CN106011617A - 一种发动机气缸气门组 - Google Patents

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Abstract

一种发动机气缸气门组，包括进气门和安装于进气门上的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈，本发明铁基合金材料可以充分满足发动机气门主体材料的强度要求；对发动机气门进行碳氮共渗热处理提高进气门的硬度及强度，避免出现腐蚀点；通过堆焊处理使得发动机气门锥面达到更高的耐磨性和耐冲击，相应的疲劳性能也得到提高。

Description

一种发动机气缸气门组
技术领域
本发明涉一种发动机气缸气门组，属于汽车发动机配件技术领域。
背景技术
汽车发动机的配气机构是保证发动机在工作过程中，按一定时间使新鲜混合气进入气缸，并将燃烧后的废气排除气缸的工作机构，气门组件则是发动机进、排气的控制部分，气门组件工作是否正常，直接影响发动机的动力性。目前，气门组件包括气门、锁片、气门弹簧座、挺柱、垫片、气门弹簧等零件，气门的往复运动是靠凸轮轴作用挺柱或垫片，挺柱推动气门来实现的，现有气门和气门弹簧座通常采用重量较大耐冲击性能差，容易形成微裂纹影响气门组的使用寿命。
发明内容
一种发动机气缸气门组，包括进气门和安装于进气门上的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈，
制造所述进气门方法步骤为：
按照进气门主体材料元素组分进行熔炼，后进行铸造，得到坯料，进气门主体材料为：C0.2%，Si 3.7%，Mn0.9%，P≤0.035%，S≤0.035%，Ti1.5%，Cr 6%，W 3.5%，Ni 3%，Co 1.1%，余量为Fe及不可避免的杂质；
将坯料采用电热镦锻造，终锻温度为900℃，锻造变形量控制在65%-85%，镦粗速度为10mm/s；
锻造后进行多级调质热处理工艺：在1070℃保温10s后水淬，470℃回火；然后990℃保温10s后油淬，435℃回火；最后960℃保温10s后油淬，390℃回火；
热处理后进行对工件切削加工，
切削加工后对工件表面进行碳氮共渗热处理，强渗过程：温度950-980℃范围，碳势和氮势采取四级步骤，碳势0.4-0.6%，氮势1.2-1.4%，保温3h，然后升高碳势至0.7-0.9%，降低氮势至1.0-1.1%，保温2h，再升高碳势至1.0-1.1%，降低氮势至0.7-0.9%，保温2h，最后升高碳势至1.2-1.6%，降低氮势至0.4-0.5%，保温2.5h；强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至约900-920℃，保温3h，降温至820-850℃，保温4h，扩散过程碳势控制在1.2～1.3%之间，氮势控制在1.0～1.1%之间；空冷至室温；扩散后进行淬火，淬火过程：在840℃进行油淬，油温控制在65℃；清洗过程：去除零部件表面油渍，清洗液温度控制在40℃；回火：进行低温回火，控制炉温度180℃，时间约150-200分钟。
对工件锥面磨削加工，
锥面磨削加工后对工件进行锥面堆焊，锥面堆焊工艺为：150-200℃预热，非转移弧电压20V，非转移弧电流50A；喷嘴与工件表面的距离约10-12mm，焊接完成后缓慢冷却；堆焊层材料为：Co 39%，Ni 0.8%，B 0.2%，Ta 0.4%，Sn 2%，Gd 0.2%，C 0.1%，余量为W；
对工件表面打磨
工件表面打磨后对工件表面涂覆碳化钨涂层，涂层厚度约13微米；之后在碳化钨涂层外涂覆氧化铝涂层，涂层厚度约7微米，得到进气门。
上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈化学组成为（重量百分比）：Mg:6.5﹪，Zn：3.5﹪，Sn：1.5﹪，Ni：0.85﹪，Ti：0.65﹪，Fe：0.35﹪，Cr：0.15﹪，V：0.15﹪，Si：0.085﹪，Al：0.055﹪，La：0.025﹪，Ce：0.015﹪，余量为Cu及不可避免的杂质；
上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈的制备方法：包括以下步骤：按照上述元素比例准备原料，原料熔炼、分别对上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈进行浇注，脱模后，得到的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈的铸坯进行热处理：首先将铸坯进行加热，升温至600℃，升温速率200℃/小时，保温1小时，后降温至400℃，降温速率100℃/小时，后再次降温至300℃，降温速率25℃/小时，保温2小时，后再次降温至200℃，降温速率40℃/小时，保温4小时，后空冷至室温，
