CN108225780A - 一种发动机气门座圈及测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机气门座圈，其特征在于：国家标准GB/T 5216中40Cr钢的基础上加入Nb和V元素；即按质量百分比为C：0.37％～0.44％、Si：0.17％～0.37％、Mn：0.50％～0.85％、Cr：0.70％～1.10％、Nb：0.03％～0.08％、V：0.05％～0.10％、Fe：余量。其整体设计合理、简单，测量精度高，其利用金属材料淬火后硬度随回火温度的升高而降低这一特性，建立该材料淬火后的回火温度与显微硬度的标准关系曲线，然后基于该标准曲线，测试由该材料加工成的只经过淬火处理的发动机气门座圈在台架试验后不同位置的硬度，由于气门座圈工作时受到热负荷相当于对其进行了回火处理，因此可以根据测试后的硬度反推其工作时的受热温度。

Description

一种发动机气门座圈及测温方法

技术领域

本发明涉及一种发动机气门座圈及测温方法，具体说是发动机气门座圈整体材料及发动机气门座圈整体受热温度测试方法，属于一种测温技术方法。

背景技术

技术方面：气门座圈与气门配合，是密封发动机的精密零件，用于控制气体进入和排出气缸的交换过程，工作环境极为恶劣，实际工作中不仅承受极大的交变和冲击性载荷，而且受到高温高速燃气的冲刷和腐蚀，一旦发生损坏，将大大降低发动机的功率和性能，甚至打坏整台发动机。

由于发动机气门座圈的工作温度为250-500℃，当选用的材料不当时，气门座圈将无法承受过高温度而发生损坏。为了避免这种破坏，掌握发动机气门座圈各部位的受热温度，选择性价比高的材料，对提高发动机可靠性及延长使用寿命具有重要意义。除此之外，气门座圈的温度场可以在一定程度上反映相应的发动机的使用状况和性能，因而，对发动机性能的改进也具有一定的参考价值。

目前常用的测温方法可以分成两大类，电测法和非电测法。其中电测法主要包括热电偶法、非接触互感式测量方法和红外遥测法。气门座圈压装到气缸盖的座孔中，直径为20～40mm，座圈壁厚最薄处只有2mm左右，利用热电偶法要伴随热电偶固定困难和引线易折断的问题；非接触互感式测量方法即电磁感应法的温度测量范围在-30～400℃之间，显然不适用于气门座圈的测温；红外遥测技术是靠点传送信号的，气门座圈上有多少点需要测温就相应的需要有多少个发送和接收通道，结构复杂，成本较高，不利于多点测量。非电测法包括易熔合金法和硬度塞法，由于易熔合金的熔点是不连续的，测温时需要在零件上钻较多的孔，对其结构强度影响较大，而气门座圈材料多采用粉末冶金和铸铁，材质较脆，不适合打孔；而目前普遍采用硬度塞法测试发动机受热零件的温度，但是由于气门座圈不同位置所受到的温度不同，所以使用硬度塞法不易找到其最大的受热温度，且硬度塞在高温下使用，拆卸过程容易导致破坏。目前公知的技术中也没有公开气门座圈整体测温的方法。

企业方面：发动机是汽车上最重要的核心部件，发动机的性能直接决定了乘车的性能，更是决定着产品是否能赢得良好的市场口碑，因此主流车企都在发动机的研发上投入大量的人力和物力。而气门座圈发动机最为关键的零件之一，其性能稳定及可靠性对发动机性能具有决定性影响。因此，掌握气门座圈整体测温方法，了解气门座圈工作环境温度和工况，对于气门座圈的合理选材及推进发动机的研发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机气门座圈及测温方法，其整体设计合理、简单，测量精度高，其利用金属材料淬火后硬度随回火温度的升高而降低这一特性，建立该材料淬火后的回火温度与显微硬度的标准关系曲线，然后基于该标准曲线，测试由该材料加工成的只经过淬火处理的发动机气门座圈在台架试验后不同位置的硬度，由于气门座圈工作时受到热负荷相当于对其进行了回火处理，因此可以根据测试后的硬度反推其工作时的受热温度。适用于该方法的材料为一种改良的40Cr钢。

本发明的技术方案是这样实现的：一种发动机气门座圈，其特征在于：国家标准GB/T 5216中40Cr钢的基础上加入Nb和V元素；即按质量百分比为C：0.37％～0.44％、Si：0.17％～0.37％、Mn：0.50％～0. 85％、Cr：0.70％～1.10％、Nb：0.03％～0.08％、V：0.05％～0.10％、Fe：余量。

