros na parte de sede, uma vez que a inteira parte de tampa é submetida a tratamento térmico de solubilização. Isto faz com que a parte de sede (que confina contra a sede de válvula de uma passagem de ar de exaustão) para reduzir a sua dureza (resistência a fluência) apreciavelmente. Na realidade, verificou-se pelos experimentos da requerente que a dureza Vickers da válvula é de 316 à temperatura ambiente, porém, decresce para 190 após ser aquecida à 500°C. [006] Um segundo problema é que a resistência à fluência a alta temperatura entre a parte de pescoço e a parte de haste não é aperfeiçoada no método da técnica precedente a despeito do fato desta região ser exposta ao ar de exaustão aquecido e tornar-se mais quente durante um período de abertura da válvula.

[007] Mediante o exame destes problemas, a requerente da presente invenção verificou as fontes dos problemas. Com relação ao primeiro problema da dureza da parte de sede ser reduzida no tratamento térmico da solução da parte de tampa, se apresenta primeiramente como resultado do crescimento dos grãos, especialmente em um aço termorresistente austenítico compreendendo Níquel. Em segundo lugar, é devido parcialmente à

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 13/42 / 21 dissolução da maioria dos precipitantes de carboneto na liga, e em terceiro lugar devido em parte à liberação da deformação residual criada no forjamento da válvula.

[008] Na solução do segundo problema, a requerente acredita que o tratamento em solução é desnecessário para assegurar propriedades de alta temperatura na extremidade inferior da parte de tampa, uma vez que a parte de tampa é resfriada pela condução de calor pela culatra de cilindro enquanto em contato com a mesma, e que de preferência o tratamento de solução térmica é aplicado a uma região de transição definida entre a parte e a parte de haste (a região doravante designada de região de transição de colo/haste) para assegurar a resistência ao arraste à alta temperatura na região de colo/haste. [009] Assim, a requerente chegou à conclusão que aplicando um tratamento térmico de solubilização somente à região de pescoço-haste predeterminada de uma válvula forjada de grão fino de tal modo que os carbonetos precipitados não se tornem plenamente dissolvidos no tratamento térmico e que a tamanho de grão na região é controlada para ser mais grosseira que aquelas nas outras regiões, desse modo assegurando uma resistência ao arraste à alta temperatura requerida na região de transição de colo/haste que é exposta à gás de combustão aquecido e uma dureza requerida (resistência a fluência na parte de sede da parte de tampa.

[0010] Esta observação foi verificada pelos testes realizados pela requerente que os conduziu ao presente pedido.

[0011] Em virtude dos problemas pertinentes na técnica anterior acima, a presente invenção é dirigida a assegurar uma válvula de gatilho de exaustão forjada, a parte de sede da qual tem uma resistência a fluência necessária e cuja região de haste/colo tem uma resistência ao arraste à alta temperatura satisfatória após um tratamento de solução térmica ser seletivamente conferido à região de colo/haste de transição predeterminada. A invenção é também dirigida a um método de tratamento térmico de

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 14/42 / 21 solubilização de uma válvula forjada para proporcionar a dita válvula de gatilho como descrita acima.

DISPOSITIVOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS [0012] De acordo com um aspecto da invenção conforme definida na reivindicação 1, é apresentada uma válvula de gatilho de exaustão em uma só peça compreendendo uma parte de tampa que tem uma parte de sede formada sobre sua periferia externa e é integrada com a parte de pescoço diametralmente de forma cônica de uma parte de haste linear da válvula, a válvula de gatilho caracterizada pelo fato de que os grãos em uma região de haste/colo de transição predeterminada (definida entre as partes de pescoço e haste) requerem que a resistência a fluência à alta temperatura seja controlada para ser mais grosseira que aquelas nas outras regiões aplicando-se à mesma um tratamento térmico de solubilização enquanto se resfria a parte de cabeça. [0013] Pelo termo “região de transição predeterminada da válvula requerendo resistência a fluência à alta temperatura”, entende-se a região de transição definida entre a parte de pescoço e a parte de haste que é exposta a gás de combustão quente ventilado no interior da passagem de exaustão através de um intervalo entre a parte de sede e a sede de válvula durante um período de abertura da válvula. Assim a região de transição torna-se muito quente. Esta região tem uma extensão axial predeterminada se estendendo entre a parte de pescoço diametralmente de forma cônica e a parte de haste linear da válvula. A extensão e a parte axial da região dependem, por exemplo, de inclinação de parte de sede assim como perfil da passagem de exaustão. A região pode somente incluir a haste de haste sem a parte de pescoço.

[0014] A válvula pode ser construída de um aço resistente ao calor incluindo níquel de liga resistente ao calor à base de níquel, conforme definida na reivindicação 2. De qualquer modo, a dimensão do grão na região predeterminada requerendo resistência a fluência à alta temperatura de

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 15/42 / 21 preferência é controlada no tratamento de solução térmica de modo a não exceder ASTM 10.

