CN1453458A - 内燃机车柴油双金属排气门及其制造方法 - Google Patents

内燃机车柴油双金属排气门及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种内燃机车柴油双金属排气门的制作材料，其为超级铁镍合金，其化学成分规范(wt％)为：C：0.04－0.15；Si：0.40－1.20；Mn：0.50－1.0；Cr：20.0－24.0；Ni：30.0－40.0；Ti：2.5－3.0；Al：0.60－1.20；Nb：0.40－1.20；V：0.01－0.20；W：0.60－0.80；B：0.01－0.04；Mg：0.01－0.04；Ce：0.005－0.08；Co：0.5－1.0；Mo：0.15－0.30；Cu：0.05－0.30；其余为Fe。本发明气门材料性能与工艺性好，锻造、热处理质量控制稳定，材料的性能价格比好，工业应用技术经济效益显著；社会效益优越，应用前景良好。

Description

内燃机车柴油双金属排气门及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种排气门，特别涉及一种内燃机车柴油双金属排气门及其制造方法。
背景技术
内燃机车柴油机配气机构的排气门是发动机的重要运动部件，其服役条件苛刻、工作环境恶劣，为此，要求气门具有优良的综合性能，不仅要具有高温强度和热稳定性，而且要有优良的耐高温燃气腐蚀、抗氧化、耐磨损的特性。上述诸性能的综合体现，基本取决于气门的结构、材料特性、制造方法。气门性能的优劣直接影响着主机的动力性能、使用寿命及可靠性。在机车运行中发生气门破坏性失效会导致发动机事故，严重危及机车的运行安全。240系列、280系列柴油机作为动力的东风系列内燃机车是我国铁路干线运输的主要动力，在铁路运输中占有重要的地位。但是目前气门的使用寿命还处于相对落后的水平，并时有发生气门早期失效，诸如出现裂纹、掉块和断阀事故，为此，提高气门的可靠性与使用寿命问题受到了铁路运行部门和内燃机制造部门的极大关注。根据铁道部颁布的《铁路主要技术政策》中“提高机车及其主要零部件的技术性能、工作可靠性和使用寿命，逐步延长机车段修和大修间的走行公里”的要求，同时在铁路运输高速重载的要求下，内燃机车正在向提高输出功率、提高强化指标、提高可靠性、降低燃油消耗率、使用燃油多样化、减少有害排气、减轻重量、缩小体积、延长检修期和实现无维修方向发展，这一切都对柴油机燃烧系统的重要部件——气门提出了更高的要求。目前我国内燃机柴油机气门的制造方法及缺陷：
1、阀盘锥面强化采用堆焊方法熔覆高温硬面耐磨合金(附图1所示)，不仅工艺复杂、制造难度大，而且影响着气门整体的结构性能，大量的气门在运行15万公里以上出现堆焊区裂纹、掉块也是导致柴油机气门事故的主要原因之一，严重影响着气门的使用寿命。
2、气门材料4Cr4Ni14W2Mo的性能不能满足内燃机车柴油机排气门的工作要求，使用寿命不能满足铁道部机务部门可靠性管理对气门提出的要求：即无维修要求气门运行≥30万公里，气门使用寿命要求达到机车大修的目标值80万公里±10万公里。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点，本发明人积多年从事本领域工作的经验，经过反复研究论证，终得本发明的产生；本发明提供一种内燃机车柴油双金属排气门及其制造方法。
本发明采用的技术方案是：一种内燃机车柴油双金属排气门的制作材料，其特征在于：其为超级铁镍合金，其化学成分规范(wt％)为：C：004-0.15；Si：0.40-1.20；Mn：0.50-1.0；Cr：20.0-24.0；Ni：30.0-40.0；Ti：2.5-3.0；Al：0.60-1.20；Nb：0.40-1.20；V：0.01-0.20；W：0.60-0.80；B：0.01-0.04；Mg：0.01-0.04；Ce：0.005-0.08；Co：0.5-1.0；Mo：0.15-0.30；Cu：0.05-0.30；其余为Fe。
其化学成分规范(wt％)典型成分可以选定为：C：0.05；Si：0.15/0.20；Mn：0.60/0.70；Cr：20.0/21.0；Ni：38.0/40.0；Ti：2.70/2.90；AI：0.90/1.10；Nb：0.60/0.80；V：0.02/0.08；W：0.60/0.70；B：0.01/0.04；Mg：0.02；Ce：0.005/0.01；Co：0.50/0.70；Mo：0.15/0.20；Cu：0.05/0.15；其余为Fe。
其化学成分规范(wt％)典型成分还可以选定为：C：0.08；Si：0.25/0.40；Mn：0.65/0.75；Cr：21.0/22.0；Ni：36.0/38.0；Ti：2.60/2.80；AI：0.85/1.0；Nb：0.70/0.85；V：0.10-0.15；W：0.70/0.80；B：0.015-0.025，Mg：0.02；Ce：0.02/0.04；Co：0.7/0.8；Mo：0.20/0.25；Cu：0.10/0.20；其余为Fe。
其化学成分规范(wt％)典型成分还可以选定为：C：0.15；Si：0.35/0.55；Mn：0.70/0.80；Cr：22.0/23.0；Ni：31.0/34.0；Ti：2.50/2.60；AI：0.65/0.80；Nb：0.80/0.95；V：0.15-0.20；W：0.80/0.90；B：0.02-0.03，Mg：0.02；Ce：0.05/0.07；Co：0.80/0.95；Mo：0.25/0.30；Cu：0.20/0.25；其余为Fe。