所述的发动机气门座圈整体的测温方法按以下步骤完成：

a)将改良后的40Cr钢加工成多个标准试样块，再将标准试样块进行淬火处理；

b)将步骤a)得到的标准试样块分组，进行不同温度的回火处理，回火温度区间为160℃~500℃，每隔20℃进行一组试验；

c)分别测试步骤b)得到的标准试样块的显微硬度，建立其显微硬度与回火温度的关系曲线，即标准曲线；

d)将40Cr钢加入Nb和V元素加工成发动机气门座圈，该材料要与标准试样块取自同一块棒料，并与步骤a)中的标准试样块进行同炉淬火处理；

e)将步骤d)获得的气门座圈装入发动机中进行台架试验；

f)将步骤e)台架试验后的气门座圈沿横截面剖开，测试气门座圈边缘不同位置的显微硬度；

g)根据步骤c)获得的曲线，将步骤f)中获得的气门座圈的硬度转化为温度，即可得到该气门座圈工作时的受热温度场。

本发明的积极效果是：

1．试验设计合理、易实施，操作难度低；

2. 试验成本低，精度高；

3.可以连续测试排气门不同位置的温度，获得整体受热的情况；

4. 改良后的40Cr材料组织与性能更加稳定，十分有利于建立该试验所用的标准曲线。

附图说明

图1 为本发明提出的试验材料回火温度与显微硬度之间的关系曲线，即标准曲线。

图2 气门座圈示意图。

图3 沿横截面剖开的气门座圈显微硬度的测试位置示意图。

图4 利用本发明所。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步描述，实施例为进一步阐明本发明的特点，不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例

一种用于发动机气门座圈整体测温试验材料，材料为一种改良的40Cr钢，在目前国内常用的40Cr钢（国家标准GB/T 5216）基础上加入Nb和V元素，两种元素化学成分按质量百分比分别为Nb：0.03％～0.08％、V：0.05％～0.10％。利用该材料对发动机气门座圈整体进行测温，试验包括以下步骤：

a)将上述材料加工成51块Φ6×40mm的准试样块，进行淬火处理，热处理工艺为1030℃×15min，冷却液采用光亮淬火油；

b)将步骤a)得到的试验样块分成17组，每3块为一组，每组样块进行一个温度的回火处理，其中回火温度从160℃到500℃，每隔20℃为一个温度点，回火保温时间为120min；

c)测试步骤b)得到的准试样块的显微硬度，每个样块随机测试3个点，即一个回火温度下的3块试样共测试9个硬度点，然后除去最高点和最低点，取平均值，作为该回火温度下准试样块的硬度值，建立其回火温度与显微硬度的关系曲线，如图1所示；

d)将本发明提出的试验材料加工成气门座圈，并与步骤a)中试验样块进行同炉淬火处理；

e)将步骤d)获得的气门座圈装入发动机中，进行台架试验；

f)将步骤e)台架试验后的气门座圈沿横截面剖开，测试气门座圈边缘不同位置的显微硬度，测试距气门边缘0.5mm；其中测试点与测试点的间距为沿横向1mm或沿纵向1mm，试验随机选取4个位置剖开，每个位置有18个测试点，按顺时针排列，如图3所示；

g)根据步骤c)获得的曲线，将步骤f)中测得的硬度值转化为温度值，即可得到气门的每个测试点的受热温度，所得结果如表1所示；为了方便直观地比较各个点的温度大小，可以根据表1绘制相应测试点的温度云图，如图4所示。

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Claims (2)

1.一种发动机气门座圈，其特征在于：国家标准GB/T 5216中40Cr钢的基础上加入Nb和V元素；即按质量百分比为C：0.37％～0.44％、Si：0.17％～0.37％、Mn：0.50％～0. 85％、Cr：0.70％～1.10％、Nb：0.03％～0.08％、V：0.05％～0.10％、Fe：余量。

2.根据权利要求1所述的一种发动机气门座圈，其特征在于所述的发动机气门座圈整体的测温方法按以下步骤完成：

a)将改良后的40Cr钢加工成多个标准试样块，再将标准试样块进行淬火处理；

b)将步骤a)得到的标准试样块分组，进行不同温度的回火处理，回火温度区间为160℃~500℃，每隔20℃进行一组试验；

c)分别测试步骤b)得到的标准试样块的显微硬度，建立其显微硬度与回火温度的关系曲线，即标准曲线；

d)将40Cr钢加入Nb和V元素加工成发动机气门座圈，该材料要与标准试样块取自同一块棒料，并与步骤a)中的标准试样块进行同炉淬火处理；

e)将步骤d)获得的气门座圈装入发动机中进行台架试验；

f)将步骤e)台架试验后的气门座圈沿横截面剖开，测试气门座圈边缘不同位置的显微硬度；

g)根据步骤c)获得的曲线，将步骤f)中获得的气门座圈的硬度转化为温度，即可得到该气门座圈工作时的受热温度场。