[0015] Mais especificamente, quando a válvula é construída de um aço austenítico resistente ao calor incluindo níquel, a região predeterminada requerendo resistência a fluência sob alta temperatura de preferência é submetida a um tratamento de solução térmica que de preferência não resulte em completa dissolução de carbonetos precipitados.

[0016] Observa-se aqui que o termo “tratamento de solução térmica” significa um método em que uma liga é aquecida a uma temperatura para permitir que materiais precipitados sejam dissolvidos suficientemente na liga, a seguir resfriados enquanto suprimindo a precipitação dos precipitantes dissolvidos.

[0017] O termo “completa dissolução de carbonetos precipitados” significa completa dissolução de carbonetos precipitados para materiais precipitados na liga. O termo “tratamento de solução térmica que não resulte em completa dissolução de carbonetos precipitados” é um tratamento de solução térmica de uma liga em que carbonetos precipitados na liga não serão completamente dissolvidos antes de liga ser resfriada enquanto suprimindo reprecipitação dos precipitantes dissolvidos.

(Função) [0018] Válvulas gatilho de exaustão forjadas, fabricadas por intermédio de forjamento por recalque, por exemplo, têm grãos finos. (Por exemplo, SUH 35 têm um tamanho de grão de ASTM 11 ou maior.) Os grãos na região de transição haste-pescoço que é exposta ao gás de combustão quente durante um período de abertura de válvula são controlados no tratamento térmico de solubilização para se tornarem mais ásperos que aqueles nas demais regiões (com a tamanho de grão na faixa 6-10 ASTM, por exemplo, no caso da válvula SUH 36). Assim, a região de transição de hastepescoço predeterminada adquire uma resistência a fluência à alta temperatura

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 16/42 / 21 predeterminada requerida.

[0019] Por outro lado, aquelas regiões não submetidas ao tratamento de solução térmica (isto é, outras regiões além de região de haste-pescoço de transição predeterminada) a tamanho de grão fino forjado (ASTM 11 ou maior no caso da válvula SUH 35). Assim, a parte de cabeça e a parte de haste ambas retêm um tamanho de grão necessária para a dureza requerida (ou resistência a fluência). Em consequência, a parte extrema terminal e a parte contra-montada da haste podem preservar uma alta resistência desgaste e tenacidade. O mesmo se aplica à parte de haste que entra em contato deslizante com uma guia de válvula.

[0020] Quando a válvula é construída de um aço austenítico resistente ao calor incluindo carbonetos de níquel que se precipitarem no seu interior anteriormente ao tratamento térmico de solubilização permanecem parcialmente não dissolvidos mesmo após o tratamento térmico de solubilização, desse modo dotando a região de transição de haste-pescoço da dureza necessária.

[0021] No método de acordo com a reivindicação 4, um tratamento térmico de solubilização é aplicado a uma válvula de gatilho de exaustão em uma só peça que compreende uma parte de cabeça que tem uma parte de sede formada sobre a sua periferia externa e é monobloco com a parte de pescoço diametralmente de forma cônica de uma parte de haste linear da válvula de tal maneira que o tratamento térmico de solubilização é aplicado a uma região predeterminada (pescoço-haste de transição) da válvula requerendo resistência a fluência a alta temperatura enquanto se resfria a parte de cabeça para tornar os grãos na região predeterminada mais grosseiros do que nas outras regiões.

[0022] O método de acordo com a reivindicação 4 pode ser aplicado a uma válvula de gatilho de exaustão construída de um aço austenítico resistente ao calor incluindo níquel ou de uma liga resistente ao calor à base

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 17/42 / 21 de Ni de tal maneira que, como definido na reivindicação 5, o tratamento térmico de solubilização é aplicado à uma região requerendo resistência à desgaste por alta temperatura por intermédio de um aparelho aquecedor de alta frequência enquanto resfriando a parte de cabeça de modo a tornar a tamanho de grãos na região predeterminada igual a ou inferior a ASTM 10 kHz.

[0023] Mais especificamente, quando a válvula é construída de um aço austenítico resistente ao calor incluindo níquel, é preferível conferir à região predeterminada por solução térmica de tal maneira que o tratamento térmico de solubilização não resulte em completa dissolução de carbonetos precipitados, resfriando a parte de cabeça, como definido de acordo com a reivindicação 6, desse modo suprimindo a redução em dureza da parte de cabeça que pode de outro modo ser causada pelo tratamento de solução térmica.

[0024] (Função) [0025] De maneira a aplicar o dito tratamento térmico de solubilização como descrito acima somente à região predeterminada de uma válvula, um aparelho aquecedor por alta frequência é de preferência usado, uma vez que o aparelho pode seletivamente aquecer somente a região predeterminada.

