CN107794462A - 一种内燃机用进气门及其制备工艺 - Google Patents

一种内燃机用进气门及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内燃机用进气门，其特征在于，包括气门头和气门杆，所述气门头与所述气门杆之间为焊接，其中，所述气门头的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5‑0.7%；钼：0.2‑0.5%：碳：0.35‑0.5%；硅：0.3‑0.45%；镍：0.1‑0.4%；锰：0.05‑0.15%；铌：0.2‑0.6%；铝：0.1‑0.2%；余量为铁；所述气门杆的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5‑0.7%；钼：0.2‑0.5%：碳：0.35‑0.5%；硅：0.3‑0.45%；镍：0.1‑0.4%；余量为铁。本发明公开的气门头中加入强碳化物形成元素‑铌，从而提高组分的高温强度，提高了气门头的使用寿命。

Description

一种内燃机用进气门及其制备工艺
技术领域
本发明涉及内燃机配件技术领域，具体涉及一种内燃机用进气门及其制备工艺。
背景技术
气门的作用是专门负责向发动机内输入空气并排出燃烧后的废气。从发动机结构上，分为进气门(intake valve)和排气门(exhaust valve)。进气门的作用是将空气吸入发动机内，与燃料混合燃烧；排气门的作用是将燃烧后的废气排出并散热。
气门是由气门头部和杆部组成。气门头部温度很高，而且还承受气体的压力、气门弹簧的作用力和传动组件惯性力，其润滑、冷却条件差，要求气门必须有一定强度、刚度、耐热和耐磨性能。
由于气门在工作过程中所受的热量，约75％通过气门头部的盘锥面与座圈接触而散走，在工作过程中受到热腐蚀、热疲劳、热磨损，因此要求较高的高温强度以及耐磨性能，而现有的内燃机用气门易磨损，磨损后的气门导致气门漏气，导致内燃机内部缸压过低，从而表现为动力不足，影响使用。
有鉴于上述现有的进气门存在的易磨损的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种内燃机用进气门及其制备工艺，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的进气门存在的缺陷，而提供一种内燃机用进气门及其制备工艺，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种内燃机用进气门，包括气门头和气门杆，其中，
所述气门头的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5-0.7％；钼：0.2-0.5％：碳：0.35-0.5％；硅：0.3-0.45％；镍：0.1-0.4％；锰：0.05-0.15％；铌：0.2-0.6％；铝：0.1-0.2％；余量为铁；
所述气门杆的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5-0.7％；钼：0.2-0.5％：碳：0.35-0.5％；硅：0.3-0.45％；镍：0.1-0.4％；余量为铁。
作为一种优选的技术方案，所述气门头与所述气门杆之间采用焊接的方式连接。
作为一种优选的技术方案，所述气门杆中与所述气门头连接的一端部的外侧壁上设置有外螺纹，所述气门头较窄的端部设置有空心的圆柱形凹槽，且所述凹槽内部设置有与所述外螺纹匹配的内螺纹。
内燃机用进气门的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：按照所述气门头和所述气门杆的组分及其含量准备原材料，分别进行所述气门杆与所述气门头材料的生产；
步骤2：将所述步骤1制得的所述气门杆与所述气门头材料分别进行熔炼并锻造成型；
步骤3：将所述步骤2得到的成型的所述气门杆与所述气门头焊接成一整体；
步骤4：对所述步骤3得到的气门进行表面处理；
步骤5：对所述步骤4中进行过表面处理的气门的气门杆进行校直处理；
步骤6：对所述气门头的锥面进行表面光洁度处理；
步骤7：在所述气门头的表面堆焊铌镍合金。
作为一种优选的技术方案，所述步骤2采用真空感应炉进行熔炼，其中熔炼温度为1700-1750℃，熔炼时间为1.5-2h。
作为一种优选的技术方案，所述步骤2中锻造温度：始锻温度1150～1200℃，终锻温度为800-900℃，加热温度为1100-1300℃，锻造时间为2-3h。由于铸造组织经过锻造方法热加工变形后其内部的金属发生变形和再结晶，使原来的粗大枝晶、柱状晶粒变成晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使其内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
