发动机的进排气门座圈和进排气门组合的制作方法

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，具体为一种高速天然气发动机的进气门座圈和进气门的匹配组合、排气门座圈和排气门的匹配组合。

背景技术：

汽车和发动机工业的发展导致了石油消耗的大幅度增加和越来越严重的排气污染，从而制约经济发展，危害环境和人体健康。理论和实践表明由于天然气辛烷值高，抗爆性能好；分子碳氢比低，燃烧后CO₂排放低；燃烧特性好，因此发动机燃用天然气可以节约石油液体燃料，降低其尾气中的有害排放物和二氧化碳，减少城市PM2.5，降低温室气体排放，有利于节能环保的大政方针。

但是，当发动机采用天然气燃料或以甲烷为主要成分的气体燃料时，进排气门座圈和进排气门磨损严重，导致机械挺柱气门间隙异常，不能满足发动机的设计要求。同时表明进排气门座圈的耐磨性难以与汽油机相比，因此必须提高进排气门座圈的耐磨性和耐热性，并且确保与其相配合的进排气门不会导致异常磨损。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发动机的进排气门座圈和进排气门组合，以提高进排气门座圈的耐磨性和自润滑性，确保进排气门座圈不发生异常磨损，确保进排气门座圈对进排气门不会产生明显的攻击性，以此确保机械挺柱气门间隙始终保持在标准范围内。

本发明是这样实现的，提供一种发动机的进排气门座圈和进排气门组合，包括发动机的进气门座圈和与其相配合的进气门，以及排气门座圈和与其相配合的排气门，所述进气门座圈和排气门座圈分别包括主工作区域和次工作区域，所述主工作区域和次工作区域两端面采用烧结工艺紧密贴合连接为一整体，可获得强劲的合金和均匀分布的硬质相，因而提高了进气门座圈和排气门座圈的耐磨性、耐热性和径向压溃强度，解决了因进气门座圈和进气门、排气门座圈和排气门间的异常磨损、变形而导致气门间隙异常等质量问题。

主工作区域和次工作区域的内径和外径相等。进气门座圈和排气门座圈采用粉末冶金工艺制造。进气门座圈压装在气缸盖进气道内，排气门座圈压装在气缸盖排气道内，进气门与进气门座圈相接触，排气门与排气门座圈相接触，并与气缸盖组成燃烧室，起密封、传热、抗高温高压、抗磨损等作用。由于燃烧室的工作环境十分恶劣，因此进气门座圈、排气门座圈、进气门、排气门均处于高温、高压、高氧化等恶劣环境中。排气门座圈的主工作区域和排气门的工作环境相对于进气门座圈的主工作区域和进气门的工作环境更为恶劣。采用本发明可以增加产品的耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性及径向压溃强度。

所述进气门座圈的主工作区域的主要化学成分（重量百分比）为：C 0.9%～1.0%、Si 0.58%～0.62%、S 0.70%～0.75%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 3.0%～5.0%、Mo 6.5%～8.5%、Co 17.0%～21.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；

所述进气门主要化学成分（重量百分比）为：C 0.45%～0.55%、S≤0.030%、Cr 7.50%～9.50%、Si 1.00%～2.00%、Mn≤0.60%、P≤0.030%、余量为Fe；或者所述进气门主要化学成分（重量百分比）为：C 0.48%～0.58%、S≤0.030%、Cr 20.00%～22.00%、Si≤0.35%、Mn 8.00%～10.00%、P≤0.040%、Ni 3.25%～4.50%、N 0.35%～0.50%、余量为Fe，其中C加上N的含量≥0.90%；

所述排气门座圈的主工作区域的主要化学成分（重量百分比）为：C 0.98%～1.2%、Si 0.97%～1.03%、S 0.74%～0.76%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 4.0%～6.0%、Mo 10.0%～13.0%、Co 22.0%～26.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；

所述排气门主要化学成分（重量百分比）为：C 0.45%～0.55%、P≤0.050%、S≤0.030%、Si ≤0.45%、Cr 20.00%～22.00%、Mn 8.00%～10.00%、Ni 3.50%～5.00%、Nb 1.80%～2.50%、W 0.80%～1.50%，余量为Fe，其中C加上N的含量≥0.90%；或者所述排气门的盘部表面堆焊，堆焊的材料为：C 0.9%～1.4%、Si 0.7%～1.55%、Mn≤0.5%、Cr 28.0%～30.0%、W 3.5%～5.5%、Ni≤3.0%、Fe≤3.0%、Mo≤1.0%、余量为Co。

本发明在不改变进气门座圈和排气门座圈的结构的基础上，分别增加进气门座圈和排气门座圈的主工作区域合金材料Ni、Co、Cr、Mo的重量百分比，且排气门座圈中Ni、Co、Cr、Mo的重量百分比提高很多，从而实现排气门座圈比进气门座圈具有更高的耐磨性。排气门的材料等级高于进气门，以使排气门和排气门座圈的匹配、进气门和进气门座圈的匹配能够达到最优。

进一步地，所述进气门座圈的次工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、S 0.2%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述排气门座圈的次工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、S 0.2%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。