[0026] Além disso, quando a válvula é fabricada de um aço austenítico resistente ao calor SUH incluindo níquel SUH 35 por exemplo, é preferível aquecer a liga a uma temperatura acima de 1100°C para permitir que os grãos cresçam. Por outro lado, para prevenir completa dissolução de carbonetos, é preferível não aquecer a liga acima de 1200°C, se a liga é aquecida a uma temperatura superior a 1200°C no tratamento, carbonetos precipitados serão completamente dissolvidos, o que resultará em redução na dureza da liga, embora a dureza possa ser recuperada por um tratamento de envelhecimento prolongado de maneira inviável. Assim, de maneira a crescer

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 18/42 / 21 grãos na liga SUH35, por exemplo, sem dissolver por completo os carbonetos precipitados, e sem aliviar completamente a deformação residual introduzida no forjamento. É preferível submeter a região de pescoço-haste de transição predeterminada a um tratamento térmico de solubilização na faixa de 1100°C a 1200°C enquanto resfriando positivamente a parte de cabeça 12. Esta condição de aquecimento é também o caso com as válvulas SUH38.

[0027] Por outro lado, distintamente do aço austenítico resistente ao calor inclui válvulas de níquel, inexiste requisito de definir temperatura para válvulas construídas de uma liga termo resistente à base de níquel, INCONEL 751 por exemplo, para evitar completa dissolução de carbonetos precipitados, uma vez que nenhum carboneto é precipitado na liga. Para permitir o crescimento de cristais nesta liga, é preferível aquecer a liga a uma temperatura acima de 1000°C, porém não acima de 1200°C, uma vez que a tenacidade e propriedade anti-desgaste serão reduzidas se a liga é aquecida acima de 1200°C. Assim, de preferência a liga é aquecida na faixa de 1000 e 1200°C.

[0028] Como um exemplo de tratamento térmico de solubilização por intermédio de um aparelho de aquecimento por radiofrequência, uma válvula é gradualmente aquecida a uma temperatura predeterminada entre 1100 e 1200°C através de pelo menos 20 segundos, e retida a esta temperatura durante pelo menos 20 segundos, e a seguir submetida a resfriamento rápido. Como um exemplo alternativo, uma válvula pode ser submetida a um tratamento de solubilização que envolve sequências de aquecimento e resfriamento rápido, em que em cada sequência a válvula é rapidamente aquecida a cerca de 900°C, retida a esta temperatura durante pelo menos 20 segundos, e a seguir rapidamente elevada a uma temperatura entre 1100 e 1200°C e retida a esta temperatura durante pelo menos 20 segundos antes de ser resfriada.

[0029] Desta maneira, aquecendo o objeto a uma temperatura

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 19/42 / 21 predeterminada na faixa de 1100 a 1200°C por mais de vinte segundos após o objeto ser elevado àquela temperatura, os grãos nas inteiras regiões de colo/haste de transição predeterminadas inclusive internas assim como nas camadas de superfície da região, são crescidas a uma dimensão substancialmente uniforme sem causar completa dissolução dos carbonetos precipitados, a despeito do aquecimento por radiofrequência tender a aquecer as camadas superficiais mais rápido que o interior do objeto.

[0030] Aliás, ainda que o calor transferido pelo aparelho de aquecimento por radiofrequência para região de transição pescoço-haste predeterminada seja parcialmente conduzido para a parte de cabeça e a parte de haste, o calor conduzido não levará a parte de cabeça e a parte de haste a uma alta temperatura para causar a dissolução dos carbonetos precipitados e crescimento adicional dos grãos no seu interior. Assim, o tratamento de solubilização não afetará a resistência a fluência da parte de sede da parte de cabeça ou a resistência a fluência e a tenacidade da parte de haste.

[0031] O endurecimento por trabalho a frio causado por deformação residual induzida no forjamento resultará em satisfatória resistência a fluência, especialmente na parte de sede. Pode ser percebido, todavia, que a parte de sede da parte de cabeça pode ser recozida pelo calor conduzido da região de pescoço-haste de transição durante o tratamento térmico de solubilização e perder seu endurecimento por trabalho a frio, e assim a dureza; Todavia, uma vez a extremidade inferior da parte de cabeça é resfriada, a parte de cabeça, e assim a sua parte de sede, não será suficientemente aquecida para passar por recozimento durante o tratamento térmico de solubilização da região de haste-pescoço de transição. RESULTADOS DA INVENÇÃO [0032] O método inventivo de tratamento térmico de solubilização apresenta uma válvula de gatilho de exaustão extremamente durável compreendendo uma região de pescoço-haste de transição predeterminada

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 20/42 / 21 tendo uma resistência a fluência por alta temperatura requerida e uma parte de sede dotada de uma dureza suficiente (ou resistência a fluência).

[0033] Como resultado, a invenção habilita o uso de um aço austenítico resistente ao calor sem custo que contém uma ligeira porcentagem de níquel para obter uma válvula de gatilho de exaustão que pode ser usada à altas temperaturas e sob grandes cargas sem depositar uma dispendiosa liga resistente a desgaste sobre a parte a parte de sede de uma válvula de gatilho ou de exaustão ou fabricar a parte de cabeça e o lado da parte de cabeça da parte de haste utilizando uma dispendiosa liga termo resistente a base de níquel, como realizado na técnica anterior.

[0034] Se uma válvula fabricada de uma dispendiosa liga a base de níquel, a resistência a fluência da região de transição de pescoço-haste da válvula também pode ser otimizada pela invenção enquanto retendo alta dureza na parte de sede. Neste caso, a válvula de gatilho de exaustão pode ser usada com um motor de carga de carga elevada sem depositar uma dispendiosa liga resistente à desgaste sobre a parte de sede.

[0035] Além disso, uma vez que a parte de haste pode assegurar necessárias propriedades de baixa temperatura e uma resistência a fluência, a necessária resistência a fluência resistência à fadiga podem ser assegurar para a ranhura Cotter e a parte extrema terminal. Assim pode ser necessária a resistência à desgaste da parte de haste em contato com a guia de válvula. [0036] Outrossim, o método de tratamento térmico de solubilização inventivo pode ser exatamente aplicado somente à região de pescoço-haste de transição predeterminada de uma válvula sem perder a dureza de trabalho na parte de cabeça da válvula. Como resultado, a invenção pode proporcionar uma válvula de gatilho de exaustão altamente durável que tem não somente uma resistência a fluência à alta temperatura requerida na região de transição de pescoço-haste porém também tem uma dureza suficiente (resistência a fluência) na parte de sede.

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 21/42 / 21 [0037] Mais especificamente, como definido na reivindicação 6, a invenção pode proporcionar uma válvula de gatilho de exaustão a custo eficaz e durável construída de um aço austenítico resistente ao calor incluindo níquel, em que a região de transição haste-pescoço predeterminada tem uma resistência a fluência à alta temperatura requerida sem perder apreciavelmente sua dureza.

MODALIDADE IDEAL DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO [0038] A invenção passa a ser descrita em detalhe a seguir a título de exemplo com referência aos desenhos apensos.

[0039] As figs. 1 a 9 inclusive mostram uma válvula de gatilho de exaustão de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

[0040] Mais especificamente. A fig. 1 mostra uma vista lateral da válvula de gatilho.

[0041] A fig. 2 mostra uma vista em seção transversal de uma passagem de ar de exaustão de um motor de automóvel.

[0042] A fig. 3 mostra uma distribuição dimensional de grão de uma região termicamente tratada por solubilização da válvula.

[0043] As figuras 4(a) (b) mostram em seção transversal ampliada microestruturas em uma região termicamente tratada por solubilização e a região não tratada de uma válvula de gatilho, respectivamente.

[0044] A fig. 5 compara as porcentagens de alongamento por arraste nas regiões submetidas e não submetidas a tratamento térmico por solubilização.

[0045] A fig. 6 é um diagrama esquemático de um aparelho de aquecimento por rádio frequência para uso no tratamento térmico por solubilização de uma região de pescoço-haste de transição predeterminada da válvula de gatilho.

[0046] A fig. 7(a) ilustra uma modalidade de tratamento térmico por solubilização P1 executável em diferentes padrões de aquecimento P1-1 a P1Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 22/42 / 21 inclusive. A fig. 7(b) dimensões de grão resultantes na região termicamente tratada por solubilização submetida a padrões de aquecimento P-1-1 a P-1-3. [0047] As figs. 8(b) e 9(b) dimensões de grão resultante similares observadas nas regiões similares sob segunda e terceira modalidades de tratamento térmico por solubilização definidas nas figs. 8(a) e 8(b), respectivamente.

[0048] Nestas figuras, especialmente figs. 1 e 2, o numeral de referência 10 indica uma válvula de gatilho de exaustão compreendendo uma parte de cabeça genericamente em forma de disco 12 tendo uma parte de sede de forma cônica 14 sobre sua periferia externa. A parte de cabeça 12 é monobloco com a parte de pescoço diametralmente de forma cônica 16 de uma parte de haste linear 18. A válvula de gatilho é fabricada de um aço austenítico resistente ao calor SUH 35 por intermédio de forjamento por recalque ou forjamento por extrusão.

[0049] A válvula 10 é montada sobre um motor de tal maneira que possa deslizar sobre uma guia de válvula cilíndrica 31 fornecida adjacente a uma parte a uma passagem de ar de exaustão 30 do motor como mostrado na fig. 2. A válvula 10 é compelida para cima na fig. 2) por uma mola de compressão helicoidal 34 para que a parte de sede confine contra a sede de válvula anular 32 da passagem de ar de exaustão 30. O numeral de referência 40 se refere a uma came montada sobre a haste de came. O numeral de referência 42 se refere a um tucho previsto entre a came 40 e a extremidade superior da parte de haste 18.

[0050] A passagem de ar de exaustão 30 é aberta e fechada pela válvula 10 movida para cima e para baixo pela came em rotação. As figs. 2 (a) e 2 (b) ilustram condições fechada e aberta da passagem de ar de exaustão

30, respectivamente.

[0051] Após o forjamento, uma região de pescoço-haste de transição predeterminada A da válvula 10 entre a parte de pescoço 16 e a parte de haste

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 23/42 / 21 é submetida a um tratamento por solubilização térmica usando um aparelho aquecedor de rádio frequência 20 como mostrado na figura 6 para aperfeiçoar a resistência a fluência à alta temperatura da região A.

