CN110814662B - 一种柴油机气门毛坯的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机气门毛坯的加工方法，其包括如下步骤：S1，热镦成形，将棒料在电镦锻机上镦成粗坯，再在模具中锻压成锻件毛坯；S2，热处理，锻压结束后立即将锻件毛坯放入高温炉中进行固溶处理，水冷至室温，然后在温度为750~780℃的条件下，保温时效处理10~12h后出炉；S3，形变强化，时效处理出炉后的3~5s内将锻件毛坯放入形变强化模具中，再采用6500~17000KN的压力锻压1~3下，油冷至室温，得到柴油机气门毛坯。其能够满足气门毛坯的性能要求，提高使用寿命，减少生产工序，降低原材料消耗和生产成本，缩短生产周期。

Description

一种柴油机气门毛坯的加工方法

技术领域

本发明涉及气门加工，具体涉及一种柴油机气门毛坯的加工方法。

背景技术

气门是柴油机心脏的关键运动件之一，又是它的基础零件和易损零件。作为“心脏”运动件，它是决定柴油机性能与可靠性的关键运动件。作为基础件，它对柴油机的维修周期和使用寿命起着十分重要的作用。如果气门在使用周期内失效，将直接造成柴油机上的气缸、活塞、增压器等零部件变形甚至损坏等严重后果，这将给用户造成巨大的经济损失。

由于气门是消耗零件，位居“心脏”，要更换它柴油机需要解体，耗工耗时。如果气门在使用过程中发生故障，必定造成停车事故，特别是船用柴油机，气门失效造成的损失将会更大。

因柴油机气门阀盘锥面在工作过程中，必然会不断受到与阀座锥面快速冲击接触而产生摩擦磨损，为了提高气门阀盘锥面的耐磨性和使用寿命，保证基体具有足够的韧性，设计要求从Nimonic80A阀盘锥表面开始，距锥表面3.5~5mm范围内进行形变强化加工，使阀盘锥面硬度≥490HV。

传统的Nimonic80A柴油机气门毛坯加工方法是：先将棒料电热镦锻成锻件毛坯后退火，再将锻件毛坯进行固溶+时效处理，然后对锻件毛坯进行粗车，最后对气门盘锥面进行机械滚压强化处理，得到柴油机气门毛坯。

传统加工方法的缺点是：由于需要对锻件毛坯进行粗车，原材料消耗增加、加工工序多，锻件毛坯退火后进行固溶处理，能耗高。并且采用机械滚压进行强化处理，阀盘锥面强化层深度不超过3.2mm，达不到设计要求。综上，传统加工方法生产原材料消耗和成本较高，加工工序多，生产周期长，气门的疲劳强度低，可靠性差，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的是提供一种柴油机气门毛坯的加工方法，其能够满足气门毛坯的性能要求，提高使用寿命，减少生产工序，降低原材料消耗和生产成本，缩短生产周期。

本发明所述的柴油机气门毛坯的加工方法，其包括如下步骤：

热镦成形，将棒料在电镦锻机上镦成粗坯，再在模具中锻压成锻件毛坯；

S2，热处理，锻压结束后立即将锻件毛坯放入高温炉中进行固溶处理，水冷至室温，然后在温度为750~780℃的条件下，保温时效处理10~12h后出炉；

S3，形变强化，时效处理出炉后的3~5s内将锻件毛坯放入形变强化模具中，再采用6500~17000KN的压力锻压1~3下，油冷至室温，得到柴油机气门毛坯。

进一步，所述S2中的固溶处理是在温度为1040~1060℃的条件下保温2.5~3.5h。

进一步，所述S1中锻压结束后锻件毛坯的温度≥980℃。

进一步，所述棒料为镍基高温合金。

进一步，所述棒料为Nimonic80A合金，其包括以下质量分数的化学成分：0.04~0.10%的C，18.0~21.0%的Cr，1.00~1.80%的Al，1.8~2.7%的Ti，≤2.0%的Co，≤1.5%的Fe，≤0.008%的B，≤0.40%的Mn，≤0.80%的Si，≤0.020%的P，≤0.015%的S，≤0.0005%的Ag，≤0.0001%的Bi，≤0.20%的Cu，≤0.002%%的Pb