进一步地，所述进气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 0.9%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 5.5%、Cr 3.5%、Mo 6.5%、Co 17.5%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述进气门的化学成分（重量百分比）为：C 0.45%、S 0.020%、Cr 7.50%、Si 1.00%、Mn 0.50%、P 0.030%、余量为Fe。

进一步地，所述进气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 4.0%、Mo 7.5%、Co 19.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述进气门的化学成分（重量百分比）为：C 0.48%、Si 0.30%、S 0.030%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、P 0.040%、Ni 3.25%、N 0.50%、余量为Fe。

进一步地，所述进气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 0.9%、Si 0.58%、S 0.70%、Ni 5.0%、Cr 3.0%、Mo 8.5%、Co 17.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述进气门的化学成分（重量百分比）为：C 0.55%、S 0.030%、Cr 9.50%、Si 2.00%、Mn 0.60%、P 0.030%、余量为Fe。

进一步地，所述进气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 0.62%、S 0.70%、Ni 7.0%、Cr 5.0%、Mo 8.0%、Co 21.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述进气门的化学成分（重量百分比）为：C 0.58%、S 0.020%、Cr 22.00%、Si 0.35%、Mn 10.00%、P 0.030%、Ni 4.50%、N 0.35%、余量为Fe。

进一步地，所述排气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 24.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述排气门的化学成分（重量百分比）为：C 0.45%、P 0.050%、S 0.030%、Si 0.40%、Cr 22.00%、Mn 10.00%、Ni 5.00%、Nb 2.50%、W 1.50%、N 0.60%、余量为Fe。

进一步地，所述排气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.5%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 23.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述排气门的盘部表面堆焊材料的化学成分（重量百分比）为： C 1.4%、Si 1.55%、Mn 0.4%、Cr 28.0%、W 3.5%、Ni 2.0%、Fe 2.0%、Mo 1.0%、余量为Co。

进一步地，所述排气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 0.98%、Si 0.97%、S 0.74%、Ni 5.0%、Cr 4.0%、Mo 10.0%、Co 22.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述排气门的化学成分（重量百分比）为：C 0.55%、P 0.040%、S 0.020%、Si 0.45%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、Ni 3.50%、Nb 1.80%、W 0.80%、N 0.40%、余量为Fe。

进一步地，所述排气门座圈的主工作区域的化学成分（重量百分比）为：C 1.2%、Si 1.03%、S 0.76%、Ni 7.0%、Cr 6.0%、Mo 13.0%、Co 26.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe；所述排气门的盘部表面堆焊材料的化学成分（重量百分比）为：C 0.9%、Si 0.7%、Mn 0.5%、Cr 30.0%、W 5.5%、Ni 3.0%、Fe 3.0%、Mo 0.9%、余量为Co。

与现有技术相比，本发明开发一种新的材料组合匹配，含有Ni-Co-Mo-Cr材料的粉末冶金的进排气门座圈，以及选用主要成分为Cr-Si-Mn-P或Cr-Mn-Ni-N的进气门、主要成分为Cr-Mn-Ni-Nb-W或盘部堆焊Cr-W-Ni-Fe-Mo的排气门，通过降低进气门座圈和进气门之间的磨损量、排气门座圈和排气门之间的磨损量，以达到解决天然气发动机机械挺柱气门间隙异常的问题。

本发明的发动机的进排气门座圈和进排气门组合的优点是：通过增加Cr、Mo、Co、Ni合金粉末的重量百分比，提高了进排气门座圈的耐磨性，并对其进行混合、压制和二次烧结制成进排气门座圈。通过二次烧结获得分布均匀的硬质相，因而提高了进排气门座圈的耐磨性和耐热性，并确保了与之相匹配的进排气门具有良好的抗磨性。

附图说明

图1为本发明的进排气门座圈和进排气门安装上气缸盖上的结构示意图；

图2为图1中的进排气门座圈和进排气门组合状态示意图；

图3为图2中的进排气门座圈的剖视示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1。

请参照图1以及图2所示，本发明发动机的进排气门座圈和进排气门组合的较佳实施例，包括发动机的进气门座圈1和与其相配合的进气门2，以及排气门座圈3和与其相配合的排气门4。所述进气门座圈1和排气门座圈3分别包括主工作区域11和31和次工作区域12和32，所述主工作区域11和31和次工作区域12和32两端面紧密贴合连接为一整体，且主工作区域11和次工作区域12的内径和外径相等，主工作区域31和次工作区域32的内径和外径相等。

所述进气门座圈1的主工作区域11的主要化学成分（重量百分比）为：C 0.9%～1.0%、Si 0.58%～0.62%、S 0.70%～0.75%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 3.0%～5.0%、Mo 6.5%～8.5%、Co 17.0%～21.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。

所述进气门2主要化学成分（重量百分比）为：C 0.45%～0.55%、S ≤0.030%、Cr 7.50%～9.50%、Si 1.00%～2.00%、Mn≤0.60%、P≤0.030%、余量为Fe；或者所述进气门2主要化学成分（重量百分比）为：C 0.48%～0.58%、S ≤0.030%、Cr 20.00%～22.00%、Si ≤0.35%、Mn 8.00%～10.00%、P≤0.040%、Ni 3.25%～4.50%、N 0.35%～0.50%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe，其中C加上N的含量≥0.90%。