作为一种优选的技术方案，所述气门杆中与所述气门头连接的一端部的外侧壁上设置有外螺纹，所述气门头较窄的端部设置有空心的圆柱形凹槽，且所述凹槽内部设置有与所述外螺纹匹配的内螺纹；
所述步骤3中，先将所述气门头与所述气门杆通过螺纹连接后，再进行焊接。
作为一种优选的技术方案，所述步骤4中的所述表面处理包括去毛刺、切长短、砂光所述气门杆杆身。
作为一种优选的技术方案，所述步骤7中表面堆焊的所述铌镍合金为50Cr-50Ni-Nb合金。
作为一种优选的技术方案，所述步骤7中焊接电流为140A，电压为30V，焊接速度为55mm/min，送粉速度为30g/min。
采用上述技术方案，能够实现以下技术效果：
1)、本发明公开的气门头中加入强碳化物形成元素-铌，其能够形成细小且弥散的碳化物，从而提高组分的高温强度，使得气门头在燃烧室内的高温作用下仍然具有较高的强度而不易磨损，从而提高了气门头的使用寿命，另外铌与碳结合还可防止钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀；
2)、气门头及气门杆中均加入了镍，其能够提高钢的强度，且保持良好的塑性和韧性，另外在高温下具有防锈和耐热能力；
3)、气门头及气门杆中均加入了钼，其能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力；
4)、气门头加入了铝,可细化晶粒,提高冲击韧性，另外铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力；
5)气门头与气门杆首先采用螺纹连接再进行焊接使得两者之间的连接更加牢靠，减少连接处的断裂可能性，进一步增加了气门的使用寿命。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的内燃机用进气门及其制备工艺其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
本发明公开了一种内燃机用进气门，包括气门头和气门杆，其中，
气门头的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5-0.7％；钼：0.2-0.5％：碳：0.35-0.5％；硅：0.3-0.45％；镍：0.1-0.4％；锰：0.05-0.15％；铌：0.2-0.6％；铝：0.1-0.2％；余量为铁；
气门杆的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5-0.7％；钼：0.2-0.5％：碳：0.35-0.5％；硅：0.3-0.45％；镍：0.1-0.4％；余量为铁。
作为一种优选的技术方案，气门头与气门杆之间采用焊接的方式连接。
作为一种优选的技术方案，气门杆中与气门头连接的一端部的外侧壁上设置有外螺纹，气门头较窄的端部设置有空心的圆柱形凹槽，且凹槽内部设置有与外螺纹匹配的内螺纹。
本发明还公开了一种内燃机用进气门的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：按照气门头和气门杆的组分及其含量准备原材料，分别进行气门杆与气门头材料的生产；
步骤2：将步骤1制得的气门杆与气门头材料分别进行熔炼并锻造成型；
步骤3：将步骤2得到的成型的气门杆与气门头焊接成一整体；
步骤4：对步骤3得到的气门进行表面处理；
步骤5：对步骤4中进行过表面处理的气门的气门杆进行校直处理；
步骤6：对气门头的锥面进行表面光洁度处理；
步骤7：在气门头的表面堆焊铌镍合金。
作为一种优选的技术方案，步骤2采用真空感应炉进行熔炼，其中熔炼温度为1700-1750℃，熔炼时间为1.5-2h。
作为一种优选的技术方案，步骤2中锻造温度：始锻温度1150～1200℃，终锻温度为800-900℃，加热温度为1100-1300℃，锻造时间为2-3h。由于铸造组织经过锻造方法热加工变形后其内部的金属发生变形和再结晶，使原来的粗大枝晶、柱状晶粒变成晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使其内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
作为一种优选的技术方案，气门杆中与气门头连接的一端部的外侧壁上设置有外螺纹，气门头较窄的端部设置有空心的圆柱形凹槽，且凹槽内部设置有与外螺纹匹配的内螺纹；
步骤3中，先将气门头与气门杆通过螺纹连接后，再进行焊接，能够实现好定位、易施焊、强度高的效果。
作为一种优选的技术方案，步骤4中的表面处理包括去毛刺、切长短、砂光气门杆杆身。
