CN109750249A - 一种发动机阀芯的渗碳热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属表面化学热处理技术领域，公开了一种发动机阀芯的渗碳热处理方法。本发明包括如下具体对发动机阀芯进行渗碳淬火和低温回火两个步骤，所述渗碳淬火包括：所述发动机阀芯在包括氮气和甲醇的氛围介质中依次进行升温、均热、强渗和油冷阶段；其中：所述氮气的流量为3.6‑4.4m3/h；所述甲醇的流量为80‑90mL/h；升温阶段的碳势为0.5C％；均热阶段的碳势为0.5C％；强渗阶段的碳势为0.85‑0.95C％。本发明处理后的发动机阀芯均满足控制表面碳浓度在一定的范围，从而降低内氧化和残余奥氏体。使发动机阀芯满足表面硬度、心部硬度、变形量和硬化层渗层的产品技术要求，又能很好地满足热后的几何尺寸变形要求，具有较高的接触疲劳强度和耐磨性减小变形量。
Description
技术领域
本发明属于金属表面化学热处理技术领域，具体涉及一种发动机阀芯的渗碳热处理方法。
背景技术
发动机(Engine)是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机(汽油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器(如：汽油发动机、航空发动机)。
阀门是流体输送控制系统中重要控制部件，广泛应用于装备制造领域，涉及范围广，阀门产品的优劣、科技水平的高低直接影响每个使用系统的生产安全、经济效益和长久发展。
汽车发动机调节气门的液压控制系统中原件，阀芯作为液压控制系统中调节液压油压力流量部件里面的关键零件。
目前，发动机可变气门正时技术在汽车上得到了广泛应用，阀芯是阀体借助它的移动来实现方向控制、压力控制或流量控制的基本功能的阀零件。发动机中的阀芯与其它相邻零件接触摩擦，接触部位需要较高的接触疲劳强度和耐磨性，同时需要保证零件整体轮廓度热后变形小。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种发动机阀芯的渗碳热处理方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，包括如下具体对发动机阀芯进行渗碳淬火和低温回火两个步骤，所述渗碳淬火包括：所述发动机阀芯在包括氮气和甲醇的氛围介质中依次进行升温、均热、强渗和油冷阶段；其中：
所述氮气的流量为3.6-4.4m3/h；所述甲醇的流量为80-90mL/h；
渗碳淬火等热处理过程中的碳势由氧探头测量，通过程序控制仪和控制电脑上显示并控制；
所述升温阶段的碳势为0.5C％；所述均热阶段的碳势为0.5C％；所述强渗阶段的碳势为0.85-0.95C％。
进一步优选的是，所述发动机阀芯进行升温、均热、强渗和油冷阶段的氛围介质还包括平衡空气和丙烷，其中：
所述平衡空气的流量为0-0.5m3/h；所述丙烷的流量为0-1.0m3/h。根据实际情况，所述发动机阀芯进行升温、均热、强渗和油冷阶段的氛围介质还包括上述平衡空气和丙烷，在氛围介质通入的平衡空气的流量和丙烷的流量的目的是为了稳定碳势，若实际测得的碳势低于0.5C％，则在氛围介质通入丙烷来提高碳势，若实际测得的碳势高于0.5C％，则在氛围介质通入平衡空气来降低碳势。
更进一步优选的是，所述平衡空气的流量为0.25m3/h；所述氮气的流量为4.0m3/h；所述甲醇的流量为85mL/h；所述丙烷的流量为0.5m3/h。
更进一步优选的是，所述升温阶段的碳势为0.5C％；所述均热阶段的碳势为0.5C％；所述强渗阶段的碳势为0.9C％。
更进一步优选的是，所述升温、均热、强渗和油冷阶段具体为：
升温，在70-100min内升温至860-880℃；
均热，在860-880℃温度下保温20min；
强渗，在860-880℃温度下强渗70min；
油冷，采用油温为125-135℃的355油或油温为75-85℃的K油，搅拌时间为30min。
更进一步优选的是，所述发动机阀芯的材质为5120钢。相当于国产20Cr。
更进一步优选的是，还包括渗碳淬火前的前清洗，以及渗碳淬火后、低温回火前的后清洗。
更进一步优选的是，在渗碳淬火后、低温回火前需要保温180min，从渗碳淬火结束后到低温回火开始前需要控制回火延时，回火延时的时间不大于4h。具体的，本发明的发动机阀芯详细的生产流程依次包括进厂验收、装料、前清洗、渗碳淬火、后清洗、低温回火、检验、卸料和包装。其中，位于渗碳淬火和低温回火之间的回火延时包括后清洗的时间，具体的时间不做限定，根据现场实际情况而定。
