CN102667077B - 用于两冲程十字头式的排气阀杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于内燃机的排气阀杆(1)，特别用于两冲程十字头式发动机的排气阀杆，所述排气阀杆包括阀头(3)和外部表面(5)，所述阀头具有由合金钢制成的基座部分(4)，而所述外部表面(5)形成阀杆的朝向燃烧室的表面。所述外部表面(5)由抗热腐蚀合金的微粒起始材料形成，所述抗热腐蚀合金的微粒起始材料为镍基、铬基或钴基，其中所述微粒起始材料被粘合到粘着层。至少过渡区到所述基座部分的外部表面(5)的微粒材料中的微粒通过锻造外部表面和基座部分而产生的剪切应变而变形成椭圆或细长形状，并且锻造的外部表面(5)具有至少98.0％的密度。

Description

用于两冲程十字头式的排气阀杆

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的排气阀杆，特别地，涉及一种用于两冲程十字头式发动机的排气阀杆，其中排气阀杆包括具有合金钢的基座部分的阀头，和形成阀杆的朝向燃烧室的表面的外部表面，该外部表面由为镍基、铬基或钴基的抗热腐蚀合金的微粒起始材料形成，其中所述微粒起始材料粘合到粘着层。

背景技术

美国专利6，173，702说明了这种已知的排气阀杆，其中抗腐蚀外部表面通过粉末冶金学处理设置在基座部分上，其中抗腐蚀合金的微粒材料被设置在基座部分的模具中并通过HIP处理(热等静压力)与基座部分粘合。该模具被排空以便尽可能多地移除空气或气体。HIP处理在室中执行，该室可以被加热并在压力下被设定。为了以有效方式利用该室，尽可能多地填充基座部分或其它部分，并且这些目标在室内全部都经历相同的HIP处理。当开始处理时，该室受热和受压到HIP条件，并且这些条件然后被保持需要的周期，通常至少为8到12小时。

在HIP处理过程中，压力作为等静压力(在所有方向上压力完全均匀)影响微粒材料，并且当微粒材料压缩在基座部分上时，微粒材料的体积在各个方向均匀地减小。在外部表面产生的微观结构中，当观察从完成的阀杆中取出的磨碎和抛光样品时，可以看到微粒保持为具有圆形轮廓的球形。图1和10的附图中拍摄了这种样品。

下阀头表面具有大面积，并因此例如当改变发动机载荷时，并尤其当发动机开始或停止时，被暴露在相当大的热应力下。加热冲击在表面的中心处最重，部分因为燃烧气体在燃烧室的中间附近具有最高温度，部分因为阀关闭时阀头在外轮缘的其中上表面上的基座区域与水冷静止阀座接触的附近冷却。冷外围材料防止热中心材料的热膨胀，并因此产生相当大的热应力。除了由所述热影响所引起的大热应力，缓慢的变化对外部表面的强度和质量具有非常高的要求。

HIP处理是已知的，以提供高质量的微观结构和精细粘附的外部表面，但是HIP处理非常费时，并且高温的长处理时间还产生不适合的冶金处理：如从一个合金到其它合金的部件扩散。

发明内容

本发明旨在获得高强度的外部表面并获得具有坚固结构的外部表面中的微观结构，该坚固结构具体为到基座部分的过渡区附近的坚固结构。

通过对根据本发明的这种排气阀杆的观察，特征在于至少在到基座部分的过渡区处，外部表面的微粒材料中的微粒通过由锻造外部表面和基座部分所引起的剪切应变被变形成椭圆或细长形状，并且锻造后的外部表面具有至少98.0％的密度。

通过锻造产生的剪切应变导致粉末微粒相对于其它粉末微粒的位移，使得微粒相对彼此摩擦并穿透可能存在于微粒表面上的氧化膜层。任何氧化膜层都是薄的，因为微粒材料通常通过无氧气体中雾化制造，然而在存储过程中，一些氧化物将不可避免地形成在微粒上。剪切应变使微粒变形成可以表现为椭圆或细长形状的非球形形状。在锻造过程中，微粒材料被压缩成致密层，而微粒合并成粘结到相邻层的粘着材料，当微粒材料直接定位在基座部分上时，该粘着材料是基座部分。至少98.0％的密度还可以被表示为最多2％的疏松度。

通过锻造产生的剪切应变导致微粒材料至少在径向方向上流动，这些径向方向垂直于排气阀杆的轴向方向，并因此这些径向方向与阀头的下表面平行且与外部表面的材料和基座部分的材料之间的大致平面过渡区平行。剪切应变和产生在过渡区附近的材料内的径向运动确保在变形过程中在材料之间的产生有效结合并且确保微粒在变形过程中相对彼此以非常有效的方式摩擦而结合，产生的微观结构仅在该微观结构内具有非常少量的内部失效点。因此，在过渡区域结合在一起的材料具有坚固的微观结构并且能够完全省去外部表面和基座部分之间的几何锁定。

在优选实施例中，外部表面和基座部分之间的过渡区沿至少一个直平面在从阀头的凸缘区域内部到阀头的中心区域延伸的区域中延伸。在凸缘区域中，外部表面可以具有增大部，该增大部向上延伸并且沿外围包围基座部分，使得外部表面自身具有包括外围处的直立壁的平锅形状。过渡区在距离凸缘的一定距离处开始沿直平面朝向阀头的中间延伸，并且这种平面延伸部具有以下优点：外部表面的厚度或形状不会突变并因此不论外部表面中的微粒材料在锻造过程中如何被处理都不会发生大的局部改变。在平面过渡区附近的微粒材料经历与局部区域内大致相同的处理，并且当一个或多个平面区域从凸缘区域内部伸出到中心区域时，该一个或多个平面区域覆盖阀头的大多数区域。

可能地是：外部表面直接定位在基座部分上。作为可选地，至少一个合金缓冲层定位在基座部分和外部表面之间。当使用这种缓冲层时，缓冲层的合金由具有不同于基座部分的合金钢并且不同于外部表面的抗热腐蚀合金的合成物的第三合金制成。合成物中的不同表示缓冲层的合金分析在合金组分或一个或多个合金组分的量(重量的百分数)方面不同。例如，缓冲层可以是具有不同含碳量的合金钢或具有诸如铬、铁或镍的不同其它组分量的合金钢。术语合成物因此被表示为合金分析。合金钢的基座部分和外部表面之间的缓冲层的定位具有合金钢仅与缓冲层的材料直接接触而不与外层的抗腐蚀合金直接接触的效果。缓冲层作用以减少或防止合金组分从外部表面扩散到基座部分，反之亦然。

优选地，缓冲层从以下的组中选择，该组包括钢、奥氏体钢、镍基合金、和由除了不可避免的杂质之外的铁或镍组成的合金。这些合金被认为是与基座部分的钢和外部表面的合金可以相容的。

在实施例中，基座部分的合金钢是奥氏体的不锈钢。多年来，已经接受整个阀杆都由合金镍铬钛合金(NIMONIC)80A(注册商标的特殊金属)制成。然而，如此的特殊合金远不及像奥氏体的不锈钢可容易使用，并且不锈钢还具有高强度并全部都被认为非常好执行，特别是对设置的两冲程十字头式发动机来说，可以在面对燃烧室的表面上的不锈钢的性能方面改善抗腐蚀性。然而，不锈钢具有相当高的碳含量。缓冲层吸收扩散的碳，使得对于排气阀的主要部分使用不锈钢的优点没有通过完成的排气阀的热抗腐蚀性和长期延展性的高要求而被削弱。

在优选实施例中，缓冲层具有至少2毫米的厚度。这种厚度足够确保即使当缓冲层由具有碳化物结构性能的合金制成时，碳不能扩散穿过缓冲层，其中扩散到所述层中的碳可以被转化成碳化物并因此不使所述层的碳活性增加。

本发明还涉及制造用于内燃机的排气阀杆的方法，所述排气阀杆包括具有合金钢基座部分的阀头，和朝向燃烧室的阀杆表面形成的外部表面，该外部表面由为镍基、铬基或钴基的抗热腐蚀合金的微粒起始材料组成。

根据本发明，所述方法的特征在于：当抗热腐蚀合金的微粒材料被保持在基座部分处的外壳中时，微粒材料被加热到锻造温度并被锻造，藉此，微粒材料受到剪切应变，该剪切应变使微粒变形成细长或椭圆形状，所述锻造使微粒材料压缩到至少98.0％的密度，并且使外部表面与基座部分粘合或与使外部表面与缓冲层和基座部分粘合。

与HIP处理相比，锻造非常快地发生，并且因此在阀部分处于增加的锻造温度时，合金成分对于从一个合金扩散到相邻合金仅具有非常短的时间。如上所述，锻造将微粒材料挤压在一起，并且剪切应变使微粒沿平行于过渡区的方向移动并使微粒材料中的微粒相对彼此摩擦并合并。在运动过程中，摩擦和合并任何氧化膜初始表现为微粒分裂，并且来自任一种微粒内部的颗粒的清洁合金材料与来自其它微粒内部的颗粒的清洁合金材料直接接触，并且因此，颗粒可以有效地连接在微观结构水平。

在一个实例中，外壳中的微粒材料设置在从阀头的凸缘区域内部延伸到阀头的中央区域的区域中的大致相等厚度层中。当微粒材料的层在外壳中具有大致相等厚度，并且应用大致相等锻造条件，导致外部表面将具有大致相等的厚度。外部表面和基座部分之间的过渡区因此沿阀头径向方向上的单独直平面延伸。

在另一实例中，外壳中的微粒材料设置在从阀头的凸缘区域内部延伸到阀头的中央区域的区域中的朝向阀的纵向中心轴线的厚度增加的层中。由于阀头的下表面通常为平坦表面，基座部分的下表面可以被制成具有凹入的中央区域，该凹入的中央区域允许外部表面具有较大厚度。外部表面和基座部分之间的过渡区因此可以沿几个直平面延伸，或过渡区可以具有稍微弯曲的形状。与微粒材料的消耗量相比，外部表面在阀头下表面的中央区域处的增加的厚度提供长使用寿命的排气阀，因为在使用最高温度影响过程中以及在操作过程中的最高材料损失出现在阀头下表面的中央区域处。如果排气阀杆用于在发动机中使用，其中材料损失期望为最靠近凸缘区域或在其它局部区域中，外部表面可以可选地增加凸缘区域的方向上的厚度，或增加这种局部区域处的厚度。

根据本发明的另一个方法的特征在于：抗热腐蚀合金的微粒材料在惰性环境中被热喷射以形成预成形部分，该预成形部分和基座部分受热到锻造温度并被锻造，藉此，微粒材料受到剪切应变，该剪切应变使微粒变形成细长或椭圆形状，所述锻造使微粒材料压缩到至少98.0％的密度，并且使外部表面与基座部分粘合或与使外部表面与缓冲层和基座部分粘合。

根据这种方法，微粒材料首先形成为具有足够的形状稳定性的预成形部分，以允许微粒材料作为单个主体位于在基座部分上。能够将微粒材料直接相等地喷射在所述基座部分上。在微粒材料没有连通孔隙的情况下，能够避免使用外壳。当使用外壳时，必须在完成锻造之后停止机械加工。虽然预成形部分中的微粒材料在锻造之前具有不规则的形状，但是锻造如与最初提及的方法相关联的描述产生相同的影响，除非产生变形的微粒具有非常不规则的形状。

无论利用什么方法，优选地是在锻造之前外部表面的材料被排空到小于1X10^-4巴的压强。该排空使气体从待锻造的微粒材料内的空隙中被移除，并且这有助于材料的压缩。虽然存在于外部表面的材料种的气体为诸如惰性气体的无氧气体，但是更有利地是实际上具有尽可能少的气体。因此，优选地是外部表面的材料被排空到少于1X10^-7巴的压强。

如果使用第三合金的缓冲层，这种第三合金具有不同于基座部分合金钢(第一合金)且不同于外部表面的抗热腐蚀合金(第二合金)的合成物。第三合金优选地在外部表面的材料定位在基座部分的所述表面处之前应用于所述基座部分的表面。第三合金可以可选地应用于外部表面的材料。然而，基座部分的表面通常为规则且光滑的表面，第三合金可以在该光滑表面上以非常好的控制方式被施加，具体地为关于材料的量和从材料的涂敷以相等方式被良好控制。

能够以多于一个步骤进行锻造，以便获得具有外部表面的阀头。继基座部分和外部表面粘合的锻造步骤之后，粘合的基座部分和外部表面可以以至少一个后续步骤被锻造以便获得最终形状。例如，如果在第一锻造步骤粘合时基座部分和外部表面具有圆柱形形状，则阀的头部部分在随后的步骤中被锻造之后将是有利的。

