CN1310287A - 制造钛合金提升阀的方法 - Google Patents
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Abstract
一包括常规α结构的α+β或近α合金的棒材的一端由电锻造机在β转变点以上的温度加热,以制造一增大的部分。由热锻将该增大的部分模锻为用于内燃机的提升阀的阀头,使其具有针状α结构,从而具有较高的疲劳和拉伸强度。
Description
本发明涉及一种制造钛合金提升阀的方法,该阀的阀头的高温强度提高。
不是由普通的耐热钢而是由钛(Ti)合金制造该提升阀,该合金的比重低,比强度高,降低了阀操作机构的惯性质量,提高了内燃机的工作性能。
但是,普通的合金(α+β)的耐热温度的上限大约为500℃,低于耐热奥氏体钢。就疲劳和拉伸强度而言,很难将普通的钛合金用于工作温度高于入口阀的出口阀。
为了克服上述缺点,如日本专利公开No.62-197610中所公开的,一种要求耐热的阀头和较低热负荷的阀杆由耐热钛合金例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo和普通的钛合金例如Ti-6Al-4V分别模制而成,并焊接起来。如日本实用新型公开No.63-171604中所公开的,由耐热钢制成的阀杆和由高耐热钛合金制成的阀头组合,或由钛合金制成的阀杆和耐热钢制成的阀头组合。
当如上所述将高耐热合金用于阀头时,在β转变点以下锻造以获得普通的热锻或常规α结构的阀头的耐热温度在600℃以下,作为高负荷发动机的出口阀其疲劳和拉伸强度不够,该阀的阀头的温度会达到800℃。
在上述的传统的阀中,阀头和阀杆分别由不同的材料制成,组合的阀的拉伸强度和可靠性不好,并增加了产品的制造步骤,从而增加了成本。另外,钛合金与耐热钢连接的阀不能降低阀的重量。
针对现有技术的缺点,本发明的目的是提供一种制造钛合金提升阀的方法,该阀重量轻,成本低,疲劳和拉伸强度大大提高,这是高温下的阀头所要求的,阀由单一合金制成。
根据本发明,提供一种制造钛合金提升阀的方法,包括以下步骤:
在β转变点以上的温度加热一包括常规α结构的α+β或近α合金的棒材的一端,以制造一增大的部分;
由热锻将该增大的部分模锻为阀头,使其具有针状α结构。
仅仅阀头形成为针状α结构,以增强高温下疲劳和拉伸强度。与传统的将阀头与阀杆焊接的阀相比,根据本发明由单一合金制成的阀具有高强度,小重量,和制造步骤简单的特点。
下面参照附图对实施例的描述使得本发明的特征和优点更明显。其中:
图1是根据本发明方法制造的提升阀的前立视图;
图2是阀杆一端形成增大部分的步骤的局部切去的前视图;
图3是形成阀头的步骤的垂直截面前视图;
图4是模锻后的阀头的显微照片;
图5是疲劳试验结果的图;
图6是拉伸试验结果的图。
图1是根据本发明制造的钛合金提升阀成品图。提升阀3包括阀杆1和在其端部的阀头2,由(α+β)钛合金例如Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V-2Sn,Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo或含有10%以下的少量的β相的近α合金例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo和Ti-8Al-1Mo-1V制成。
对要求耐磨的阀面4、接触阀导引件的部分、销槽5和轴向端面6施加表面处理例如渗氮、渗碳、电离镀,从而3~5μm厚的表面层形成硬化层。表面处理可施加在阀3的整个表面。整个阀头2包括致密的针状α相。
下面介绍制造钛合金提升阀的方法。
如图2所示,由α+β或包括常规的α结构的近α合金制的棒材7被电动锻造设备或镦粗机8锻造形成阀过渡件9,其在阀杆9a的上端部具有增大的部分9b。
棒材7的上端可滑动地支承在下电极11上,该下电极包括一对电极部分10,10。通过使升降台12上升,棒材7被向上压,其上端与上电极13的下表面接触。此时,电流施加在上下电极11和13上。
因此,在上下电极11和13之间的棒材7的上端通过电阻局部加热并软化。升降台12进一步上升,材料7的上端被锻造形成高温增大部分9b。
通过控制上下电极11和13之间的电流增大部分9b的温度高于β转变点。β转变点对于α+β合金为995℃,对于近α合金为1015℃。
在增大部分9b的温度低于β转变点以前,增大部分9b插入热锻机的模子14c的孔14a中,如图3所示。孔14a的上部的形状对应于要制造的阀3的阀头2。
阀过渡件9插入孔14a后,锻锤15下降预定的冲程,对增大部分9b进行热锻。因此,增大部分9b塑性变形成为在其一端具有阀头2’的阀体3’。
模锻后的阀头2’成为针状α结构,因为在阀过渡件9的模锻过程中增大部分9b的温度高于β相转变点,阀头2’在模锻时被锻锤15和模子14迅速冷却而变成非常致密的α结构。
包括针状α结构的阀头2’与传统的在β转变点以下进行热锻的阀相比,改善了高温的疲劳强度,拉伸强度和蠕变特性。
没有加热的阀杆9a仍包括常规的α结构,与原材料一样,其具有符合阀杆9a所要求的强度的足够的拉伸强度。
图4是阀头2’的显微照片,其由近α合金例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo制造并具有致密的针状结构。本发明人等以由近α合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo的阀头2’同样的方式制造了试样并测量其疲劳和拉伸强度。
结果示于图5和6。如图5所示,高温疲劳强度或应力在107次时,本发明为190Mpa,现有技术为80Mpa,现有技术为在β转变点以下进行热锻。本发明的试样的疲劳强度等于或大于制造阀的耐热奥氏体钢。
如图6所示的拉伸强度,本发明方法制造的试样在整个温度范围内大于现有技术的试样,该差值随温度升高而趋向于变大。这显示了针状α结构的优点。对每个带有图3的阀头2’的阀头3’进行精机械加工。然后,对阀表面进行表面处理,以便达到耐磨的要求,从而得到图1所示的钛合金制成的提升阀。
前述为本发明的实施例。本领域技术人员可进行各种改变和改进,而不脱离本发明。
Claims (8)
1.一种制造钛合金提升阀的方法,包括以下步骤:
在β转变点以上的温度加热一包括常规α结构的α+β或近α合金的棒材的一端,以制造一增大的部分;
由热锻将该增大的部分模锻为阀头,使其具有针状α结构。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述锻造所述增大部分的步骤在增大部分的温度低于β转变点以前立刻进行。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的加热棒材的一端的步骤包括将电流通过电锻造设备的电极施加于该端部。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的模锻所述增大部分的步骤包括由一锻锤在一模子的孔中挤压该增大部分。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的α+β合金包括Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V-2Sn,Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo中的任何一种。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的近α合金包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo或Ti-8Al-1Mo-1V。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,β转变点为995℃。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,β转变点为1015℃。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |