CN101749067A - 换气阀及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于尤其是自点火内燃机的多体换气阀(1)具有阀盘(3)和阀杆(2)，其中换气阀由耐高温材料和至少另一种材料制成，其中由另一种材料制成的换气阀部件(2)配有碳氮层(4)，使由耐高温材料制成的换气阀部件(3)也配有碳氮层(4)。

Description

换气阀及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的、用于尤其是自点火内燃机的换气阀(Gaswechselventil)，其具有阀杆(Ventilschaft)和阀盘(Ventilteller)，本发明还涉及一种用于制造这种换气阀的方法。
背景技术
换气阀，即用于打开或关闭内燃机气体通道的进气阀和/或排气阀，处于高的机械和热负荷之下，但是也由于燃烧气体处于腐蚀作用下。在此不同的换气阀部件尤其在不同的温度区对于耐热性、耐疲劳强度和耐腐蚀性提出不同的要求。
为了考虑这些不同的要求已知，使阀盘由耐高温和耐燃烧的材料制成，而阀杆由具有低易裂性(Kerbempfindlichkeit)和高耐疲劳强度(Dauerfestigkeit)的其它材料制成，即具有足够的韧性，用于承受在这个区域出现的弯曲应力。尤其由于成本的原因，使换气阀尽可能在那些可以忍受的地方由更有利的阀门钢制成。
在申请DE 10 2005 013 088 A1中建议了一种等离子氮碳共渗(Plasmanitrocarburieren)，用于使那些不由耐高温材料制成的换气阀部件(尤其是阀杆)配有碳氮化物层。而由耐高温材料制成的部件要使氮化层敞开(offenhalten)。
因此为了保护至少特别承受负荷的由耐高温材料制成的换气阀部件的区域(尤其是阀盘)，在DE 10 2005 013 088 A1中附加地设置铬层，例如电镀地涂覆铬层并且接着磨削，缺陷是增加制造费用并且使制造精度和制造时间变差。
发明内容
由此本发明的目的是，改善此类换气阀。
为了实现这个目的，通过权利要求1特征部分所述特征来改进如其前序部分所述的换气阀。权利要求8保护一种制造按照本发明的换气阀的方法，从属权利要求涉及有利的改进方案。
按照本发明的用于内燃机的换气阀具有阀盘和阀杆，它们一起形成阀锥，该换气阀多体地由至少一种耐高温材料和另一种或多种材料制成。按照本发明建议，不仅由另一种材料制成的换气阀部件配有碳氮层(Carbonitridschicht)，而且使由耐高温材料制成的换气阀部件也配有碳氮层。已经令人惊奇地证实，由此由耐高温材料制成的部件也可以实现足够的防腐蚀层和防磨损层，由此可以省去费事的附加的电镀和磨削产生的铬保护层，这降低制造成本和时间。
在氮碳共渗(Nitrocarburieren)时为了硬化钢表面，使工件配有碳氮层，它通过在氮碳氛围中转化形成氮化的基础合金来实现，在氮碳氛围中将氮和碳原子扩散到钢里面，同时在薄的表面层(所谓的连接层)中利用铁反应成氮化碳，在紧接着的扩散层中，氮才在冷却时部分地作为氮化物分离并且起到提高硬度的作用。硬度本身取决于氮化物的种类。根据氮如何与钢反应，来区分氮化时间和氮化层。因此进行材料边缘层与氮的扩散饱和，用于提高硬度、耐磨损、耐疲劳强度或耐腐蚀性。在氮碳共渗以后，由外部的碳氮层(连接层)和邻接层组成边缘层，此邻接层由富含氮的混合晶体和分离的氮化物(扩散层)构成。
通过例如辉光放电(所谓的等离子氮碳共渗)使氮碳氛围离子化，可以有利地缩短氮化时间。
在氮碳共渗时，其中处理剂除了氮气以外也包括释放碳的组成部分，例如可以以粉末、盐池、气体或等离子进行氮碳共渗。
所述阀盘优选至少部分地由耐高温材料(尤其是阀门钢或高级合金、如NiCr2OTiAl)制成，用于承受燃烧室的较高温度。在本发明的优选实施例中，这种由耐高温材料制成的阀盘也配有碳氮层。由此例如也可以省去目前所需的在阀盘密封面上附加的铬保护套。在此碳氮层不必在阀盘的整个表面上延伸，而是最好可以限制在特殊要求的范围(例如密封面或类似区域)，它们目前是通过附加的铬保护套或类似部件来保护，而例如阀盘端面可以保持没有碳氮层。
所述阀杆优选至少部分地由具有低易裂性和高耐疲劳强度的其它材料制成，尤其是由耐热工具钢如X45CrSi9-3制成，用于承受在这个区域中产生的弯曲应力。
所述碳氮层可以在由耐高温材料制成的区域内部和在由其它材料制成的区域内部和/或在这些区域之间具有变化的层厚。这个层厚可以通过相应的氮碳氛围、滞留时间、工艺温度和类似参数调整。由此可以考虑关于耐热强度、耐疲劳强度和耐腐蚀性和类似方面的不同要求以及不同的材料。例如可以使阀盘的碳氮层具有比阀杆的碳氮层更薄的层厚，其中过渡可以是突变的或连续的。通过在由不同材料制成的各个部件内部的层厚变化，可以在那里有针对性地考虑不同的要求。因此例如可以在密封面区域中使阀盘具有较厚的碳氮层。
为了制造按照本发明的换气阀，在制造由耐高温材料和另一种材料制成的阀盘和阀杆并接着例如通过摩擦焊接连接由不同材料制成的部件以后，使由耐高温材料制成的换气阀部件和由另一种材料制成的换气阀部件在氮碳氛围中进行氮碳共渗，最好进行等离子氮碳共渗。
附图说明
由从属权利要求和实施例给出其它优点和特征。为此唯一的附图局部地简示出：
图1示出按照本发明的实施例的换气阀。
附图标记清单
1换气阀
2阀杆
3阀盘
4碳氮层
具体实施方式
图1以纵向截面图示出按照本发明实施例的换气阀1。该换气阀(尤其是用于内燃机的排气阀)具有阀盘3和阀杆2。
为了考虑在换气阀的不同温度区上耐热强度、耐疲劳强度和耐腐蚀性方面的不同要求，使阀盘3以及阀杆2的下部由耐高温和耐燃烧的材料NiCr2OTiAl制成，而使其余的阀杆2由耐热工具钢X45CrSi9-3制成，它具有低的易裂性和高的耐疲劳强度，即具有足够的韧性，用于承受在这个区域中产生的弯曲应力。
所述阀杆2沿着其圆周外壳面几乎完全配有碳氮层6形式的防腐蚀层，其中防腐蚀层在氮碳氛围中通过等离子氮碳共渗通过转化形成氮化物的基础合金产生。所述阀盘3和与其一体构成的阀杆部件除了盘底部和阀杆端面以外同样配有碳氮层6，所述阀杆部件与其其余部分在相互对置的端面上进行摩擦焊接。