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、本发明利用锻压余热，直接进行固溶处理，且时效处理后立即进行形变强化，省去了锻压后的退火工序和阀面强化前的粗车工序，充分利用了锻压余热和时效余热，节约了能源，降低了固溶处理能耗，每根气门毛坯减少了价格高昂的原材料消耗0.25公斤以上，降低了生产制造成本，缩短了生产周期。

2、本发明由于在时效处理后的3~5s内将锻件毛坯放入形变强化模具中，利用时效处理的余热进行形变强化处理，采用6500~17000KN的压力锻压1~3下，锻压过程中锻件毛坯的温度在720℃以上，该温度下合金的塑性相对较好，形变抗力小，容易变形，且形变温度又低于再结晶温度，所以绝大部分形变强化效果能够保留在锻件毛坯中，从而获得比传统的机械滚压形变量更大、形变深度更深的强化层，提高了强化效果，延长了气门的使用寿命。

附图说明

图1是本发明气门粗坯的结构示意图；

图2是本发明气门毛坯的结构示意图；

图3是本发明锻压模具的结构示意图；

图4是本发明形变强化模具的结构示意图。

图中，1—气门杆，2—颈部过渡曲面，3—盘部密封锥面，4—气门盘部，5—气门粗坯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

实施例一，一种柴油机气门毛坯的加工方法，其包括如下步骤：

S1，热镦成形，参见图1，首先将直径为21mm的Nimonic80A棒料在电热镦锻机上镦成气门粗坯5，然后将气门粗坯5放入热锻模具中锻压成锻件毛坯，使得气门盘部成形。

S2，热处理，因Nimonic80A是奥氏体型材料，镦锻后空冷及退火过程中，锻件毛坯均无组织转变，没有大的组织应力，热应力也较小，所以省去了毛坯锻后退火工序直接进行固溶，利用锻压结束后的余热直接进行固溶处理，减少了能源消耗，降低了生产制造成本。即热锻结束后随即将温度还有1008℃的锻件毛坯放入高温炉中进行固溶处理，随即指的是热锻结束后直接将锻件毛坯放入高温炉中，不进行其他冷却处理或延迟转移，转移过程中会有一定的热量损失，使得锻件毛坯进入高温炉的温度低于其终锻温度，一般地，将热量损失控制在50℃以内。固溶处理是在温度为1050℃的条件下保温2.5h，再水冷至室温，然后放入中温炉中进行时效处理，在温度为770℃的条件下保温10h后出炉。

S3，形变强化，时效处理出炉后的3s内将锻件毛坯放入形变强化模具中，再采用7000KN的压力锻压2下，油冷至室温，得到柴油机气门毛坯，气门盘部直径φA为116mm，盘部密封锥面宽度d为11mm。

采用着色探伤和射线探伤气门盘部密封锥面无裂纹，用维氏硬度计测盘部密封锥面硬化层硬度及硬化层深度，每个测量点之间的间隔为0.1mm，检测结果为：硬度502~538HV，硬化层深度4.2mm。满足了气门毛坯的性能要求，减不了生产工序，节约了原材料消耗，提高了气门使用寿命，降低了生产成本，缩短了生产周期。

参见图2，所示的柴油机气门毛坯包括气门杆1和与气门杆1相连的气门颈部，气门颈部的一端通过气门锥面与气门盘部4相连，3为气门锥面。

参见图3，所示的热锻模具根据气门盘部直径φA、气门杆直径φB、气门盘厚度H、锥面角度α和颈部过渡曲面半径R进行设计制造，其中，热锻模具的气门杆内孔的直径比气门杆设计直径大1~1.5mm。

