CN107060934B - 一种汽车发动机用进气门 - Google Patents
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Abstract
一种汽车发动机用进气门，进气门制造方法包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，本发明采用不同材质的两种合金体现了对进气门不同部分对材料性能的要求，采用摩擦焊整个流程时间很短，但已经满足了杆部的强度需求头部耐高温需求，摩擦焊接工艺中使用先顶煅再刹车再继续顶煅的步骤，保证了焊口的组织的凝固时间。
Description
技术领域
本发明涉一种汽车发动机用进气门，属于汽车发动机技术领域。
背景技术
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。而在发动机领域气门中头部和杆部对于材料性能要求并不同，杆部需要更好的耐磨性，而头部需要更好的机械性能和耐高温性，而现有技术单一材料生产的进气门成本高昂，并且不能满足快速发展的发动机对于其更高性能的要求。
发明内容
本发明为了解决上述问题提供一种内燃机用进气门及其制造方法，
一种汽车发动机用进气门，
进气门制造方法包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1200-1250rpm，摩擦压力20-25MPa，摩擦焊接8-10s，摩擦进给速度为0.6-0.8mm/s；随后转速增加至1800-1900rpm，摩擦压力70-80MPa，摩擦焊接10-20s，摩擦进给速度为0.4-0.5mm/s，之后施加120-140MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在120-140MPa的顶锻压力下再施加8-10s，顶锻变形量2.5-3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C0.04-0.06%，Co 3-8%，W 2-4%，Zn 0.6-0.8%，Ni 0.4-0.6%， Mg 0.1-0.4%，Ta 0.07-0.09%，Y 0.04-0.05%，La 0.03-0.04%，Nb 0.02-0.04%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.2-0.4MPa，喷射时间为10-15min，气流速度为500-600m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为100-120mL/min，氨气流量60-80mL/min，工件偏压为-150V～-200V，炉内温度控制在150-180℃，渗氮3-5小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
所述的一种汽车发动机用进气门，首先以转速1200rpm，摩擦压力25MPa，摩擦焊接8s，摩擦进给速度为0.8mm/s。
所述的一种汽车发动机用进气门，随后转速增加至1800rpm，摩擦压力80MPa，摩擦焊接10s，摩擦进给速度为0.4mm/s，
所述的一种汽车发动机用进气门，施加120MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在120MPa的顶锻压力下再施加10s，顶锻变形量3mm。
所述的一种汽车发动机用进气门，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.05%，Co5%，W 3%，Zn 0.6%，Ni 0.5%， Mg 0.2%，Ta 0.07%，Y 0.04%，La 0.04%，Nb 0.02%，余量为Fe。
所述的一种汽车发动机用进气门，喷射气压为0.3MPa，喷射时间为10min。气流速度为500m/s。
所述的一种汽车发动机用进气门，氮气流量为100mL/min，氨气流量70mL/min。
所述的一种汽车发动机用进气门，炉内温度控制在180℃，渗氮3小时。
所述的一种汽车发动机用进气门，喷射气压为0.3MPa，喷射时间为10min。气流速度为500m/s。
钛合金元素质量百分含量为：Ni 0.8-1% ，Mo 0.6-0.8%， V 0.5-0.6%，Cr 0.3-0.4%，B 0.1-0.2%，Mn 0.07-0.09%，Ca 0.06-0.07%，Mg 0.04-0.05%，Bi 0.02-0.04%，La0.01-0.02%，余量为Ti；
一种汽车发动机用进气门的制造方法，
包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1200-1250rpm，摩擦压力20-25MPa，摩擦焊接8-10s，摩擦进给速度为0.6-0.8mm/s；随后转速增加至1800-1900rpm，摩擦压力70-80MPa，摩擦焊接10-20s，摩擦进给速度为0.4-0.5mm/s，之后施加120-140MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在120-140MPa的顶锻压力下再施加8-10s，顶锻变形量2.5-3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.04-0.06%，Co 3-8%，W 2-4%，Zn 0.6-0.8%，Ni 0.4-0.6%， Mg 0.1-0.4%，Ta 0.07-0.09%，Y 0.04-0.05%，La0.03-0.04%，Nb 0.02-0.04%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.2-0.4MPa，喷射时间为10-15min，气流速度为500-600m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为100-120mL/min，氨气流量60-80mL/min，工件偏压为-150V～-200V，炉内温度控制在150-180℃，渗氮3-5小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
本发明的有益效果是：本发明采用不同材质的两种合金体现了对进气门不同部分对材料性能的要求，采用摩擦焊整个流程时间很短，但已经满足了杆部的强度需求头部耐高温需求，摩擦焊接工艺中使用先顶煅再刹车再继续顶煅的步骤，保证了焊口的组织的凝固时间，焊接过程更加容易控制凝固速度，焊口无损探伤无异常；本发明采用微粒喷丸表面纳米化处理+等离子渗氮处理提高了渗氮层渗氮效率，渗氮组织更加均匀，提高了其表面的耐磨性和硬度。
具体实施方式
实施例1
一种汽车发动机用进气门，