Claims (8)

1.一种用于尤其是自点火内燃机的多体换气阀(1)，其具有阀盘(3)和阀杆(2)，其中换气阀由耐高温材料和至少另一种材料制成，其中换气阀由另一种材料制成的部件(2)配有碳氮层(4)，其特征在于，使换气阀由耐高温材料制成的部件(3)也配有碳氮层(4)。
2.如权利要求1所述的换气阀，其特征在于，所述阀盘(3)部分地或全部地由耐高温材料制成，尤其是由阀门钢或高级合金、尤其是NiCr2OTiAl制成。
3.如上述权利要求中任一项所述的换气阀，其特征在于，所述阀杆(2)部分地或全部地由耐热工具钢、尤其是X45CrSi9-3制成。
4.如上述权利要求中任一项所述的换气阀，其特征在于，所述碳氮层(4)在由所述耐高温材料制成的部件上和/或由所述其它材料制成的部件上具有变化的层厚。
5.如上述权利要求中任一项所述的换气阀，其特征在于，所述换气阀尤其在阀盘(3)的区域上没有铬层。
6.如上述权利要求中任一项所述的换气阀，其特征在于，碳氮层(4)具有氮硬化深度为0.1mm至0.3mm的扩散层和/或3μm至15μm的连接层。
7.如上述权利要求中任一项所述的换气阀，其特征在于，碳氮层(4)具有大于或等于750HV(维氏)的表面硬度。
8.一种用于制造如上述权利要求中任一项所述的换气阀的方法，具有步骤：
由耐高温材料和另一种材料制造阀盘(3)和阀杆(2)；和
在氮碳氛围中，使换气阀由耐高温材料制成的部件(3)和换气阀由另一种材料制成的部件(2)进行氮碳共渗，尤其是进行等离子氮碳共渗。
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