[0052] Observa-se que uma válvula forjada tem uma ótima tamanho de grão na faixa 11-12 da ASTM (como mostrado na fig. 4(a) e tem uma excelente resistência à baixa temperatura, porém, pode carecer de uma resistência à desgaste à alta temperatura desejada para a região de pescoçohaste predeterminada A (fig. 2(b) que é exposta a ar de exaustão aquecido A durante um período de abertura de válvula. Na presente invenção, um tratamento térmico de solubilização é aplicado à região A sem permitir completa dissolução de carbonetos precipitados para que a tamanho de grão na região de pescoço-haste de transição de haste-pescoço predeterminada A seja controlada para não exceder a tamanho de grão de ASTM 10 (como visto na figura 4(b), isto é, os grãos sejam mais grosseiros que estes nas partes restantes (ASTM 11-12) da válvula, desse modo assegurando suficiente resistência a fluência por alta temperatura na região A (fig. 5). Deve ser observado que, devido ao tratamento térmico de solubilização ser efetuado dentro de uma faixa de temperatura prescrita, os carbonetos precipitados na liga anteriormente ao tratamento térmico de solubilização) parcialmente permanecem não dissolutos na região de transição de haste-pescoço A mesmo após o tratamento térmico de solubilização, que de maneira apreciável suprime a redução em dureza na região A. Além disso, um decréscimo em dureza da região A causado pelo tratamento térmico de solubilização pode ser restaurado a um nível próximo ao pré-tratamento por um método de endurecimento por envelhecimento subsequente ao tratamento térmico de solubilização.

[0053] A fig. 5 compara a relação entre a taxa de alongamento por fluência (ordenadas) vs. temperatura de teste (abscissa) de uma válvula de tratamento térmico de solubilização 10 submetida a um tratamento de

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 24/42 / 21 endurecimento por envelhecimento de acordo com a invenção, com aquela de uma válvula não submetida a um tratamento térmico de solubilização (ou válvula recozida). Esta válvula 10 foi envelhecida a 750°C por uma hora, e usinada na forma de um produto final. É visto pela fig. 5 que a válvula comparativa (não tratada por dissolução térmica) tem uma taxa de alongamento extremamente baixa de 0,44% a 800°C, verificando excelente resistência à fluência da válvula inventiva à altas temperaturas.

[0054] Observa-se que a parte de cabeça 1 2 e a parte de haste 18, localizada no exterior da região de pescoço-haste de transição predeterminada e não submetida ao tratamento térmico de solubilização, mantém substancialmente o mesmo tamanho de grão fino acima de ASTM 11 como a de uma válvula recém forjada. Assim, a parte de cabeça 12 (inclusive a parte de face 14) e a parte de haste 15 mantém a dureza requerida (resistência a fluência).

[0055] Outrossim, observa-se que, resfriando positivamente a extremidade inferior da parte de cabeça 12 (isto é, uma extremidade inferior da válvula conforme visualizada na fig. 1) para suprimir a influência do calor transmitido para a parte de sede 14 (e desse modo para não liberar deformação residual na parte de cabeça 12, particularmente na parte de sede 14), a superfície da parte de cabeça 13 reteve i,a dureza Vickers de 460 à temperatura ambiente. A temperatura da parte de sede 25 pode se elevar a um nível tão alto quanto de 500°C durante o período de trabalho da válvula. Todavia, pode ser dito que a parte de sede 14 pode reter dureza Vickers suficiente à altas temperaturas, uma vez que a parte de sede tem dureza Vickers de 305 a 500°C.

[0056] De maneira a aplicar um tratamento térmico de solubilização somente à região de transição de haste-pescoço A da válvula 10, é preferível fazer uso de um aparelho aquecedor por radiofrequência 10 (como ilustrado na fig. 6), uma vez que pode de maneira seletiva aquecer uma região prescrita.

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 25/42 / 21 [0057] No caso de SUH 35, a liga de preferência é aquecida a um nível superior a 1100°C para permitir bom crescimento dos grãos. Por outro lado, de maneira a prevenir completa dissolução de carbonetos precipitados, a liga não deve ser aquecida acima de 1200°C. Por conseguinte, de maneira a permitir os grãos de uma válvula SIJH 35 a crescer sem completa dissolução de carbonetos precipitados, há conveniência em aquecer a válvula SUH 35 a uma temperatura igual a ou acima de 1100°C, porém, abaixo de 1200°C [0058] Por exemplo, o tratamento térmico de solubilização por intermédio de um aparelho aquecedor por rádio frequência pode ser efetuado para aquecer de maneira uniforme a região predeterminada A, isto é, de maneira uniforme a partir da superfície para o seu interior, retendo a região predeterminada A a uma temperatura predeterminada entre 1100 e 1200°C por um período de tempo prescrito após a região ser elevada a esta temperatura, conforme será descrito em detalhe a seguir, dessa forma permitindo os grãos na inteira região predeterminada A a crescer substancialmente à mesma tamanho de grão sem dissolver por completo os carbonetos precipitados.