之后对上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈铸坯表面涂覆氮化钛涂层，涂层厚度13微米，得到最终的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈。
上述发明内容相对于现有技术的有益效果在于：1）本发明铁基合金材料可以充分满足发动机气门主体材料的强度要求；2）对发动机气门进行碳氮共渗热处理提高进气门的硬度及强度，避免出现腐蚀点； 3）通过堆焊处理使得发动机气门锥面达到更高的耐磨性和耐冲击，相应的疲劳性能也得到提高；4）通过对发动机气门涂覆涂层，提高材料的防腐、耐高温、耐磨性能。5）气门弹簧座圈进行涂覆涂层涂层增加其表面耐磨性和硬度的效果。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种发动机气缸气门组，包括进气门和安装于进气门上的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈，
制造所述进气门方法步骤为：
按照进气门主体材料元素组分进行熔炼，后进行铸造，得到坯料，进气门主体材料为：C0.2%，Si 3.7%，Mn0.9%，P≤0.035%，S≤0.035%，Ti1.5%，Cr 6%，W 3.5%，Ni 3%，Co 1.1%，余量为Fe及不可避免的杂质；
将坯料采用电热镦锻造，终锻温度为900℃，锻造变形量控制在65%-85%，镦粗速度为10mm/s；
锻造后进行多级调质热处理工艺：在1070℃保温10s后水淬，470℃回火；然后990℃保温10s后油淬，435℃回火；最后960℃保温10s后油淬，390℃回火；
热处理后进行对工件切削加工，
切削加工后对工件表面进行碳氮共渗热处理，强渗过程：温度950-980℃范围，碳势和氮势采取四级步骤，碳势0.4-0.6%，氮势1.2-1.4%，保温3h，然后升高碳势至0.7-0.9%，降低氮势至1.0-1.1%，保温2h，再升高碳势至1.0-1.1%，降低氮势至0.7-0.9%，保温2h，最后升高碳势至1.2-1.6%，降低氮势至0.4-0.5%，保温2.5h；强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至约900-920℃，保温3h，降温至820-850℃，保温4h，扩散过程碳势控制在1.2～1.3%之间，氮势控制在1.0～1.1%之间；空冷至室温；扩散后进行淬火，淬火过程：在840℃进行油淬，油温控制在65℃；清洗过程：去除零部件表面油渍，清洗液温度控制在40℃；回火：进行低温回火，控制炉温度180℃，时间约150-200分钟。
对工件锥面磨削加工，
锥面磨削加工后对工件进行锥面堆焊，锥面堆焊工艺为：150-200℃预热，非转移弧电压20V，非转移弧电流50A；喷嘴与工件表面的距离约10-12mm，焊接完成后缓慢冷却；堆焊层材料为：Co 39%，Ni 0.8%，B 0.2%，Ta 0.4%，Sn 2%，Gd 0.2%，C 0.1%，余量为W；
对工件表面打磨
工件表面打磨后对工件表面涂覆碳化钨涂层，涂层厚度约13微米；之后在碳化钨涂层外涂覆氧化铝涂层，涂层厚度约7微米，得到进气门。
上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈化学组成为（重量百分比）：Mg:6.5﹪，Zn：3.5﹪，Sn：1.5﹪，Ni：0.85﹪，Ti：0.65﹪，Fe：0.35﹪，Cr：0.15﹪，V：0.15﹪，Si：0.085﹪，Al：0.055﹪，La：0.025﹪，Ce：0.015﹪，余量为Cu及不可避免的杂质；
上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈的制备方法：包括以下步骤：按照上述元素比例准备原料，原料熔炼、分别对上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈进行浇注，脱模后，得到的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈的铸坯进行热处理：首先将铸坯进行加热，升温至600℃，升温速率200℃/小时，保温1小时，后降温至400℃，降温速率100℃/小时，后再次降温至300℃，降温速率25℃/小时，保温2小时，后再次降温至200℃，降温速率40℃/小时，保温4小时，后空冷至室温，
之后对上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈铸坯表面涂覆氮化钛涂层，涂层厚度13微米，得到最终的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈。