更进一步优选的是，所述渗碳淬火过程中在炉压2.0-4.0mbar的情况下进行。
更进一步优选的是，油冷结束后需要沥油15-25min。
本发明的有益效果为：
本发明的渗碳热处理方法处理后的发动机阀芯均满足零件表面无划伤、无碰伤、无氧化皮和脏污，硬度不低于HV10 600-750或HR 15N88-91，外圆区域的渗层深度均满足0.25-0.34mm，使发动机阀芯在较短时间内满足渗层要求的同时，控制表面碳浓度在一定的范围，从而降低内氧化和残余奥氏体。使发动机阀芯满足表面硬度、心部硬度、金相组织、变形量和硬化层渗层的产品技术要求，又能很好地满足热后的几何尺寸变形要求，具有较高的接触疲劳强度和耐磨性减小变形量，且外观良好。
附图说明
图1是本发明的淬火工艺曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。
此外，本文中记载的技术特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。
实施例一：
如图1所示，一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，包括如下具体对发动机阀芯进行渗碳淬火和低温回火两个步骤，所述渗碳淬火包括：所述发动机阀芯在包括氮气和甲醇的氛围介质中依次进行升温、均热、强渗和油冷阶段；其中：
所述氮气的流量为3.6m3/h；所述甲醇的流量为80mL/h，氮气和甲醇作为炉内气氛的载气；
所述渗碳淬火过程中的碳势由氧探头测量，通过程序控制仪和控制电脑上显示并控制；
升温，在70min内快速升温至860℃，碳势为0.5C％；
均热，在860℃温度下保温20min，碳势为0.5C％；
强渗，在860℃温度下强渗70min，碳势为0.85C％；
油冷，油温为125℃，搅拌速度为720r/min，搅拌时间为30min。
本实施例中，进行低温回火时需要在170℃情况下保温180min，且渗碳淬火和低温回火均在炉压2.0mbar的情况下进行。其中，油冷时采用好富顿355油，油冷结束后需要在炉压2.0mbar下进行沥油15min。
其中，根据实际情况，所述发动机阀芯进行升温、均热、强渗和油冷阶段的氛围介质还可以包括平衡空气和丙烷，其中：所述平衡空气的流量为0-0.5m3/h，平衡空气可以降低炉内气氛的碳势；所述丙烷的流量为0-1.0m3/h，丙烷作为富化气，用来升高并保持炉内气氛的碳势。其中，还会提供一个流量为0.25m3/h的基准空气，作为氧探头测量碳势的基准。
在氛围介质通入的平衡空气的流量和丙烷的流量的目的是为了稳定碳势，若实际测得的碳势低于0.5C％，则在氛围介质通入丙烷来提高碳势，若实际测得的碳势高于0.5C％，则在氛围介质通入平衡空气来降低碳势。实际通入的丙烷的流量可以为0m3/h、0.1m3/h、0.5m3/h或1.0m3/h等等，根据实际情况来进行判断，此处不做具体限定；实际通入的平衡空气的流量可以为0m3/h、0.1m3/h、0.25m3/h或0.5m3/h等等，根据实际情况来进行判断，也不做具体限定，但本实施例中在强渗阶段的碳势为0.85C％，通入的平衡空气的流量可以为0.1m3/h。
本实施例中需要进一步说明的是，所述发动机阀芯的材质为5120钢，相当于国产20Cr。同时，本发明中渗碳热处理方法的具体步骤还包括渗碳淬火前的前清洗，以及渗碳淬火后、低温回火前的后清洗。其中，从渗碳淬火结束后到低温回火开始前需要进行回火延时，回火延时的时间不大于4h。
具体的，本发明的发动机阀芯详细的生产流程依次包括进厂验收、装料、前清洗、渗碳淬火、后清洗、低温回火、检验、卸料和包装。其中，位于渗碳淬火和低温回火之间的回火延时包括后清洗的时间，具体的时间不做限定，根据现场实际情况而定。
经测试，上述的渗碳热处理方法处理后的发动机阀芯均满足零件表面无划伤、无碰伤、无氧化皮和脏污，硬度不低于HV10 600-750或HR 15N88-91，外圆区域的渗层深度均满足0.25-0.34mm，使发动机阀芯在较短时间内满足渗层要求的同时，控制表面碳浓度在一定的范围，从而降低内氧化和残余奥氏体。使发动机阀芯满足表面硬度、心部硬度、金相组织、变形量和硬化层渗层的产品技术要求，又能很好地满足热后的几何尺寸变形要求，具有较高的接触疲劳强度和耐磨性减小变形量，且外观良好。
实施例二：
如图1所示，一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，包括如下具体对发动机阀芯进行渗碳淬火和低温回火两个步骤，所述渗碳淬火包括：所述发动机阀芯在包括氮气和甲醇的氛围介质中依次进行升温、均热、强渗和油冷阶段；其中：