[0059] Acidentalmente, o calor transmitido pelo aparelho aquecedor por radiofrequência 20 para a região de pescoço-haste de transição predeterminada A é conduzido em parte para a parte de cabeça 13 e a parte de haste 18. Todavia, este calor não aquecerá a parte de cabeça 12 e a parte de haste 18 a uma alta temperatura para causar completa dissolução dos carbonetos precipitados ou causar crescimento adicional de grãos no seu interior. Assim, o calor não afeta nem a resistência da parte de sede da parte de cabeça nem a resistência a fluência e a tenacidade da parte de haste.

[0060] É observado que uma válvula forjada 10, especialmente a parte de sede 14 da mesma, tem uma resistência a fluência superior devido à deformação residual gerada pelo encruamento no forjamento, poderia ser conjecturado, todavia, que durante um tratamento de encruamento a condução

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 26/42 / 21 de calor da região de pescoço-haste de transição predeterminada A recozeria este encruamento e reduziria a dureza da parte de sede 14, na realidade, todavia, o calor não elevará a temperatura da parte de sede 14 para causar o dito recozimento, uma vez que a parte de cabeça 13 é positivamente resfriada a partir de sua superfície extrema inferior, (conforme visualizado na figura 6) durante o tratamento por solubilização térmica.

[0061] Reportando-se às figs. 6-9, um método de tratamento térmico por solubilização da região de transição de pescoço-haste predeterminada A entre a parte de pescoço e a parte de haste de uma válvula 10 passa ser descrita a seguir em detalha.

[0062] Como mostrado na fig. 6, o aparelho aquecedor por radiofrequência 20 para desempenhar o tratamento de tratamento térmico por solubilização na região A de transição de pescoço-haste predeterminada tem uma placa de resfriamento metálica 22 sobre a qual a válvula 10 é assentada na posição vertical com a face da parte de cabeça 12 mantida em contato com a placa 22; e um par de bobinas 24 dispostas acima da placa metálica de resfriamento 22, para aquecimento da região A de haste-pescoço predeterminada;

[0063] As posições verticais e transversais das bobinas de aquecimentos geminadas 24 podem ser ajustadas em relação à placa metálica de refrigeração 22.

[0064] Prevista no interior da placa metálica de refrigeração 22 existe uma passagem de água de refrigeração circulatória 23, através da qual água de refrigeração é circulada quando o aparelho aquecedor 20 está em funcionamento. Como uma consequência, a parte de cabeça 12 é resfriada pela placa metálica de refrigeração 22 enquanto as bobinas 24 estão aquecendo a região de haste de pescoço de transição predeterminada A. A placa metálica de refrigeração 22 pode ser girada conjuntamente com a válvula 10 possa ser aquecida de maneira uniforme na direção radialmente

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 27/42 / 21 para dentro.

[0065] A região de haste-pescoço de transição predeterminada A da válvula 10 tem uma extensão de 15 mm, se estendendo de uma posição de 15 mm para uma posição de 30 mm com respeito à face da parte de cabeça 12 da válvula 10. Esta região é aquecida pelo ajuste da altura das bobinas geminadas de aquecimentos 24 do aparelho aquecedor por rádio frequência 20, como mostrado na figura 6. Durante o aquecimento, a placa metálica de resfriamento 22 é girada a 70 RPM para suprimir o aquecimento irregular da região A na direção circunferencial.

[0066] Levando em conta a profundidade de penetração da onda de aquecimento e a sequência da onda, a frequência do aparelho aquecedor 20 é estabelecida a 30 kHz. Em uma primeira configuração de aquecimento p-1-1 da modalidade de aquecimento P1 por intermédio do aparelho aquecedor RF 20, a região A é gradualmente aquecida a 1150°C por 20 segundos para aquecer de maneira uniforme o inteiro volume da região A, após o que a região retida àquela temperatura durante 10 segundos e a seguir é bruscamente resfriada, como mostrado na figura 7(a). Em uma segunda e uma terceira modalidade de aquecimento P-1-2 e P-1-3, respectivamente, a região A é retida a 1150°C por 20 segundos e 40 segundos, respectivamente, antes de rapidamente resfriar a óleo a região A.

[0067] Em uma segunda modalidade de aquecimento F2 como mostrada na fig. 8(a), a região A é gradualmente aquecida a 1150°C por 40 segundos, retida àquela temperatura por 10 segundos naquela configuração de aquecimento P2-1 para aquecer o inteiro volume da região A de maneira uniforme, e a seguir resfriada a óleo, nas configurações de aquecimentos P2-2 e P-2-3, a região é retida a 1150°C durante 20 segundos e 40 segundos, respectivamente, anterior ao resfriamento a óleo.