作为一种优选的技术方案，步骤7中表面堆焊的铌镍合金为50Cr-50Ni-Nb合金。
作为一种优选的技术方案，步骤7中焊接电流为140A，电压为30V，焊接速度为55mm/min，送粉速度为30g/min。
为了进一步说明本发明，下面结合具体实施例对本发明提供的内燃机用进气门及其制备工艺进行详细的描述，但不应将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
气门头的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5％；钼：0.2％：碳：0.35％；硅：0.3％；镍：0.1％；锰：0.05％；铌：0.2％；铝：0.1％；铁：98.2％；
气门杆的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5％；钼：0.2％：碳：0.35％；硅：0.3％；镍：0.1％；铁：98.55％。
内燃机用进气门的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：按照气门头和气门杆的组分及其含量准备原材料，分别进行气门杆与气门头材料的生产；
步骤2：首先将步骤1制得的气门杆与气门头材料分别采用真空感应炉进行熔炼，其中熔炼温度为1700℃，熔炼时间为2h。
然后对得到的材料进行锻造成型，其中锻造温度：始锻温度1150℃，终锻温度为800℃，加热温度为1100℃，锻造时间为3h。
步骤3：将步骤2得到的成型的气门杆与气门头焊接成一整体；具体的，先将气门头与气门杆通过螺纹连接后，再进行焊接，能够实现好定位、易施焊、强度高的效果。
步骤4：对步骤3得到的气门进行表面处理，其中表面处理包括去毛刺、切长短、砂光气门杆杆身。
步骤5：对步骤4中进行过表面处理的气门的气门杆进行校直处理；
步骤6：对气门头的锥面进行表面光洁度处理，具体的，采用铣床对其表面进行加工处理；
步骤7：在气门头的表面堆焊铌镍合金，表面堆焊的铌镍合金为50Cr-50Ni-Nb合金，且焊接电流为140A，电压为30V，焊接速度为55mm/min，送粉速度为30g/min。
实施例2
气门头的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.7％；钼：0.5％：碳：0.5％；硅：0.45％；镍：0.4％；锰：0.15％；铌：0.6％；铝：0.2％；铁：96.55％；
气门杆的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.7％；钼：0.5％：碳：0.5％；硅：0.45％；镍：0.4％；铁：97.45％。
内燃机用进气门的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：按照气门头和气门杆的组分及其含量准备原材料，分别进行气门杆与气门头材料的生产；
步骤2：首先将步骤1制得的气门杆与气门头材料分别采用真空感应炉进行熔炼，其中熔炼温度为1750℃，熔炼时间为1.5h。
然后对得到的材料进行锻造成型，其中锻造温度：始锻温度1200℃，终锻温度为900℃，加热温度为1300℃，锻造时间为2h。
步骤3：将步骤2得到的成型的气门杆与气门头焊接成一整体；具体的，先将气门头与气门杆通过螺纹连接后，再进行焊接，能够实现好定位、易施焊、强度高的效果。
步骤4：对步骤3得到的气门进行表面处理，其中表面处理包括去毛刺、切长短、砂光气门杆杆身。
步骤5：对步骤4中进行过表面处理的气门的气门杆进行校直处理；
步骤6：对气门头的锥面进行表面光洁度处理，具体的，采用铣床对其表面进行加工处理；
步骤7：在气门头的表面堆焊铌镍合金，表面堆焊的铌镍合金为50Cr-50Ni-Nb合金，且焊接电流为140A，电压为30V，焊接速度为55mm/min，送粉速度为30g/min。
实施例3
气门头的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.6％；钼：0.4％：碳：0.4％；硅：0.4％；镍：0.2％；锰：0.1％；铌：0.5％；铝：0.15％；铁：97.25％；
气门杆的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.6％；钼：0.4％：碳：0.4％；硅：0.4％；镍：0.2％；铁：98％。
内燃机用进气门的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：按照气门头和气门杆的组分及其含量准备原材料，分别进行气门杆与气门头材料的生产；
步骤2：首先将步骤1制得的气门杆与气门头材料分别采用真空感应炉进行熔炼，其中熔炼温度为1750℃，熔炼时间为2h。