一种内燃机车柴油双金属排气门的制作方法，其特征是：其制作流程为备料→气门毛坯成型→热处理→机械加工→表面强化处理。
其备料过程为：气门盘部材料为超级铁镍合金磨光棒材，切定长，变形端制作特定R；气门杆部材料为低合金结构钢磨光棒材。
其气门毛坯电热镦锻成形过程为：气门盘部经电热镦锻成形，杆部摩擦焊接成形。
电热镦锻：蒜头成形变形温度为：1125℃-1175℃
                  变形速度≤1.5mm/s
          毛坯成形始锻温度为：1120℃-1160℃
杆部摩擦焊接：一级摩擦：时间1.5-3s，压力10-18Mpa
              二级摩擦：时间2-6s，压力16-26Mpa
              顶锻：保压时间4-8s，压力28-38Mpa
其热处理过程为：固溶处理：温度1100℃-1180℃/水冷
          时效处理：温度760℃-840℃，保温时间8-16小时/空冷
          淬火处理：温度850℃/油冷
          高频处理：杆端冒形硬化HRC≥50
其机械加工程序为：车削加工气门盘外园，底平面，基准杆；气门颈部、锁夹槽部数控仿形、外园、端面、平面、斜面、锥面、R颈部磨削加工。
其表面强化处理采用喷丸、氮化、镀铬处理。
本发明具有的优点
1、气门材料性能与工艺性好，锻造、热处理质量控制稳定，材料的性能价格比好，工业应用技术经济效益显著；社会效益优越，应用前景良好。
2、双金属气门的工作性能优良，高温性能高，可靠性好，改善了导热性，降低排气门的工作温度约30℃，减少了气门的重量，降低机械应力与热应力，综合性能的提高使气门的使用寿命由≤30万公里提高到≥80万公里。
3、气门制造方法先进、独特、产品精度高，应用效果好。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为传统进气门结构示意图。
具体实施方式
本发明内燃机车柴油双金属排气门的制作材料为超级铁镍合金，其化学成分规范(wt％)为：C：004-0.15；Si：0.40-1.20；Mn：0.50-1.0；Cr：20.0-24.0；Ni：30.0-40.0；Ti：2.5-3.0；Al：0.60-1.20；Nb：0.40-1.20；V：0.01-0.20；W：0.60-0.80；B：0.01-0.04；Mg：0.01-0.04；Ce：0.005-0.08；Co：0.5-1.0：Mo：0.15-0.30；Cu：0.05-0.30；其余为Fe。
实施例1
本发明内燃机车柴油双金属排气门的制作材料为超级铁镍合金，其化学成分规范(wt％)典型成分可以选定为：C：0.05；Si：0.15/0.20；Mn：0.60/0.70；Cr：20.0/21.0；Ni：38.0/40.0；Ti：2.70/2.90；AI：0.90/1.10；Nb：0.60/0.80；V；0.02/0.08；W：0.60/0.70；B：0.01/0.04；Mg：0.02；Ce：0.005/0.01；Co：0.50/0.70；Mo：0.15/0.20；Cu：0.05/0.15；其余为Fe。
实施例2
本发明内燃机车柴油双金属排气门的制作材料为超级铁镍合金，其化学成分规范(wt％)典型成分可以选定为：C：0.08；Si：0.25/0.40；Mn：0.65/0.75；Cr：21.0/22.0；Ni：36.0/38.0；Ti：2.60/2.80；AI：0.85/1.0；Nb：0.70/0.85；V：0.10-0.15；W：0.70/0.80；B：0.015-0.025，Mg：0.02；Ce：0.02/0.04；Co：0.7/0.8；Mo：0.20/0.25；Cu：0.10/0.20；其余为Fe。
实施例3
本发明内燃机车柴油双金属排气门的制作材料为超级铁镍合金，其化学成分规范(wt％)典型成分可以选定为：C：0.15；Si：0.35/0.55；Mn：0.70/0.80；Cr：22.0/23.0；Ni：31.0/34.0；Ti：2.50/2.60；AI：0.65/0.80；Nb：0.80/0.95；V：0.15-0.20；W：0.80/0.90；B：0.02-0.03，Mg：0.02；Ce：0.05/0.07；Co：0.80/0.95；Mo：0.25/0.30；Cu：0.20/0.25；其余为Fe。
上述任一实施例的化学成分配比下，内燃机车柴油双金属排气门的制作方法是：备料→气门毛坯成形→热处理→机械加工→表面强化处理
1、备料：气门盘部材料为超级铁镍合金磨光棒材，切定长，变形端制作特定R；气门杆部材料为低合金结构钢磨光棒材。
2、气门毛坯电热镦锻成形：气门盘部经电热镦锻成形，杆部摩擦焊接成形。
电热镦锻：蒜头成形变形温度为：1125℃-1175℃
              变形速度≤1.5mm/s
          毛坯成形始锻温度为：1120℃-1160℃
杆部摩擦焊接；一级摩擦：时间1.5-3s，压力10-18Mpa
              二级摩擦：时间2-6s，压力16-26Mpa
              顶锻：保压时间4-8s，压力28-38Mpa
3、热处理：固溶处理：温度1100℃-1180℃/水冷