Claims (2)

1.一种发动机气缸气门组，包括进气门和安装于进气门上的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈，
制造所述进气门方法步骤为：
按照进气门主体材料元素组分进行熔炼，后进行铸造，得到坯料，进气门主体材料为：C0.2%，Si 3.7%，Mn0.9%，P≤0.035%，S≤0.035%，Ti1.5%，Cr 6%，W 3.5%，Ni 3%，Co 1.1%，余量为Fe及不可避免的杂质；
将坯料采用电热镦锻造，终锻温度为900℃，锻造变形量控制在65%-85%，镦粗速度为10mm/s；
锻造后进行多级调质热处理工艺：在1070℃保温10s后水淬，470℃回火；然后990℃保温10s后油淬，435℃回火；最后960℃保温10s后油淬，390℃回火；
热处理后进行对工件切削加工，
切削加工后对工件表面进行碳氮共渗热处理，强渗过程：温度950-980℃范围，碳势和氮势采取四级步骤，碳势0.4-0.6%，氮势1.2-1.4%，保温3h，然后升高碳势至0.7-0.9%，降低氮势至1.0-1.1%，保温2h，再升高碳势至1.0-1.1%，降低氮势至0.7-0.9%，保温2h，最后升高碳势至1.2-1.6%，降低氮势至0.4-0.5%，保温2.5h；强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至约900-920℃，保温3h，降温至820-850℃，保温4h，扩散过程碳势控制在1.2～1.3%之间，氮势控制在1.0～1.1%之间；空冷至室温；扩散后进行淬火，淬火过程：在840℃进行油淬，油温控制在65℃；清洗过程：去除零部件表面油渍，清洗液温度控制在40℃；回火：进行低温回火，控制炉温度180℃，时间约150-200分钟，
对工件锥面磨削加工，
锥面磨削加工后对工件进行锥面堆焊，锥面堆焊工艺为：150-200℃预热，非转移弧电压20V，非转移弧电流50A；喷嘴与工件表面的距离约10-12mm，焊接完成后缓慢冷却；堆焊层材料为：Co 39%，Ni 0.8%，B 0.2%，Ta 0.4%，Sn 2%，Gd 0.2%，C 0.1%，余量为W；
对工件表面打磨
工件表面打磨后对工件表面涂覆碳化钨涂层，涂层厚度约13微米；之后在碳化钨涂层外涂覆氧化铝涂层，涂层厚度约7微米，得到进气门。
2.上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈化学组成为（重量百分比）：Mg:6.5﹪，Zn：3.5﹪，Sn：1.5﹪，Ni：0.85﹪，Ti：0.65﹪，Fe：0.35﹪，Cr：0.15﹪，V：0.15﹪，Si：0.085﹪，Al：0.055﹪，La：0.025﹪，Ce：0.015﹪，余量为Cu及不可避免的杂质；
上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈的制备方法：包括以下步骤：按照上述元素比例准备原料，原料熔炼、分别对上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈进行浇注，脱模后，得到的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈的铸坯进行热处理：首先将铸坯进行加热，升温至600℃，升温速率200℃/小时，保温1小时，后降温至400℃，降温速率100℃/小时，后再次降温至300℃，降温速率25℃/小时，保温2小时，后再次降温至200℃，降温速率40℃/小时，保温4小时，后空冷至室温，
之后对上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈铸坯表面涂覆氮化钛涂层，涂层厚度13微米，得到最终的上气门弹簧座圈和下气门弹簧座圈。
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