进气门制造方法包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1200rpm，摩擦压力20MPa，摩擦焊接9s，摩擦进给速度为0.6mm/s；随后转速增加至1900rpm，摩擦压力75MPa，摩擦焊接15s，摩擦进给速度为0.4mm/s，之后施加130MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在130MPa的顶锻压力下再施加8-s，顶锻变形量2.5mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.04%，Co 6%，W 4%，Zn 0.7%，Ni 0.5%， Mg0.3%，Ta 0.09%，Y 0.04%，La 0.035%，Nb 0.02%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.2MPa，喷射时间为10min，气流速度为600m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为100mL/min，氨气流量70mL/min，工件偏压为-160V，炉内温度控制在150℃，渗氮3小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
一种汽车发动机用进气门的制造方法，
包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1200rpm，摩擦压力20MPa，摩擦焊接9s，摩擦进给速度为0.6mm/s；随后转速增加至1900rpm，摩擦压力75MPa，摩擦焊接15s，摩擦进给速度为0.4mm/s，之后施加130MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在130MPa的顶锻压力下再施加8-s，顶锻变形量2.5mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.04%，Co 6%，W 4%，Zn 0.7%，Ni 0.5%， Mg 0.3%，Ta 0.09%，Y0.04%，La 0.035%，Nb 0.02%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.2MPa，喷射时间为10min，气流速度为600m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为100mL/min，氨气流量70mL/min，工件偏压为-160V，炉内温度控制在150℃，渗氮3小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
实施例2
一种汽车发动机用进气门，
进气门制造方法包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1220rpm，摩擦压力25MPa，摩擦焊接10s，摩擦进给速度为0.8mm/s；随后转速增加至1850rpm，摩擦压力80MPa，摩擦焊接12s，摩擦进给速度为0.5mm/s，之后施加120MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在120MPa的顶锻压力下再施加9s，顶锻变形量3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.06%，Co 4%，W 4%，Zn 0.6%，Ni 0.5%， Mg 0.2%，Ta 0.07%，Y 0.04%，La 0.04%，Nb 0.02%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.4MPa，喷射时间为12min，气流速度为600m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为120mL/min，氨气流量80mL/min，工件偏压为-180V，炉内温度控制在160℃，渗氮4小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
一种汽车发动机用进气门的制造方法，
包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1220rpm，摩擦压力25MPa，摩擦焊接10s，摩擦进给速度为0.8mm/s；随后转速增加至1850rpm，摩擦压力80MPa，摩擦焊接12s，摩擦进给速度为0.5mm/s，之后施加120MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在120MPa的顶锻压力下再施加9s，顶锻变形量3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.06%，Co 4%，W 4%，Zn 0.6%，Ni 0.5%， Mg 0.2%，Ta 0.07%，Y0.04%，La 0.04%，Nb 0.02%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.4MPa，喷射时间为12min，气流速度为600m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为120mL/min，氨气流量80mL/min，工件偏压为-180V，炉内温度控制在160℃，渗氮4小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
实施例3
一种汽车发动机用进气门，
进气门制造方法包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1250rpm，摩擦压力24MPa，摩擦焊接8s，摩擦进给速度为0.7mm/s；随后转速增加至1880rpm，摩擦压力78MPa，摩擦焊接16s，摩擦进给速度为0.4mm/s，之后施加125MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在125MPa的顶锻压力下再施加8s，顶锻变形量3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.05%，Co 5%，W 2%，Zn 0.8%，Ni 0.6%， Mg 0.3%，Ta 0.08%，Y 0.04%，La 0.03%，Nb 0.025%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.35MPa，喷射时间为12min，气流速度为550m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为120mL/min，氨气流量60mL/min，工件偏压为-150V，炉内温度控制在170℃，渗氮5小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
一种汽车发动机用进气门的制造方法，