为了减少扩散穿过过渡区，优选在少于10分钟的时间内执行锻造，并且具有外部表面的基部部分在锻造之后被立即冷却。

在方法的另一改进中，在完成锻造之后，阀杆部分摩擦焊接在基座部分上。一个优点是不具有阀杆部分时，必须受热到锻造温度的材料的量较小。另一优点是：基座部分可以被完全密闭并且支撑在代替具有延伸到侧部的轴部分的面对远离外部表面的侧部上的模具中。

锻造阀头、或具有阀头和轴的整个阀可以任选地受到诸如回火或退火的最后热处理。热处理可以使合金组分扩散在过渡区并且可以加强材料之间的冶金结合。

附图说明

根据本发明的实施例的实例在以下参照高度示意的附图被更详细地说明，其中：

图1从阀杆取出的磨碎和抛光样品的微观图片，其中通过现有技术的高温等静压HIP处理提供外部表面，

图2图示了根据本发明的以排气阀形式的排气阀杆的横截面局部视图，

图3和4是根据本发明的阀头的锻造的示意图，

图5是根据本发明的阀头和阀杆的视图，

图6和7是从阀杆中取出的磨碎和抛光样品的微观图片，其中根据本发明提供外部表面，

图8和9分别是试验样品的俯视图和侧视图，

图10从阀杆取出的磨碎和抛光样品的微观图片，其中通过现有技术的高温等静压HIP处理提供外部表面，和

图11图示了根据本发明的方法的锻造之前被保持在外壳中的微粒材料。

具体实施方式

在图1和图10中，样品从HIP压缩微粒材料中取出，并且可以看到切割通过微粒的环形形状。这显示出微粒在压缩过程中保持它们的球形形状。HIP压缩的典型标志是微粒为球形，并且这是在压缩过程中施加等静压力的结果。该等静压力使微粒材料以其中微粒没有在处理过程中围绕材料内部移动的方式收缩。这是非常有秩序地处理，其中微粒中的相互位置被保持。为了更清楚地了解现有技术的微观结构，三个圆被添加到图10中的图片，以便画出表现在图片中的三个微粒的轮廓。

图2图示了用于两冲程十字头式发动机的排气阀的排气阀杆1的示意性结构。阀的左半部从外部看到，并且阀右半部在图示外部表面5的定位和程度的实例的横截面看出。阀杆包括阀轴2和阀头3，仅阀轴2的下部在图2中示出，而阀头3具有基座部分4和外部表面5。排气阀的轴向方向通过在轴的中心处延伸的线C的方向上示出的箭头A示出，并且箭头R图示了垂直于所述轴向方向的径向方向。

在阀头3的上表面处的阀座6由适于抵消基座密封表面上的凹痕痕迹结构的抗热腐蚀合金制造。这种设置的合金尤其在申请人WO97/47862中是已知且被说明的，其通过相对于设置的合金以参考方式合并于此。

当排气阀杆安装在发动机中时，阀头上的外部表面5是防止排气阀的材料烧尽和朝向燃烧室形成面向下的表面7的抗热腐蚀材料层。抗热腐蚀材料由镍基、铬基或钴基的合金的微粒起始材料形成。当发动机操作时，排气阀杆在闭合位置和打开位置之间移动适当次数的发动机周期，在闭合位置中阀座6邻接排气阀壳体(不显示)中的静止阀座，在打开位置中排气阀杆1向下移动，并且阀座6位于距离静止阀座的一定距离处。排气阀杆1与汽缸衬套和气缸盖(不显示)一起限定内燃机的燃烧室，并且因此暴露到燃烧时发生的热和腐蚀环境。

利用排气阀杆的内燃机可以为四冲程发动机或两冲程十字头式发动机。两冲程发动机可以是诸如MC或ME类型的MAN柴油机，或可以是由诸如RTA挠曲(flex)的RTA类型的制成的，或由Mitsubishi制成的两冲程发动机。对于这种两冲程十字头式发动机，活塞的直径可以在250到1100毫米的范围内，而阀头的外径可以在120到600毫米的范围内，并且通常最小为170毫米。

从这些尺寸清楚了解到，面向燃烧室的排气阀杆的表面具有较大面积，这分别引起外部表面5中的和外部表面和基座部分之间的界面区域中的较大热应力。在本发明的实施例中，外部表面5坚固地连接到从排气阀杆朝向阀头的凸缘区域延伸的平面区域中的基座部分4。