           时效处理：温度760℃-840℃，保温时间8-16小时/空冷
           淬火处理：温度850℃/油冷
           高频处理：杆端冒形硬化HRC≥50
4、机械加工：为传统的加工方法，加工程序为：车削加工气门盘外园，底平面，基准杆；气门颈部、锁夹槽部数控仿形、外园、端面、平面、斜面、锥面、R颈部磨削加工。
5、表面强化处理：进行喷丸、氮化、镀铬处理
以上所述，是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种内燃机车柴油双金属排气门的制作材料，其特征在于：其为超级铁镍合金，其化学成分规范(wt％)为：C：004-0.15；Si：0.40-1.20；Mn：0.50-1.0；Cr：20.0-24.0；Ni：30.0-40.0；Ti：2.5-3.0；Al：0.60-1.20；Nb：0.40-1.20；V：0.01-0.20；W：0.60-0.80；B：0.01-0.04；Mg：0.01-0.04；Ce：0.005-0.08；Co：0.5-1.0；Mo：0.15-0.30；Cu：0.05-0.30；其余为Fe。
2、如权利要求1所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作材料，其特征在于：其化学成分规范(wt％)典型成分可以选定为：C：0.05；Si：0.15/0.20；Mn：0.60/0.70；Cr：20/21；Ni：38/40；Ti：2.70/2.90；AI：0.90/1.10；Nb：0.60/0.80；V：0.02/0.08；W：0.60/0.70；B：0.01/0.04；Mg：0.02；Ce：0.005/0.01；Co：0.50/0.70；Mo：0.15/0.20；Cu：0.05/0.15；其余为Fe。
3、如权利要求1所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作材料，其特征在于：其化学成分规范(wt％)典型成分可以选定为：C：0.08；Si：0.25/0.40；Mn：0.65/0.75；Cr：21/22；Ni：36/38；Ti：2.60/2.80；AI：0.85/1.0；Nb：0.70/0.85；V；0.10-0.15；W：0.70/0.80；B：0.015-0.025，Mg：0.02；Ce：0.02/0.04；Co：0.7/0.8；Mo：0.20/0.25；Cu：0.10/0.20；其余为Fe。
4、如权利要求1所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作材料，其特征在于：其化学成分规范(wt％)典型成分可以选定为：C：0.15；Si：0.35/0.55；Mn：0.70/0.80；Cr：22/23；Ni；31/34；Ti：2.50/2.60；AI：0.65/0.80；Nb：0.80/0.95；V：0.15-0.20；W：0.80/0.90；B：0.02-0.03，Mg：0.02；Ce：0.05/0.07；Co：0.80/0.95；Mo：0.25/0.30；Cu：0.20/0.25；其余为Fe。
5、一种内燃机车柴油双金属排气门的制作方法，其特征是：其制作流程为备料→气门毛坯成型→热处理→机械加工→表面强化处理。
6、如权利要求5所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作方法，其特征是：其备料过程为：气门盘部材料为超级铁镍合金磨光棒材，切定长，变形端制作特定R；气门杆部材料为低合金结构钢磨光棒材。
7、如权利要求5所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作方法，其特征是：其气门毛坯电热镦锻成形过程为：气门盘部经电热镦锻成形，杆部摩擦焊接成形。
电热镦锻：蒜头成形变形温度为：1125℃-1175℃
                  变形速度≤1.5mm/s
          毛坯成形始锻温度为：1120℃-1160℃
杆部摩擦焊接：一级摩擦：时间1.5-3s，压力10-18Mpa
              二级摩擦：时间2-6s，压力16-26Mpa
              顶锻：保压时间4-8s，压力28-38Mpa
8、如权利要求5所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作方法，其特征是：其热处理过程为：固溶处理：温度1100℃-1180℃/水冷
          时效处理：温度760℃-840℃，保温时间8-16小时/空冷
          淬火处理：温度850℃/油冷
          高频处理：杆端冒形硬化HRC≥50
9、如权利要求5所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作方法，其特征是：其机械加工程序为：车削加工气门盘外园，底平面，基准杆；气门颈部、锁夹槽部数控仿形、外园、端面、平面、斜面、锥面、R颈部磨削加工。
10、如权利要求5所述的内燃机车柴油双金属排气门的制作方法，其特征是：其表面强化处理采用喷丸、氮化、镀铬处理。
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