[0068] Em uma terceira modalidade de aquecimento P3 como mostrada na figura 9(a), a região A é rapidamente aquecida a 900°C, retida

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 28/42 / 21 aquela temperatura por 20 segundos, a seguir rapidamente aquecida a 1150°C e retida a esta temperatura por 20 segundos na configuração de aquecimento P-3-1 ou por 40 segundos na configuração de aquecimento P-3-2 antes da região A ser resfriada a óleo.

[0069] As figs. 7(b), 8(b), e 9(b) respectivamente mostram como grãos na camada superficial e interior da região A se alteram gradualmente subsequente a um tratamento térmico de solubilização na modalidade de aquecimento P1, P2 e P3. As dimensões de grão na região A são medidas a alturas de 15 mm, 24 mm e 50 mm em relação à face da parte de cabeça 12, como mostrado na fig. 3.

[0070] Reportando-se à fig. 7, é mostrado com as dimensões de grão variam em três configurações de aquecimentos P1-1, P1-2 e P1-3 de modalidade de aquecimento P1, nas quais a faixa inicial de tamanho de grão na região A, se altera de ASTM 11-12 para ASTM 7,5-11 na configuração de aquecimento P1-1 (consistindo de aquecimento por 20 segundos, retenção de calor por 10 segundos, e subsequente resfriamento a óleo) e, na configuração de aquecimento P-1-2 (consistindo de aquecimento por 20 segundos, retenção de calor por 20 segundos e subsequente resfriamento a óleo), favoravelmente se altera para ASTM 7,5-10. Em contraste. Na configuração de aquecimento P-1-3 (consistindo de aquecimento por 20 segundos, retenção de calor por 40segundos, e subsequente resfriamento rápido), um tamanho de grão mais grosseira resulta em relação à configuração de aquecimento P1-2. Todavia, esta configuração de aquecimento requer 20 segundos extras para retenção de calor extra da região A quando comparada com a configuração de aquecimento P1-2 para retenção de calor extra.

[0071] Reportando-se à fig. 8, é mostrado como as dimensões de grão nas configurações de aquecimentos P2-1, P2-2 e P2-3 da modalidade de aquecimento P2. É visto que a faixa inicial de tamanho de grão na região A se altera de ASTM 11-12 para ASTM 7,5-10 na configuração de aquecimento PPetição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 29/42 / 21

P2-1 (consistindo de aquecimento por 40 segundos, retenção de calor por 10segundos e subsequente resfriamento a óleo) e, na configuração de aquecimento P2-2 (consistindo de aquecimento por 40 segundos, retenção de calor por 20 segundos, e subsequente resfriamento a óleo) se altera de maneira favorável para ASTM 7.0-9.0. Observa-se que na configuração de aquecimento P2-3 (consistindo de aquecimento por 40 segundos e subsequente resfriamento a óleo, a alteração no tamanho de grão é quase a mesma como na configuração de aquecimento P2-2.

[0072] Reportando-se à fig. 9, são ilustradas alterações nas dimensões de grão nas configurações de aquecimentos P2-1, P3-2 e P3-3 da modalidade de aquecimento P3; a faixa inicial de tamanho de grão na região A favoravelmente se altera de ASTM 11-12 para ASTM 7,5-10 na configuração de aquecimento P3-1 (consistindo de pré-aquecimento por 20 segundos, retenção de calor por 20 segundos, e subsequente resfriamento a óleo) a faixa ASTM favoravelmente se altera para ASTM 7.0 na configuração de aquecimento P3-2 (consistindo de pré-aquecimento de 20 segundos, retenção de calor de 40 segundos, e subsequente resfriamento a óleo). Todavia, retenção de calor extra por 20 segundos é requerida na configuração de aquecimento P2-2.

[0073] Deve ser entendido que no exemplo aqui ilustrado o tratamento térmico de solubilização é controlado para aquecer a região de pescoço-haste de transição A através do período de 10-30 mm com respeito à face da parte de cabeça. Todavia, a extensão da região a ser submetida a tratamento térmico de solubilização (isto é, região requerendo resistência ao arraste por alta temperatura) depende das características específicas do motor e das válvulas usadas.

[0074] O resfriamento é genericamente usado subsequente a um aquecimento para reter satisfatória solubilidade de sólidos de liga na região A. Embora resfriamento a óleo seja usado no tratamento térmico de solubilização

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 30/42 / 21 acima, resfriamento por água pode ser alternativamente usado.

[0075] Outrossim, se a placa metálica de resfriamento22 tiver uma capacidade térmica suficiente e uma satisfatória condutividade de calor, nenhuma água de resfriamento pode ser necessária.

[0076] Além disso, em lugar do SUH 35, um aço austenítico resistente ao calor tal como SUH 38 ou uma liga termo resistente à base de níquel tal como INCONEL 751 pode ser usada como um material alternativo para a válvula 10. Quando SUH 38 é a matéria prima da válvula 10, um tamanho de grão desejada na região A de transição de haste-pescoço predeterminada que requer resistência a fluência à alta temperatura está na faixa de ASTM 6-10, que é a mesma para a válvula SHH 35. Todavia, quando uma liga termo resistente à base de níquel, p.ex. INCONEL 751, constitui a matéria prima para a válvula 10, um tamanho de grão preferencial está na faixa ASTM 4-10.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS [0077] A fig. 1 mostra uma vista em elevação lateral de uma válvula de gatilho de exaustão de acordo com uma primeira modalidade da invenção. [0078] A fig. 2 mostra uma vista em corte transversal de um motor de automóvel tomada ao longo de uma linha próxima a uma passagem de ar de exaustão.