参见图4，所示的形变强化模具根据气门毛坯锥面硬化前盘部直径φA、气门杆直径φB、气门盘厚度H、锥面角度α和颈部过渡曲面半径R进行设计制造，其中，形变强化模具的气门盘内孔直径比气门毛坯锥面硬化前的盘部直径大0.5~1mm，形变强化模具的气门杆内孔直径比气门杆设计直径大1~1.5mm，形变强化模具中颈部过渡曲面半径比毛坯锥面硬化前的颈部过渡曲面设计半径大16~18mm，形变强化模具中的气门盘厚度比气门盘毛坯锥面硬化前的厚度薄1~1.5mm。

实施例二，一种柴油机气门毛坯的加工方法，其包括如下步骤：

S1，热镦成形，首先将直径为35mm的Nimonic80A棒料在电热镦锻机上镦成气门粗坯，然后将气门粗坯放入热锻模具中锻压成锻件毛坯，使得气门盘成形。

S2，热处理，热锻结束后，将温度还有1027℃的锻件毛坯放入高温炉中进行固溶处理，在温度为1060℃的条件下保温2h，水冷至室温。然后放入中温炉中进行时效处理，在温度为780℃的条件下保温12h后出炉。

S3，形变强化，时效处理出炉后的5s内将锻件毛坯放入形变强化模具中，再采用16000KN的压力锻压3下，油冷至室温，得到柴油机气门毛坯，气门盘直径φA为162mm，盘部密封锥面宽度d为19mm。

采用着色探伤和射线探伤气门盘部密封锥面无裂纹，用维氏硬度计测盘部密封锥面硬化层硬度及硬化层深度，每个测量点之间的间隔为0.1mm，检测结果为：硬度498~557HV，硬化层深度4.7mm。满足了气门毛坯的性能要求，减不了生产工序，节约了原材料消耗，提高了气门使用寿命，降低了生产成本，缩短了生产周期。

实施例三，一种柴油机气门毛坯的加工方法，其包括如下步骤：

S1，热镦成形，首先将直径为29mm的Nimonic80A棒料在电热镦锻机上镦成气门粗坯，然后将气门粗坯放入热锻模具中锻压成锻件毛坯，使得气门盘部成形。

S2，热处理，将温度还有1037℃的锻件毛坯放入高温炉中进行固溶处理，在温度为1040℃的条件下保温3.5h，水冷至室温。然后放入中温炉中进行时效处理，在温度为750℃的条件下保温11.5h后出炉。

S3，形变强化，时效处理出炉后的4s内将锻件毛坯放入形变强化模具中，再采用13500KN的压力锻压1下，油冷至室温，得到柴油机气门毛坯，气门盘直径φA为148mm，盘部密封锥面宽度d为16mm。

采用着色探伤和射线探伤气门盘部密封锥面无裂纹，用维氏硬度计测盘部密封锥面硬化层硬度及硬化层深度，每个测量点之间的间隔为0.1mm，检测结果为：硬度504~546HV，硬化层深度3.8mm。满足了气门毛坯的性能要求，减不了生产工序，节约了原材料消耗，提高了气门使用寿命，降低了生产成本，缩短了生产周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种柴油机气门毛坯的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，热镦成形，将棒料在电镦锻机上镦成粗坯，再在模具中锻压成锻件毛坯，热镦成形结束后锻件毛坯的温度≥980℃；

S2，热处理，锻压结束后立即将锻件毛坯放入高温炉中进行固溶处理，所述固溶处理是在温度为1040~1060℃的条件下保温2.5~3.5h，水冷至室温，然后在温度为750~780℃的条件下，保温时效处理10~12h后出炉；

S3，形变强化，时效处理出炉后的3~5s内将锻件毛坯放入形变强化模具中，再采用6500~17000KN的压力锻压1~3下，油冷至室温，得到柴油机气门毛坯。

2.根据权利要求1所述的柴油机气门毛坯的加工方法，其特征在于：所述棒料为镍基高温合金。

3.根据权利要求2所述的柴油机气门毛坯的加工方法，其特征在于：所述棒料为Nimonic80A合金。

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