所述氮气的流量为4.0m3/h；所述甲醇的流量为85mL/h，氮气和甲醇作为炉内气氛的载气；
渗碳淬火等热处理过程中的碳势由氧探头测量，通过程序控制仪和控制电脑上显示并控制；
升温，在85min内快速升温至870℃，碳势为0.5C％；
均热，在870℃温度下保温20min，碳势为0.5C％；
强渗，在870℃温度下强渗70min，碳势为0.9C％；
油冷，油温为130℃，搅拌速度为720r/min，搅拌时间为30min。
本实施例中，进行低温回火时需要在178℃情况下保温180min，且渗碳淬火和低温回火均在炉压3.0mbar的情况下进行。其中，油冷时采用好富顿355油，油冷结束后需要在炉压3.0mbar下进行沥油20min。
其中，根据实际情况，所述发动机阀芯进行升温、均热、强渗和油冷阶段的氛围介质还可以包括平衡空气和丙烷，其中：所述平衡空气的流量为0-0.5m3/h，平衡空气可以降低炉内气氛的碳势；所述丙烷的流量为0-1.0m3/h，丙烷作为富化气，用来升高并保持炉内气氛的碳势。其中，还会提供一个流量为0.25m3/h的基准空气，作为氧探头测量碳势的基准。
在氛围介质通入的平衡空气的流量和丙烷的流量的目的是为了稳定碳势，若实际测得的碳势低于0.5C％，则在氛围介质通入丙烷来提高碳势，若实际测得的碳势高于0.5C％，则在氛围介质通入平衡空气来降低碳势。实际通入的丙烷的流量可以为0m3/h、0.1m3/h、0.5m3/h或1.0m3/h等等，根据实际情况来进行判断，此处不做具体限定；实际通入的平衡空气的流量可以为0m3/h、0.1m3/h、0.25m3/h或0.5m3/h等等，根据实际情况来进行判断，也不做具体限定，但本实施例中在强渗阶段的碳势为0.9C％，通入的平衡空气的流量可以为0.25m3/h。
本实施例中需要进一步说明的是，所述发动机阀芯的材质为5120钢，相当于国产20Cr。同时，本发明中渗碳热处理方法的具体步骤还包括渗碳淬火前的前清洗，以及渗碳淬火后、低温回火前的后清洗。其中，从渗碳淬火结束后到低温回火开始前需要进行回火延时，回火延时的时间不大于4h。
具体的，本发明的发动机阀芯详细的生产流程依次包括进厂验收、装料、前清洗、渗碳淬火、后清洗、低温回火、检验、卸料和包装。其中，位于渗碳淬火和低温回火之间的回火延时包括后清洗的时间，具体的时间不做限定，根据现场实际情况而定。
经测试，上述的渗碳热处理方法处理后的发动机阀芯均满足零件表面无划伤、无碰伤、无氧化皮和脏污，硬度不低于HV10 600-750或HR 15N88-91，外圆区域的渗层深度均满足0.25-0.34mm，使发动机阀芯在较短时间内满足渗层要求的同时，控制表面碳浓度在一定的范围，从而降低内氧化和残余奥氏体。使发动机阀芯满足表面硬度、心部硬度、金相组织、变形量和硬化层渗层的产品技术要求，又能很好地满足热后的几何尺寸变形要求，具有较高的接触疲劳强度和耐磨性减小变形量，且外观良好。
实施例三：
如图1所示，一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，包括如下具体对发动机阀芯进行渗碳淬火和低温回火两个步骤，所述渗碳淬火包括：所述发动机阀芯在包括氮气和甲醇的氛围介质中依次进行升温、均热、强渗和油冷阶段；其中：
所述氮气的流量为4.4m3/h；所述甲醇的流量为90mL/h，氮气和甲醇作为炉内气氛的载气；
所述渗碳淬火过程中的碳势由氧探头测量，通过程序控制仪和控制电脑上显示并控制；
升温，在100min内快速升温至880℃，碳势为0.5C％；
均热，在880℃温度下保温20min，碳势为0.5C％；
强渗，在880℃温度下强渗70min，碳势为0.95C％；
油冷，油温为135℃，搅拌速度为720r/min，搅拌时间为30min。
本实施例中，进行低温回火时需要在185℃情况下保温180min，且渗碳淬火和低温回火均在炉压4.0mbar的情况下进行。其中，油冷时采用好富顿355油，油冷结束后需要在炉压4.0mbar下进行沥油20min。
其中，根据实际情况，所述发动机阀芯进行升温、均热、强渗和油冷阶段的氛围介质还可以包括平衡空气和丙烷，其中：所述平衡空气的流量为0-0.5m3/h，平衡空气可以降低炉内气氛的碳势；所述丙烷的流量为0-1.0m3/h，丙烷作为富化气，用来升高并保持炉内气氛的碳势。其中，还会提供一个流量为0.25m3/h的基准空气，作为氧探头测量碳势的基准。
