用于制造阀轴的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的制造阀轴的方法，该阀轴包括阀盘和阀杆。本发明还涉及一种根据权利要求12的前序部分所述的阀轴。
【背景技术】
[0002]阀轴集成在内燃机中，用来控制进出发动机气缸的空气和排气的流动。
[0003]对于排放气体，例如CO、Ν0#Ρ硫而言，现代二冲程柴油发动机日益受到环境的要求。为了满足这些要求并减少排放，提高了发动机中的燃烧温度。这继而导致增加了发动机部件的腐蚀，特别是排气阀轴。
[0004]阀轴通常是由中碳结构钢锻造而成的，并且为了增加其耐腐蚀性，可为阀轴的阀盘提供耐腐蚀包覆层。最开始，包覆层被焊接到阀盘。然而，在近来的发展中，耐腐蚀包覆层以金属粉末的形式通过热等静压(HIP)施加到阀轴。为了防止碳从阀盘向耐腐蚀包覆层扩散，在施加包覆层之前，在锻造阀盘上直接施加低碳钢缓冲层。
[0005]WO 2010/083831示出了锻造阀轴的实例，该锻造阀轴包括耐腐蚀材料的外包覆层和通过HIP施加到阀轴上的缓冲层。该阀轴还包括集成到阀盘的上表面中的阀座。
[0006]已知阀轴存在的一个问题是:碳会从锻钢材料扩散到阀轴的阀座中。碳会降低阀座材料的延展性和耐腐蚀性，并因此减少阀轴的寿命。
[0007]已知阀轴存在的另一个问题是:缓冲层的粉末材料会混合到包覆层粉末中，并且在阀轴的一些区域中形成缓冲粉末和包覆层粉末的混合区。在阀盘的周边中，在发动机机工作期间存在严重的腐蚀条件。在该污染区域中，例如来自缓冲材料的碳会一定程度上降低包覆层材料的耐腐蚀性，从而导致此处阀轴的寿命降低。
[0008]制造已知的阀轴时存在的另一缺陷是:制造过程复杂并且涉及若干随后的热等静压步骤。
[0009]因此，本发明的目的是解决现有技术中的至少一个问题。特别地，本发明的目的是实现一种简单、低成本的制造阀轴的方法，该阀轴可以长时间使用而不会失效。本发明的另一个目的是实现可以长时间使用不会失效的阀轴。
【发明内容】
[0010]根据本发明的第一方面，以上目的可以通过一种用于制造包括阀盘2的阀轴I的方法来实现，该方法包括以下步骤:
[0011]-提供罩壳100，该罩壳限定了阀盘2的至少一部分；
[0012]-在所述罩壳100中布置包括芯头11的预成形的芯体12，该芯头11形成了阀盘2的内部；
[0013]-在所述罩壳100中布置预成形的环形阀座40，其中阀座40被布置成使得阀座40的内周表面至少部分地限定围绕芯头11的内部空间(d);
[0014]-用第一金属材料填充内部空间(d)，第一金属材料将形成缓冲层20，从而使得芯头11被所述第一材料所覆盖；
[0015]-用第二金属材料填充罩壳100，第二金属材料将形成包覆层30;
[0016]-使所述罩壳100在预定温度和预定等静压力下经受预定时间的热等静压(HIP)，从而使得预成形的芯体12、缓冲层20、包覆层30和阀座40冶金结合。
[0017]根据本发明，从与第二金属材料不同的材料选择第一金属材料。
[0018]在本发明的阀轴中，包覆层材料和阀座与含碳的芯元件隔离是很重要的。尽可能地防止包覆层粉末与缓冲层粉末和/或阀座材料混合也是很重要的。通过将环形阀座围绕芯头(芯头构成阀盘的内部)布置，这两个要求都很容易被满足。此外，除了那些已经包含在阀轴设计中的之外，不涉及另外的部件或物质，因此本发明的方法是节省劳动力的且能以低成本执行。本发明的另一个优点是阀轴的所有部件在进行HIP之前都布置在罩壳中，仅执行一次HIP。这使得方法能够快速且容易地执行。
[0019]实际上，预成形的环形阀座在芯头和阀盘的包覆层之间形成屏障。因此，在阀盘的该区域中，不需要紧邻包覆层粉末布置一层缓冲粉末。这是非常有利的，因为彼此相邻地布置两种不同粉末使得这两种粉末沿竖直方向具有界面而不会混合是非常复杂的。相反的，在本发明的方法中，通过一层缓冲粉末，足够使阀座与芯头的竖直侧隔离。该缓冲粉末很容易填充到空间(d)中，环形阀元件围绕芯元件的芯头形成该空间(d)，并且没有缓冲粉末与包覆层粉末混合的风险。