排气阀杆1还可以被利用在较小的发动机中，例如中速或高速类型的四冲程发动机，并且排气阀杆尤其可应用在两冲程十字头式发动机中，该两冲程十字头式发动机是大型发动机，其中负载重并且重要的是在不失效的情况下需要连续操作。

在一个实施例中，外部表面5直接施加在基座部分4的表面上。在排气阀杆的另一实施例中，从图6和7中拍摄的样品中的一个被截取，缓冲层9定位在基座部分4和外部表面5之间。缓冲层9可以为除了不可避免的杂质之外应用到基座部分表面的大致纯镍层。镍层可以以不同的方式被应用到所述表面，例如被提供作为设置在基座部分的顶部上的微粒材料。镍层还可以在缓冲层的顶部上布置外部表面的微粒材料之前在单独的步骤中被设置。在这种单独的步骤中，基座部分可以设置在电镀槽中，并且通过电镀镍沉淀的镍形成具有厚度的层，该厚度在30到150μm的范围内，优选地在30到70μm的范围内。电镀层具有纯镍的非常致密层的优点。电镀层具有到基座部分的冶金结合。

在另一实施例中，缓冲层由除了不可避免的杂质之外的铁制成。由纯铁或镍或者几乎纯铁或镍制成的缓冲层的优点在于缓冲层不具有或仅具有非常少量的碳化物形式。当在这种情况下，缓冲层中的碳化物结构被抑制，并且到缓冲层中的碳扩散增加缓冲层中的碳活性，并且因此碳到所述层中的进一步扩散将被限制。碳在铁和镍中仅具有非常小的溶解性。作为实例，碳在镍中的溶解性在500℃的温度处按照重量计算少于0.1％，因此即使当少量的碳扩散到缓冲层中时，缓冲层也将获得100％的碳活性，并因此实际上防止碳到所述层中的进一步扩散。

在另一个实例中，缓冲层9可以由钢或奥氏体钢制成。缓冲层可以为钢板。作为更具体的实例，基座部分4由锻造阀门钢(表1中的SNCrW-合金1)形成，外部表面5由合金671执行，而钢板由从表2的合金选择的W.-号1.4332合金形成。作为另一实例，缓冲层9可以被提供作为合金UNS S31603的微粒材料并且外部表面5由合金671的微粒材料制成。基座部分4由锻造钢制成。在这种情况下，缓冲层的微粒材料和外部表面的微粒材料在锻造过程中被粘合到基座部分4上的粘结材料中。

作为可选实施例，缓冲层可以由镍基合金制成。这种类型的合金特别适于与外部表面的合金较好地结合，并且它可以具有明显低于外部表面的铬含量，例如按重量计算的铬含量少于25％，例如具有20到23％的铬的合金IN625，具有从19到23％的铬的耐热镍铬铁合金合金(alloy INCOLOY)600，或具有10到25％的铬的合金IN718，或具有大约15％的铬的尼莫尼克镍基合金(NIMONIC Alloy)的合金105，或具有10到25％的铬的合金(alloy Rene)220。由于更大量的镍倾向于防止碳的扩散，缓冲层还可以由镍更丰富的合金制成。

微粒材料可以以现有技术中已知的多个不同方式制造。例如，颗粒材料可以通过使喷射到具有惰性环境的室中的适当合成物的熔化合金的液体雾化而被制造，藉此，材料被淬火和凝结作为具有非常精细枝晶结构的微粒。微粒材料还可以称作粉末。

微粒材料可选地可以通过使喷射到具有惰性环境的室中的适当合成物的熔化合金液体雾化而制造，其中雾化微粒的喷射被引导以便碰撞和沉积在固体部分上。固体部分可以被冷却，并且在这种情况下，微粒被制造成与固体部分分离的预成形部分。微粒可选地可以与固体部分结合，并且用作基座部分4，使得预成形部分直接结合到基座部分。

用于基座部分4的适当材料包括不锈钢。这种材料的实例在以下的表1中给出。W.-号是用于合金的德国标准号码。说明的百分比是按重量计算的百分数。

表1

用于可选缓冲层的适当材料包括在以下表2中示例性示出的钢。W.-号是用于合金的德国标准号码。说明的百分比是按重量计算的百分数。

表2

用于缓冲层的另一适当材料是合金UNS S31603，其包括0.5-1.0％的锰、16.5–18％的铬、11.5–14％的镍、2.5–3.0％的钼、0–0.1％的氮、0–0.025％的氧、0–0.03％的碳、和平衡铁。当缓冲层由板状材料制成时，则通常不具有对氮气和氧气含量的任何要求。然而，当缓冲层由微粒材料制成时，则优选的是氮气的含量最大为0.1％，并且优选的是氧气的含量最多为0.03％。.