然后对得到的材料进行锻造成型，其中锻造温度：始锻温度1150℃，终锻温度为800℃，加热温度为1100℃，锻造时间为3h。
步骤3：将步骤2得到的成型的气门杆与气门头焊接成一整体；具体的，先将气门头与气门杆通过螺纹连接后，再进行焊接，能够实现好定位、易施焊、强度高的效果。
步骤4：对步骤3得到的气门进行表面处理，其中表面处理包括去毛刺、切长短、砂光气门杆杆身。
步骤5：对步骤4中进行过表面处理的气门的气门杆进行校直处理；
步骤6：对气门头的锥面进行表面光洁度处理，具体的，采用铣床对其表面进行加工处理；
步骤7：在气门头的表面堆焊铌镍合金，表面堆焊的铌镍合金为50Cr-50Ni-Nb合金，且焊接电流为140A，电压为30V，焊接速度为55mm/min，送粉速度为30g/min。
采用上述实施例的材料配比及制备工艺的得到的进气门进行试验，具体的实验结果如表1所示：
表1试验数据
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种内燃机用进气门，其特征在于，包括气门头和气门杆，其中，
所述气门头的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5-0.7%；钼：0.2-0.5%：碳：0.35-0.5%；硅：0.3-0.45%；镍：0.1-0.4%；锰：0.05-0.15%；铌：0.2-0.6%；铝：0.1-0.2%；余量为铁；
所述气门杆的组分及各组分的重量百分比为：铬：0.5-0.7%；钼：0.2-0.5%：碳：0.35-0.5%；硅：0.3-0.45%；镍：0.1-0.4%；余量为铁。
2.根据权利要求1所述的内燃机用进气门，其特征在于，所述气门头与所述气门杆之间采用焊接的方式连接。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机用进气门，其特征在于，所述气门杆中与所述气门头连接的一端部的外侧壁上设置有外螺纹，所述气门头较窄的端部设置有空心的圆柱形凹槽，且所述凹槽内部设置有与所述外螺纹匹配的内螺纹。
4.根据权利要求1所述的内燃机用进气门的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按照所述气门头和所述气门杆的组分及其含量准备原材料，分别进行所述气门杆与所述气门头材料的生产；
步骤2：将所述步骤1制得的所述气门杆与所述气门头材料分别进行熔炼并锻造成型；
步骤3：将所述步骤2得到的成型的所述气门杆与所述气门头之间焊接成一整体；
步骤4：对所述步骤3得到的气门进行表面处理；
步骤5：对所述步骤4中进行过表面处理的气门的气门杆进行校直处理；
步骤6：对所述气门头的锥面进行表面光洁度处理；
步骤7：在所述气门头的表面堆焊铌镍合金。
5.根据权利要求4所述的内燃机用进气门的制备工艺，其特征在于，所述步骤2采用真空感应炉进行熔炼，其中熔炼温度为1700-1750℃，熔炼时间为1.5-2h。
6.根据权利要求4所述的内燃机用进气门的制备工艺，其特征在于，所述步骤2中锻造温度：始锻温度1150～1200℃，终锻温度为800-900℃，加热温度为1100-1300℃，锻造时间为2-3h。
7.根据权利要求4所述的内燃机用进气门的制备工艺，其特征在于，所述气门杆中与所述气门头连接的一端部的外侧壁上设置有外螺纹，所述气门头较窄的端部设置有空心的圆柱形凹槽，且所述凹槽内部设置有与所述外螺纹匹配的内螺纹；
所述步骤3中，先将所述气门头与所述气门杆通过螺纹连接后，再进行焊接。
8.根据权利要求4所述的内燃机用进气门的制备工艺，其特征在于，所述步骤4中的所述表面处理包括去毛刺、切长短、砂光所述气门杆杆身。
9.根据权利要求4所述的内燃机用进气门的制备工艺，其特征在于，所述步骤7中表面堆焊的所述铌镍合金为50Cr-50Ni-Nb合金。
10.根据权利要求4所述的内燃机用进气门的制备工艺，其特征在于，所述步骤7中焊接电流为140A，电压为30V，焊接速度为55mm/min，送粉速度为30g/min。
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CN104791041A (zh) * 2015-05-18 2015-07-22 夏志清 一种汽车发动机气缸盖
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CN105507978A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 苏州爱盟机械有限公司 一种车用发动机气门

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