所述排气门座圈3的主工作区域31的主要化学成分（重量百分比）为：C 0.98%～1.2%、Si 0.97%～1.03%、S 0.74%～0.76%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 4.0%～6.0%、Mo 10.0%～13.0%、Co 22.0%～26.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。

所述排气门4主要化学成分（重量百分比）为：C 0.45%～0.55%、P≤0.050%、S≤0.030%、Si ≤0.45%、Cr 20.00%～22.00%、Mn 8.00%～10.00%、Ni 3.50%～5.00%、Nb 1.80%～2.50%、W 0.80%～1.50%，余量为Fe，其中C加上N的含量≥0.90%；或者所述排气门4的盘部表面堆焊，堆焊的材料为：C 0.9%～1.4%、Si 0.7%～1.55%、Mn≤0.5%、Cr 28.0%～30.0%、W 3.5%～5.5%、Ni≤3.0%、Fe≤3.0%、Mo≤1.0%、余量为Co。所述排气门4的盘部为与排气门座圈3的接触面。

实施例2。

在实施例1的基础上，所述进气门座圈1的次工作区域12的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、S 0.2%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述排气门座圈3的次工作区域32的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、S 0.2%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。

实施例3。

具体地，所述进气门座圈1的主工作区域11的化学成分（重量百分比）为：C 0.9%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 5.5%、Cr 3.5%、Mo 6.5%、Co 17.5%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述进气门2的化学成分（重量百分比）为：C 0.45%、S 0.020%、Cr 7.50%、Si 1.00%、Mn 0.50%、P 0.030%、余量为Fe。

实施例4。

具体地，所述进气门座圈1的主工作区域11的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 4.0%、Mo 7.5%、Co 19.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述进气门2的化学成分（重量百分比）为：C 0.48%、Si 0.30%、S 0.030%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、P 0.040%、Ni 3.25%、N 0.35%、余量为Fe。

实施例5。

具体地，所述进气门座圈1的主工作区域11的化学成分（重量百分比）为：C 0.9%、Si 0.58%、S 0.70%、Ni 5.0%、Cr 3.0%、Mo 8.5%、Co 17.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述进气门2的化学成分（重量百分比）为：C 0.55%、S 0.030%、Cr 9.50%、Si 2.00%、Mn 0.60%、P 0.030%、余量为Fe。

实施例6。

具体地，所述进气门座圈1的主工作区域11的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 0.62%、S 0.70%、Ni 7.0%、Cr 5.0%、Mo 8.0%、Co 21.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述进气门2的化学成分（重量百分比）为：C 0.58%、S 0.020%、Cr 22.00%、Si 0.35%、Mn 10.00%、P 0.030%、Ni 4.50%、N 0.35%、余量为Fe。

实施例7。

具体地，所述排气门座圈3的主工作区域31的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 24.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述排气门4的化学成分（重量百分比）为：C 0.45%、P 0.050%、S 0.030%、Si 0.40%、Cr 22.00%、Mn 10.00%、Ni 5.00%、Nb 2.50%、W 1.50%、N 0.60%、余量为Fe。

实施例8。

具体地，所述排气门座圈3的主工作区域31的化学成分（重量百分比）为：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.5%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 23.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述排气门4的盘部表面堆焊材料的化学成分（重量百分比）为： C 1.4%、Si 1.55%、Mn 0.4%、Cr 28.0%、W 3.5%、Ni 2.0%、Fe 2.0%、Mo 1.0%、余量为Co。

实施例9。

具体地，所述排气门座圈3的主工作区域31的化学成分（重量百分比）为：C 0.98%、Si 0.97%、S 0.74%、Ni 5.0%、Cr 4.0%、Mo 10.0%、Co 22.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述排气门4的化学成分（重量百分比）为：C 0.55%、P 0.040%、S 0.020%、Si 0.45%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、Ni 3.50%、Nb 1.80%、W 0.80%、N 0.40%、余量为Fe。

实施例10。

具体地，所述排气门座圈3的主工作区域31的化学成分（重量百分比）为：C 1.2%、Si 1.03%、S 0.76%、Ni 7.0%、Cr 6.0%、Mo 13.0%、Co 26.0%、其他杂质≤2.0%、余量为Fe。所述排气门4的盘部表面堆焊材料的化学成分（重量百分比）为： C 0.9%、Si 0.7%、Mn 0.5%、Cr 30.0%、W 5.5%、Ni 3.0%、Fe 3.0%、Mo 0.9%、余量为Co。

将本发明的各个实施例按照天然气发动机耐久试验规范，搭载在试验台架上进行400小时全速全负荷试验。试验结果表明，上述各项实施例的产品均能够满足天然气发动机对进气门座圈和进气门、排气门座圈和排气门的性能要求，并且能够满足机械挺柱对气门间隙的设计要求。

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。