用于外部表面的适当材料在排气阀的技术中是公知的，并且实例是钨铬钴合金(Stellite)6，50％的铬和50％的镍的类型的合金，包括48-52％的铬、1.4-1.7％的铌、最多0.1％的碳，最多0.16％的钛、最多0.2％的碳+氮、最多0.5％的硅、最多1.0％的铁、最多0.3的镁、和平衡的镍的IN657类型的合金。另一实例是具有40到51％的铬、0到0.1％的碳、少于1.0％的硅、0到5.0％的锰、少于1.0％的钼、0.05％到少于0.5％的硼、0到1.0％的铝、0到1.5％的钛、0到0.2％的锆、0.5到3.0％的铌、最大5.0％的钴和铁的总含量、最大0.2％的氧、最大0.3的氮、和平衡的镍的合成物40的合金。用作外部表面的其它适当的表面合金在1990年出版的伦敦海事工程师学院协会的书“Diesel engine combustion chamber materials for heavy fueloperation”中的文章“Review of operating experience with currentvalve materials”中给出。

锻造通过在锻造位置处设置阀头的基座部分4、并且如果有的话将缓冲层9施加到基座部分表面、而被制备。外部表面5的微粒材料可以以几个不同的方式被设置。在图11中示出的一个实例中，外部表面被设置作为保持在基座部分4处的外壳12中的微粒材料，同时具有外壳和微粒材料的基座部分设置在作为用于锻造制备的模具部分中。在基座部分上的外壳12和微粒材料的配置可以以多个不同的方式作用。外壳可以焊接到基座部分上并设置有管销，该管销用于将微粒材料填充到外壳中，然后用于连接真空设备，并然后在锻造之前移除或关闭。可选地，外壳12在微粒材料已经沉积到外壳内被固定到基座部分4。这种固定可以通过利用焊接、或作为另一实例，通过真空焊接。作为另一个可选例，外壳可以被固定到基座部分，并且随后将微粒材料填充到外壳中，并最后执行焊接。当使用真空焊接时，外壳可以具有杯形状并在内部设置有粗螺纹，该粗螺纹将螺纹配合螺纹地拧在基座部分上。焊料提供在所述螺纹上。然后加热和固定可以在真空烤箱中被执行。在另一实例中，外部表面8的微粒材料被提供作为定位在基座部分4上的预成形部分，如图3所示。这种预成形部分的结构在下面被更详细地说明。

在锻造具有外部表面5的微粒材料的基座部分4之前，缓冲层9和外壳12可能受热到锻造温度，该锻造温度优选地在950℃到1100℃的温度范围内。加热部分被引入到具有下模部分10和上模部分11的锻压机中和可以被机械驱动或液压驱动的驱动机构中。锻压机的驱动使一个模具部分朝向其它模具部分移动，并且保持在模具部分内的材料在这种移动过程中机械变形。需要作用力以便基于阀头的尺寸执行锻造。对于大约490毫米的直径的阀头，可以执行有效的锻造操作，其中锻压机能够输送大约250到400MN的范围内的压缩力。对于较小直径的阀头，使用的压缩力可以较小，例如对于具有150毫米的阀头直径的排气阀，压缩力为35MN。锻造操作优选地在10分钟内执行，并且更优选地在3分钟内执行。在锻造过程中，外部表面5的微粒材料通常被压缩，使得外部表面的厚度被减少到微粒材料的初始厚度的30到70％。如果致密的预成形部分被使用时，密度可以在锻造之前相当高，并且这种情况下，外部表面的厚度可以减少到微粒材料的初始厚度的30到95％。微粒材料在厚度上被减少，使得外部表面的产生的密度最少为98.0％。当通过使用锻造压缩到这种程度时，微粒材料获得适当的密度。当然，更优选的是进一步压缩微粒材料，使得密度为至少99.0％，或者密度更好为至少99.5％，并且最优选的是将其压缩到100％的密度。