在氛围介质通入的平衡空气的流量和丙烷的流量的目的是为了稳定碳势，若实际测得的碳势低于0.5C％，则在氛围介质通入丙烷来提高碳势，若实际测得的碳势高于0.5C％，则在氛围介质通入平衡空气来降低碳势。实际通入的丙烷的流量可以为0m3/h、0.1m3/h、0.5m3/h或1.0m3/h等等，根据实际情况来进行判断，此处不做具体限定；实际通入的平衡空气的流量可以为0m3/h、0.1m3/h、0.25m3/h或0.5m3/h等等，根据实际情况来进行判断，也不做具体限定，但本实施例中在强渗阶段的碳势为0.95C％，通入的平衡空气的流量可以为0.5m3/h。
本实施例中需要进一步说明的是，所述发动机阀芯的材质为5120钢，相当于国产20Cr。同时，本发明中渗碳热处理方法的具体步骤还包括渗碳淬火前的前清洗，以及渗碳淬火后、低温回火前的后清洗。其中，从渗碳淬火结束后到低温回火开始前需要进行回火延时，回火延时的时间不大于4h。
具体的，本发明的发动机阀芯详细的生产流程依次包括进厂验收、装料、前清洗、渗碳淬火、后清洗、低温回火、检验、卸料和包装。其中，位于渗碳淬火和低温回火之间的回火延时包括后清洗的时间，具体的时间不做限定，根据现场实际情况而定。
经测试，上述的渗碳热处理方法处理后的发动机阀芯均满足零件表面无划伤、无碰伤、无氧化皮和脏污，硬度不低于HV10 600-750或HR 15N88-91，外圆区域的渗层深度均满足0.25-0.34mm，使发动机阀芯在较短时间内满足渗层要求的同时，控制表面碳浓度在一定的范围，从而降低内氧化和残余奥氏体。使发动机阀芯满足表面硬度、心部硬度、金相组织、变形量和硬化层渗层的产品技术要求，又能很好地满足热后的几何尺寸变形要求，具有较高的接触疲劳强度和耐磨性减小变形量，且外观良好。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：包括如下具体对发动机阀芯进行渗碳淬火和低温回火两个步骤，所述渗碳淬火包括：所述发动机阀芯在包括氮气和甲醇的氛围介质中依次进行升温、均热、强渗和油冷阶段；其中：
所述氮气的流量为3.6-4.4m3/h；所述甲醇的流量为80-90mL/h；
升温阶段的碳势为0.5C％；均热阶段的碳势为0.5C％；强渗阶段的碳势为0.85-0.95C％。
2.根据权利要求1所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：所述发动机阀芯进行升温、均热、强渗和油冷阶段的氛围介质还包括平衡空气和丙烷，其中：
所述平衡空气的流量为0-0.5m3/h；所述丙烷的流量为0-1.0m3/h。
3.根据权利要求2所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：所述平衡空气的流量为0.25m3/h；所述氮气的流量为4.0m3/h；所述甲醇的流量为85mL/h。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：强渗阶段的碳势为0.9C％。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：所述升温、均热、强渗和油冷阶段具体为：
升温，在70-100min内升温至860-880℃；
均热，在860-880℃温度下保温20min；
强渗，在860-880℃温度下强渗70min；
油冷，采用油温为125-135℃的355油或油温为75-85℃的K油，搅拌速度为720r/min，搅拌时间为30min。
6.根据权利要求1所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：所述发动机阀芯的材质为5120钢。
7.根据权利要求1所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：还包括渗碳淬火前的前清洗，以及渗碳淬火后、低温回火前的后清洗。
8.根据权利要求1或7所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：进行低温回火时需要在170-185℃情况下保温180min，从渗碳淬火结束后到低温回火开始前需要控制回火延时，回火延时的时间不大于4h。
9.根据权利要求1所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：所述渗碳淬火过程中在炉压2.0-4.0mbar的情况下进行。
10.根据权利要求9所述的一种发动机阀芯的渗碳热处理方法，其特征在于：油冷结束后需要沥油15-25min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190514 |