[0079] A fig. 3 mostra uma distribuição de tamanho de grão (ASTM) em uma região termicamente tratada por solução.

[0080] A fig. 4 mostra um corte transversal ampliado de uma região não termicamente tratada em solução (4(a)) e uma região não termicamente tratada por solução (4(b)), mostrando em detalhe as microestruturas no seu interior.

[0081] A fig. 5 compara as porcentagens de alongamento por arraste de um material submetido e não submetido a um tratamento térmico de solubilização.

Petição 870170074971, de 03/10/2017, pág. 31/42 / 21 [0082] A fig. 6 é um diagrama esquemático de um aparelho aquecedor por radiofrequência para o tratamento térmico de solubilização de uma região de transição de haste-pescoço predeterminada de uma válvula.

[0083] A fig. 7(a) é uma representação gráfica de configurações de aquecimento de uma primeira modalidade de tratamento térmico, e a fig. 7(b) mostra dimensões de grão que se apresentam na região submetida a diferentes padrões de aquecimento da primeira de aquecimento.

[0084] A fig. 8(a) é uma representação gráfica de configurações de aquecimentos de uma segunda modalidade de tratamento térmico, e a fig. 8(b) mostra dimensões de grão que se apresentam na região submetida a diferentes padrões de aquecimento da terceira modalidade de aquecimento.

NÚMEROS DE REFERÊNCIA

- Válvula de gatilho de exaustão 12 - Parte de cabeça

- Parte de sede 16 - Parte de colo

A - Região de transição de haste-pescoço da válvula submetida a um tratamento térmico de solubilização 20 - Aparelho aquecedor por radiofrequência 22 - Placa de refrigeração

- Bobinas de aquecimentos

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Válvula de gatilho de exaustão monobloco que compreende uma parte de cabeça que tem uma parte de sede formada sobre sua periferia externa e é monobloco com a parte de pescoço afilada diametralmente de uma parte de haste linear da válvula, a válvula de gatilho caracterizada pelo fato de que os grãos em uma região de transição de pescoço-haste predeterminada da válvula requerendo resistência a fluência à alta temperatura são controlados para serem mais grosseiros que aquelas em outras regiões, aplicando aos mesmos um tratamento térmico de solubilização em que a região de pescoçohaste é aquecida a uma temperatura predeterminada na faixa de 1100°C a 1200°C por mais de 20 segundos, após a região ser elevada àquela temperatura enquanto resfria a extremidade inferior da parte de cabeça.
2. Válvula de gatilho de exaustão monobloco de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que

- a válvula é construída de um aço austenítico resistente ao calor ou de um níquel de uma liga resistente ao calor à base de níquel, e em que

- a região de transição de pescoço-haste predeterminada da válvula que requer resistência à fluência a alta temperatura é submetida a um tratamento térmico de solubilização de modo que o tamanho do grão na região não excede ASTM 10.
3. Válvula de gatilho de exaustão de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que

- a válvula é construída de um aço austenítico resistente ao calor; e

- em que a região de transição de pescoço-haste predeterminada é, de preferência, submetida a um tratamento térmico de solubilização que não resulte em completa dissolução de carbonetos precipitados.

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4. Método de tratamento térmico de solubilização de uma válvula de gatilho de exaustão monobloco que compreende uma parte de cabeça que tem uma parte de sede formada sobre a sua periferia externa e é monobloco com a parte de pescoço diametralmente de forma cônica de uma parte de haste linear da válvula, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico de solubilização, em que uma região de transição de pescoço-haste predeterminada é aquecida a uma temperatura predeterminada na faixa de 1100°C a 1200°C por mais de 20 segundos, após a região ser elevada àquela temperatura é aplicado a região de transição de pescoço-haste predeterminada da válvula requerendo resistência a fluência à alta temperatura enquanto resfria a extremidade inferior da parte de cabeça para tornar os grãos na região predeterminada mais grosseiros do que em outras regiões.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que:

- a válvula é construída de um aço resistente ao calor ou uma liga resistente ao calor à base de Ni, e em que

- o tratamento térmico de solubilização é dado à região de transição de pescoço-haste predeterminada por meio de um dispositivo de aquecimento por rádio frequência enquanto resfria a parte de cabeça de modo a tornar o tamanho de grão na região de transição de pescoço-haste predeterminada igual ou inferior a ASTM 10.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que

- a válvula é construída de um aço austenítico resistente ao calor, e em que

- o tratamento térmico de solubilização é dado à região de transição de pescoço-haste predeterminada de tal maneira que o tratamento térmico de solubilização não resultará em completa dissolução de carbonetos precipitados.

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