在锻造过程中，微粒材料受到剪切应变，该剪切应变使微粒改变位置并使材料变形。该应变是表示材料中的微粒之间的相对位移的几何测量的变形。剪切应变导致微粒改变位置，并且它在微粒互相作用时使微粒变形。剪切应变平行于由锻造影响的表面作用。锻造沿排气阀杆的轴向方向上影响表面7，该排气阀杆的轴向方向垂直于这种表面，并且因此剪切应变平行于该表面作用，该表面位于排气阀杆的径向方向。在压缩外层的过程中，剪切应变使微粒沿径向方向移动，并使微粒相对于彼此摩擦，并且推动微粒使微粒变形成诸如长方形、椭圆形状或不规则的形状的非球形形状。当完成锻造时，锻造后的阀头从模具中被移除并且被空气冷却或以其它方式被冷却。

优选的是，外部表面的材料中的有效应变量至少为0.3。有效应变以在基本教科书中公开的传统方式被计算，例如由2006年Prentice Hall出版的第五版的由Kalpakjian和Schmid发表的“Manufacturing engineeringand technology”或斯德哥尔摩的Royal Swedish Technical University的公开物104中在1978年出版的第222-223页中由Gert Hedner发表的“Formelsamgling I”。更优选地，有效应变最小为0.4。这确保外部表面的微粒和基座部分或缓冲层的材料之间的非常有效且坚固的粘合。

在下面说明了制造排气阀杆的第一方法。排气阀杆具有阀头和外部表面，该阀头包括由合金钢制成的基座部分，而外部表面形成阀杆的朝向燃烧室的表面。由合金钢制成的基座部分诸如通过将材料锻造成适当形状而被制备。用于形成外部表面的微粒起始材料被制备。材料由抗热腐蚀合金制成。微粒起始材料被密闭在外壳内，该外壳的内部具有形成的外部表面的形状。换言之，外壳被制备用于在锻造阀头之后被移除。当抗热腐蚀合金的微粒材料被保持在基座部分处的外壳中，微粒材料和基座部分受热到锻造温度并定位在一个模具部分内，通常位于下模部分10内。然后材料被锻造，藉此，微粒材料受到剪切应变，该剪切应变使微粒变形为细长或椭圆形状。同时，微粒材料被压缩以具有至少98.0％的密度并被粘合到基座部分或缓冲层和基座部分。

制造排气阀杆的第二方法是热喷射抗热腐蚀合金的微粒材料以形成预成形部分。预成形部分可以在喷射过程中直接形成在基座部分上，或者该预成形部分可以被分开形成，并定位在基座部分上，以受热到锻造温度。然后，预成形部分和基座部分以及任选地缓冲层可以被锻造成排气阀部分。在锻造过程中，微粒材料受到剪切应变，该剪切应变使微粒变形成细长或椭圆形状，所述锻造压缩微粒材料以具有至少98.0％的密度，并使外部表面与基座部分或与缓冲层和基座部分粘合。

微粒材料的热喷射可以通过提供具有熔融合金的喷射干燥器喷嘴和将合金作为雾化微粒喷射到基座部分4上而出现，在基座部分4中微粒被部分地粘合，并且保持为非致密状态。具有将热喷射施加到预成形部分的基座部分被加热到锻造温度，并且被设置在上述提及的一个模具中，并然后锻造到致密状态。

优选地是：制备用于外部表面的微粒材料在锻造之前被排空，以便减少存在于微粒的氧气量。在这种方式中，抵消了微粒上的氧化膜结构。

锻造时，外部表面5被压缩成较小厚度，例如与初始厚度相比少大约25％的厚度。同时，外部表面中的材料密度从大约围绕65％增加到接近100％。优选的是产生的密度至少为98.0％。

通过上述任一种方法制造的阀头3是在指向燃烧室的表面上的具有外部表面5的阀头。阀头可以具有阀轴，如果阀头3的基座部分4与阀轴2一体形成，或可选地，如果被认为更便利的话，阀头还可以在没有阀轴2的情况下被制作。在后者情况下，阀轴必须在完成阀头的制造之后被安装在阀头上。图5图示了完成的阀头和阀轴2。这两个部分可以通过已知方式的摩擦焊接相连。在这种摩擦焊接中，通常为阀头的单个部分被保持固定，而例如阀轴的其它部分首先被旋转，然后轴向移动到具有阀头的邻接部中，使得这两个部分一起摩擦焊接成单独的排气阀杆。

