一种强化发动机气门及其制备工艺的制作方法

本发明涉及发动机气门技术领域，尤其涉及一种强化发动机气门及其制备工艺。

背景技术：

由于发动机进排气门工作温度较高，排气门盘部常采用奥氏体型耐热钢或奥氏体型高温合金气阀材料，某些场合进气门盘部也采用奥氏体型气阀材料。

奥氏体型钢材在常温下为奥氏体组织，无磁性具有优良的耐蚀性能、高韧性和塑性，但是由于奥氏体钢硬度低，耐磨性差，其表面耐磨性能难以满足耐磨性要求高的使用环境，大大地降低了其使用寿命。

为了提高气门锥面和杆端面的耐磨性能，马氏体型气门可对气门锥面和杆端面进行高频淬火使其表面强化，而奥氏体型气门不能通过相变使锥面强化，仅能通过滚压等冷作硬化进行强化，但奥氏体钢经滚压后硬化层硬度较低，而且表面硬化层深较浅，难以满足耐磨性要求高的使用环境。对于气门锥面和杆端面耐磨性要求较高的工况，常采用堆焊工艺，由于气门锥面或杆端堆焊对焊接技术要求较高，且生产成本较高及堆焊气门焊层失效风险大，极大的限制了堆焊工艺的应用。奥氏体型气门另一种提高杆端面耐磨性方法是采用盘部奥氏体材料+杆部马氏体材料摩擦焊气门结构，然后对马氏体杆端面进行高频淬火使其表面强化。对于奥氏体型气门也可以像普通钢材一样，利用氮化等外部表面处理方法对其进行强化处理，但其表面强化层深较浅，对气门表面强化有限。

参见图1，目前常用的奥氏体型气门结构为：整体奥氏体材料+固溶时效+整体氮化处理(氮化层深≥15um)，该奥氏体型气门所有表面硬度相同，硬度范围集中在30HRC-40HRC。该气门经整体氮化后，可提高气门杆部、锥面、杆端面及锁夹槽部位的耐磨性，由于气门杆部、锁夹槽、某些发动机气门杆端面工作应力较低，该氮化层能满足气门使用要求，对于气门杆端面工作应力较大的将不能满足要求。但气门锥面工作温度较高及工作应力较大，该氮化层只能提高气门锥面初期耐磨性，后期氮化层将会完全被磨损掉，从而难以满足气门使用要求。

为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一在于：针对现有技术的不足而提供一种提高气门锥面和杆端面的硬化性能的强化发动机气门。

本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种用于制备上述强化发动机气门的制备工艺。

作为本发明第一方面的一种强化发动机气门，包括气门盘部以及与所述气门盘部一体成型的气门杆部，所述气门盘部和气门杆部均采用奥氏体材料制成，其特征在于，所述气门盘部的锥面上通过锻打工艺处理后形成有一硬度为40HRC-52HRC的第一硬化层，所述气门杆部的杆端面上通过锻打工艺处理后形成有一硬度为40HRC-52HRC的第二硬化层。

作为本发明第二方面的一种用于制备上述强化发动机气门的制备工艺，包括以下步骤：

步骤1，采用奥氏体材料进行配料，并进行熔炼处理；

步骤2，采用锻造或轧制方式成型，得到气门毛坯；

步骤3，对气门毛坯进行切割，以保证气门总长；

步骤4，对气门毛坯的锥面和杆端面进行锻打处理；

步骤5，对经过锻打处理后的气门毛坯进行时效处理。

在本发明的一个优选实施例中，在所述步骤3与步骤4之间还包括一对经过切割后的气门毛坯进行固溶处理，固溶温度为1000℃-1100℃，固溶时间为0.5h-1h。

在本发明的一个优选实施例中，在所述步骤5中，时效温度为700℃-750℃，空冷时间为4h-16h。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：

1、该发明在气门毛坯阶段对需硬化的锥面和杆端面进行硬化处理，经过表面硬化处理的表面硬度比传统滚压处理要高。

2、该发明在气门毛坯阶段进行表面硬化处理，锻打压力较大，形成的硬化层深比滚压处理要深。

3、该发明使得奥氏体气门锥面和杆端面的强化，是在奥氏体气阀材料本身表面得到的强化，相比堆焊工艺和摩擦焊结构方案拥有更加良好的产品可靠性；

4、该发明可根据气门成品要求，在毛坯的表面硬化处理过程根据需要调整参数，因此该实用新型适用范围较广。

5、该发明在气门毛坯阶段进行表面硬化处理，对零件加工工艺拥有很好的加工工艺性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的奥氏体型气门的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3为本发明的强化发动机气门的毛坯阶段表面硬化的一种实施例的示意图。

图4为本发明的强化发动机气门的毛坯阶段表面硬化的另一种实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图2，图中给出的是一种强化发动机气门，包括气门盘部100以及与气门盘部100一体成型的气门杆部200。气门盘部100和气门杆部200均采用奥氏体材料制成，气门盘部100的锥面110上通过锻打工艺处理后形成有一硬度为40HRC-52HRC的第一硬化层111，气门杆部200的杆端面210上通过锻打工艺处理后形成有一硬度为40HRC-52HRC的第二硬化层210。

实施例1

参见图3，以气门材料国标GB/T12773-2008《内燃机气阀用钢及合金棒材》中的GH4080A材料制造气门为例，来制备本实施例中的强化发动机气门，其制备工艺为：

第1步，采用GH4080A材料进行配料，并进行熔炼处理；

第2步，毛坯成型；

第3步，切总长，以保证气门总长；

第4步，固溶处理，固溶温度为1050℃，固溶时间为1h；

第5步，对气门锥面和杆端面进行锻打；

第6步，时效处理，时效温度为710℃，空冷时间为16h。

GH4080A材料成型的气门加工完成后，气门锥面和杆端面的硬度为40HRC-48HRC。

实施例2

参见图3，以气门材料国标GB/T12773-2008《内燃机气阀用钢及合金棒材》中的NCF3015材料制造气门为例，来制备本实施例中的强化发动机气门，其制备工艺为：

第1步，采用NCF3015材料进行配料，并进行熔炼处理；

第2步，毛坯成型；

第3步，切总长，以保证气门总长；

第4步，固溶处理，固溶温度为1050℃，固溶时间为0.5h；

第5步，对气门锥面进行锻打；第6步，时效处理，时效温度为710℃，空冷时间为4h。

NCF3015材料成型的气门加工完成后，气门锥面的硬度为44HRC-52HRC。

实施例3

参见图4，以气门材料国标GB/T12773-2008《内燃机气阀用钢及合金棒材》中的NCF3015材料制造气门为例，来制备本实施例中的强化发动机气门，其制备工艺为：

第1步，采用NCF3015材料进行配料，并进行熔炼处理(原材料硬度较低≤30HRC：如“固溶状态”和“固溶和与半固溶临界状态”的奥氏体材料)；

第2步，毛坯成型(气门毛坯为热锻成型，热锻成型后气门锥面硬度会比成型前的原材料硬度有较低)；

第3步，切总长，以保证气门总长；

第4步，对气门锥面和杆端面进行锻打；

第5步，时效处理，时效处理的温度为750℃，空冷时间为4h。

NCF 3015材料成型的气门加工完成后，气门锥面和杆端面硬度为40HRC-48HRC。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。