包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1250rpm，摩擦压力24MPa，摩擦焊接8s，摩擦进给速度为0.7mm/s；随后转速增加至1880rpm，摩擦压力78MPa，摩擦焊接16s，摩擦进给速度为0.4mm/s，之后施加125MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在125MPa的顶锻压力下再施加8s，顶锻变形量3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.05%，Co 5%，W 2%，Zn 0.8%，Ni 0.6%， Mg 0.3%，Ta 0.08%，Y0.04%，La 0.03%，Nb 0.025%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.35MPa，喷射时间为12min，气流速度为550m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为120mL/min，氨气流量60mL/min，工件偏压为-150V，炉内温度控制在170℃，渗氮5小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
实施例4
一种汽车发动机用进气门，
进气门制造方法包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1230rpm，摩擦压力20MPa，摩擦焊接10s，摩擦进给速度为0.8mm/s；随后转速增加至1820rpm，摩擦压力80MPa，摩擦焊接12s，摩擦进给速度为0.4mm/s，之后施加135MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在135MPa的顶锻压力下再施加8s，顶锻变形量3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.03%，Co 3%，W 2%，Zn 0.7%，Ni 0.4%， Mg 0.3%，Ta 0.07%，Y 0.04%，La 0.03%，Nb 0.02%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.2MPa，喷射时间为15min，气流速度为580m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为110mL/min，氨气流量70mL/min，工件偏压为-180V，炉内温度控制在160℃，渗氮4小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
一种汽车发动机用进气门的制造方法，
包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1230rpm，摩擦压力20MPa，摩擦焊接10s，摩擦进给速度为0.8mm/s；随后转速增加至1820rpm，摩擦压力80MPa，摩擦焊接12s，摩擦进给速度为0.4mm/s，之后施加135MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在135MPa的顶锻压力下再施加8s，顶锻变形量3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C 0.03%，Co 3%，W 2%，Zn 0.7%，Ni 0.4%， Mg 0.3%，Ta 0.07%，Y0.04%，La 0.03%，Nb 0.02%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.2MPa，喷射时间为15min，气流速度为580m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为110mL/min，氨气流量70mL/min，工件偏压为-180V，炉内温度控制在160℃，渗氮4小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
表1焊口力学性能检测结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 硬度HB | 325 | 327 | 328 | 323 |
| 夏比冲击功 J | 110 | 108 | 104 | 107 |
| 焊口超声波探伤 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
表2渗氮处理前后测试结果：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 不进行渗氮处理 | |
| 硬度HRC | 65 | 65 | 65 | 67 | 58 |
| 磨损率% 500转/分钟，350牛负载，滑动距离40mm | 3.0 | 3.1 | 3.2 | 3.1 | 5.8 |
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种汽车发动机用进气门，
进气门制造方法包括以下步骤：进气门包括气门头部和气门杆部，其中进气门头部为钛合金，进气门杆部为铁基合金，首先准备直径相同铁基合金棒体和钛基合金棒体，两个棒体进行摩擦焊接：首先以转速1200-1250rpm，摩擦压力20-25MPa，摩擦焊接8-10s，摩擦进给速度为0.6-0.8mm/s；随后转速增加至1800-1900rpm，摩擦压力70-80MPa，摩擦焊接10-20s，摩擦进给速度为0.4-0.5mm/s，之后施加120-140MPa的顶锻压力，保持2秒后刹车，在120-140MPa的顶锻压力下再施加8-10s，顶锻变形量2.5-3mm，得到的焊接棒体，按照进气门头部和杆部尺寸要求进行机加工成型，得到进气门坯料，铁基合金元素质量百分含量为：C0.04-0.06%，Co 3-8%，W 2-4%，Zn 0.6-0.8%，Ni 0.4-0.6%， Mg 0.1-0.4%，Ta 0.07-0.09%，Y 0.04-0.05%，La 0.03-0.04%，Nb 0.02-0.04%，余量为Fe，
对气门杆部进行微粒喷丸表面纳米化处理，喷射角为70°-90°，弹丸直径为0.1-0.4mm，喷射气压为0.2-0.4MPa，喷射时间为10-15min，气流速度为500-600m/s，
将不进行渗氮的进气门杆头部进行遮掩，将工件放入等离子炉中，抽真空至10Pa以下后进行等离子渗氮处理，渗氮介质为氮气和氨气，氮气流量为100-120mL/min，氨气流量60-80mL/min，工件偏压为-150V～-200V，炉内温度控制在150-180℃，渗氮3-5小时，渗氮后对进气门进行热处理，得到最终的进气门。
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