获得的坚固的微观结构导致过渡区域中的材料的坚固结合。根据本发明，这种结合可以被测试。为了测试相对剪切载荷中的材料的撕开的强度，特殊试验样品在从排气阀切出的样品是基础上被制备。试验样品具有图8和9中示出的形状。试验样品的宽度w＝9.0毫米、长度I＝40.0毫米、拉孔的中心之间的距离d＝25.4毫米、基座部分的厚度t＝3.5毫米，并具有外部表面的厚度T。外部表面的厚度被测量并被设定为厚度T。然后通过整体材料的凹槽g1、g2从两侧被切除，该凹槽具有至少2毫米的宽度并且在长度方向上具有相互分开的部分，这导致与结合在一起的层的重叠层比外部表面的测量厚度t更少。

八个实例被执行，并且在表3中示出结果。清楚地看出：获得的抗剪强度处于高水平。该水平与固体材料的抗剪强度相对应。因此根据本发明获得的结合不会导致材料的削弱。

表3

在另一个实施例中，抗热腐蚀合金的微粒材料与诸如陶瓷材料氧化锆(ZrO2)绝缘材料的微粒混合。绝缘材料可以在外部表面的外表面附近具有更高的浓度，并优选地，在外部表面和基座部分之间的过渡区中不具有绝缘材料。外部表面的微粒材料可以包括按重量计算的5到60％的绝缘材料，并且绝缘材料的量不超过外部表面重量的40％。

能够将上述提及的实施例的细节结合到本申请权利要求的范围内的其它实施例中。此外，能够在本申请权利要求的范围内具有上述实施例的细节中的变化。例如阀座6可以由与阀头相同的合金制成，缓冲层9可以在阀座6处结束并在最大直径处(在阀座6下方的区域中)具有倾斜或垂直的区域。

上述提及的实施例中的任一种都受到诸如回火或退火的最终热处理。例如，热处理可以具有2到6小时的范围内的耐久度，并且在800到1050℃的范围中的温度下进行。还可以具有其它温度。

排气阀杆是重要的发动机部分，并且用于文件编制识别的信息和具体排气阀杆的可能制造细节可以被存储在嵌入在排气阀杆中的标签中。标签优选地为远程写入和可读RFID类型，甚至优选地包含提供可追查性的单独密码数据。如果适当的，具体的杆可以设置有多于一个的标签。所述标签可以定位在排气阀杆内的位置处，在该位置处充分屏蔽热及其它标记损害参数。

Claims (4)

1.一种用于两冲程十字头式发动机的排气阀杆，所述排气阀杆包括阀头和外部表面，所述阀头具有合金钢的基座部分，而所述外部表面形成阀杆的朝向燃烧室的表面，所述外部表面由抗热腐蚀合金的微粒起始材料形成，所述抗热腐蚀合金的微粒起始材料为镍基、铬基或钴基的，其中所述微粒起始材料结合到粘着层，其特征在于，至少在到所述基座部分的过渡区处，外部表面的微粒材料中的微粒通过锻造外部表面和基座部分而产生的剪切应变而变形成椭圆或细长形状，并且锻造后的外部表面具有至少98.0％的密度，其中，至少一个合金缓冲层定位在所述基座部分和所述外部表面之间，所述缓冲层的合金是第三合金，所述第三合金具有不同于所述基座部分的合金钢和不同于所述外部表面的抗热腐蚀合金的合成物，以及，所述缓冲层从以下的组中选择，所述组包括钢、奥氏体钢、镍基合金、和由除了不可避免的杂质之外的铁或镍制成合金。

2.根据权利要求1所述的排气阀杆，其特征在于：在从所述阀头的凸缘区域内部延伸到所述阀头的中央区域的区域中，所述外部表面和所述基座部分之间的所述过渡区沿至少一个直平面延伸。

3.根据权利要求1到2中任一项所述的排气阀杆，其特征在于，所述基座部分的合金钢是奥氏体不锈钢。

4.根据权利要求1所述的排气阀杆，其特征在于，所述缓冲层具有至少2毫米的厚度。