[0020]本发明还涉及包括阀盘2和阀杆3的阀轴1，该阀盘2具有排气侧4，其中所述阀盘包括:预成形的芯体12、缓冲层20、外侧包覆层30和预成形的环形阀座40 ;其中所述预成形的芯体12包括芯头11，芯头11形成了阀盘2的内部，其中芯头11包括顶表面14和边缘表面16，顶表面14指向阀轴的排气侧4 ;其中缓冲层20布置成使得其覆盖芯头11 ;其特征在于，预成形的阀座40布置在缓冲层20和包覆层30之间并且围绕该芯头11，并且该阀座40在朝向阀盘2的排气侧4的方向上沿着芯头11的缓冲层20延伸。
[0021]在从属权利要求和以下的详细说明中公开了本发明的其它选择例和实施例。
【附图说明】
[0022]图1示意性地显示了根据本发明第一选择例的阀轴。
[0023]图2示意性地显示了根据本发明第一选择例的阀轴的横截面图。
[0024]图3a_3f示意性地显示了制造根据本发明第一选择例的阀轴的方法的步骤。
[0025]图4示意性地显示了图1c的圈出区域的放大图。
[0026]图5示意性地显示了用于制造根据本发明第二选择例的阀轴的罩壳。
【具体实施方式】
[0027]图1示意性地显示了根据本发明第一选择例的阀轴I。图1中的阀轴被以前视图描绘，但是其具有圆形横截面。该阀轴I意图用于内燃机，例如用于船舶的两冲程柴油发动机，并且其包括阀盘2、阀杆3和阀座43。在工作过程中，阀座43抵靠内燃机气缸中的另一阀座(图1中未示出)。
[0028]下面将参考附图2详细描述本发明的阀轴1，图2显示图1的阀轴的横截面前视图。
[0029]阀轴的阀盘2从阀杆3的一端延伸，阀杆3是大体直圆柱形式。然而，阀杆3也可以朝向端部渐缩。阀盘2的上侧4是平表面，在内燃机中，该平表面面对气缸室。该表面也可以被称为排气侧4或排气表面4，并且背离阀杆3。阀盘2的下侧5从阀杆3朝向阀盘2的上侧4倾斜。该表面也可以被称为阀盘2的座表面5或者座侧5。阀盘2的下侧5还可以包括边缘部6，其在阀盘2的上表面4和下表面5之间竖直延伸。该边缘部6也可以与盘2的下侧形成角度。也能够是上倾斜表面5在阀杆和阀盘的排气侧之间直接延伸。
[0030]阀轴I还包括预成形的芯体12，在图2中，芯体12包括阀杆3和芯头11，芯体12被集成在阀盘2中，从而使得芯头11形成了阀盘2的内部。该预成形的芯体12的形状基本对应于阀轴I的形状。因此，芯头11包括背离阀杆3的上平面排气侧14。该芯头11还包括边缘部16，该边缘部16指向阀盘2的边缘6。预成形的芯体12还具有下侧15，该下侧15在阀杆3和芯头11的边缘部16之间倾斜。该下侧15还可以被称为为预成形的芯体12的阀座侧15。芯头11的边缘部16可以从座侧15竖直延伸到芯头11的上侧14。也可以在芯头11的上侧14和座侧15之间形成角度。该预成形的芯体12可以通过锻造碳含量通常在0.15-0.35wt%的固体合金钢块来制造。适合用于预成形的芯的钢的一个实例是市场上买得到的SNCrW钢。也能够提前通过粉末材料的HIP来制造预成形的芯体12，或者预成形的芯体12包括被焊接在一起的若干独立部分。
[0031]缓冲层20被施加到预成形的芯体12的芯头11上。缓冲层20覆盖芯头11的上侧14和边缘部16，从而使得缓冲层20形成在芯头11的上侧14和边缘部16上的连续层。缓冲层20的目的是防止碳从预成形的芯体12扩散到阀座40中或者扩散到阀轴的包覆层30中。缓冲层20可以由碳含量为0-0.09?七％的低碳钢构成。该缓冲层还可以被数量为12-25wt% (例如14-20wt%)的络合金化。一种适合用于缓冲层的材料是市场上可买到的316L钢。原则上，缓冲层从芯元件吸收碳并通过形成富铬碳化物而将碳结合到缓冲层中。该缓冲层的厚度应足以在芯元件和阀座之间形成连续层。缓冲层的厚度还取决于芯元件中的碳的数量以及发动机的工作条件，例如缓冲层的厚度在2-10mm的范围内，例如从3_7mm，例如3mm或者5mm。
[0032]阀轴I还包括环形即环状的阀座40，将在以下的页面中详细描述该阀座40。该阀座40包括下侧43，该下侧43暴露于阀盘2的下表面5上。该阀座40还包括上侧41、内周壁44和外周壁42。阀座40围绕芯头11布置。阀座的内周壁44朝向阀盘2的排气侧4延伸，并且与覆盖芯头11的边缘部16的缓冲