專利名稱：制造鈦合金提升閥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造鈦合金提升閥的方法，該閥的閥頭的高溫強(qiáng)度提高。
不是由普通的耐熱鋼而是由鈦(Ti)合金制造該提升閥，該合金的比重低，比強(qiáng)度高，降低了閥操作機(jī)構(gòu)的慣性質(zhì)量，提高了內(nèi)燃機(jī)的工作性能。
但是，普通的合金(α+β)的耐熱溫度的上限大約為500℃，低于耐熱奧氏體鋼。就疲勞和拉伸強(qiáng)度而言，很難將普通的鈦合金用于工作溫度高于入口閥的出口閥。
為了克服上述缺點(diǎn)，如日本專利公開(kāi)No.62-197610中所公開(kāi)的，一種要求耐熱的閥頭和較低熱負(fù)荷的閥桿由耐熱鈦合金例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo和普通的鈦合金例如Ti-6Al-4V分別模制而成，并焊接起來(lái)。如日本實(shí)用新型公開(kāi)No.63-171604中所公開(kāi)的，由耐熱鋼制成的閥桿和由高耐熱鈦合金制成的閥頭組合，或由鈦合金制成的閥桿和耐熱鋼制成的閥頭組合。
當(dāng)如上所述將高耐熱合金用于閥頭時(shí)，在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下鍛造以獲得普通的熱鍛或常規(guī)α結(jié)構(gòu)的閥頭的耐熱溫度在600℃以下，作為高負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)的出口閥其疲勞和拉伸強(qiáng)度不夠，該閥的閥頭的溫度會(huì)達(dá)到800℃。
在上述的傳統(tǒng)的閥中，閥頭和閥桿分別由不同的材料制成，組合的閥的拉伸強(qiáng)度和可靠性不好，并增加了產(chǎn)品的制造步驟，從而增加了成本。另外，鈦合金與耐熱鋼連接的閥不能降低閥的重量。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種制造鈦合金提升閥的方法，該閥重量輕，成本低，疲勞和拉伸強(qiáng)度大大提高，這是高溫下的閥頭所要求的，閥由單一合金制成。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種制造鈦合金提升閥的方法，包括以下步驟在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度加熱一包括常規(guī)α結(jié)構(gòu)的α+β或近α合金的棒材的一端，以制造一增大的部分；由熱鍛將該增大的部分模鍛為閥頭，使其具有針狀α結(jié)構(gòu)。
僅僅閥頭形成為針狀α結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)高溫下疲勞和拉伸強(qiáng)度。與傳統(tǒng)的將閥頭與閥桿焊接的閥相比，根據(jù)本發(fā)明由單一合金制成的閥具有高強(qiáng)度，小重量，和制造步驟簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
下面參照附圖對(duì)實(shí)施例的描述使得本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)更明顯。其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明方法制造的提升閥的前立視圖；圖2是閥桿一端形成增大部分的步驟的局部切去的前視圖；圖3是形成閥頭的步驟的垂直截面前視圖；圖4是模鍛后的閥頭的顯微照片；圖5是疲勞試驗(yàn)結(jié)果的圖；圖6是拉伸試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的鈦合金提升閥成品圖。提升閥3包括閥桿1和在其端部的閥頭2，由(α+β)鈦合金例如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。
對(duì)要求耐磨的閥面4、接觸閥導(dǎo)引件的部分、銷槽5和軸向端面6施加表面處理例如滲氮、滲碳、電離鍍，從而3～5μm厚的表面層形成硬化層。表面處理可施加在閥3的整個(gè)表面。整個(gè)閥頭2包括致密的針狀α相。
下面介紹制造鈦合金提升閥的方法。
如圖2所示，由α+β或包括常規(guī)的α結(jié)構(gòu)的近α合金制的棒材7被電動(dòng)鍛造設(shè)備或鐓粗機(jī)8鍛造形成閥過(guò)渡件9，其在閥桿9a的上端部具有增大的部分9b。
棒材7的上端可滑動(dòng)地支承在下電極11上，該下電極包括一對(duì)電極部分10,10。通過(guò)使升降臺(tái)12上升，棒材7被向上壓，其上端與上電極13的下表面接觸。此時(shí)，電流施加在上下電極11和13上。
因此，在上下電極11和13之間的棒材7的上端通過(guò)電阻局部加熱并軟化。升降臺(tái)12進(jìn)一步上升，材料7的上端被鍛造形成高溫增大部分9b。
通過(guò)控制上下電極11和13之間的電流增大部分9b的溫度高于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)。β轉(zhuǎn)變點(diǎn)對(duì)于α+β合金為995℃，對(duì)于近α合金為1015℃。
在增大部分9b的溫度低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以前，增大部分9b插入熱鍛機(jī)的模子14c的孔14a中，如圖3所示?？?4a的上部的形狀對(duì)應(yīng)于要制造的閥3的閥頭2。
閥過(guò)渡件9插入孔14a后，鍛錘15下降預(yù)定的沖程，對(duì)增大部分9b進(jìn)行熱鍛。因此，增大部分9b塑性變形成為在其一端具有閥頭2’的閥體3’。
模鍛后的閥頭2’成為針狀α結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵陂y過(guò)渡件9的模鍛過(guò)程中增大部分9b的溫度高于β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)，閥頭2’在模鍛時(shí)被鍛錘15和模子14迅速冷卻而變成非常致密的α結(jié)構(gòu)。
包括針狀α結(jié)構(gòu)的閥頭2’與傳統(tǒng)的在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下進(jìn)行熱鍛的閥相比，改善了高溫的疲勞強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度和蠕變特性。
沒(méi)有加熱的閥桿9a仍包括常規(guī)的α結(jié)構(gòu)，與原材料一樣，其具有符合閥桿9a所要求的強(qiáng)度的足夠的拉伸強(qiáng)度。
圖4是閥頭2’的顯微照片，其由近α合金例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo制造并具有致密的針狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明人等以由近α合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo的閥頭2’同樣的方式制造了試樣并測(cè)量其疲勞和拉伸強(qiáng)度。
結(jié)果示于圖5和6。如圖5所示，高溫疲勞強(qiáng)度或應(yīng)力在107次時(shí)，本發(fā)明為190Mpa，現(xiàn)有技術(shù)為80Mpa，現(xiàn)有技術(shù)為在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下進(jìn)行熱鍛。本發(fā)明的試樣的疲勞強(qiáng)度等于或大于制造閥的耐熱奧氏體鋼。
如圖6所示的拉伸強(qiáng)度，本發(fā)明方法制造的試樣在整個(gè)溫度范圍內(nèi)大于現(xiàn)有技術(shù)的試樣，該差值隨溫度升高而趨向于變大。這顯示了針狀α結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)帶有圖3的閥頭2’的閥頭3’進(jìn)行精機(jī)械加工。然后，對(duì)閥表面進(jìn)行表面處理，以便達(dá)到耐磨的要求，從而得到圖1所示的鈦合金制成的提升閥。
前述為本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種改變和改進(jìn)，而不脫離本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一種制造鈦合金提升閥的方法，包括以下步驟在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度加熱一包括常規(guī)α結(jié)構(gòu)的α+β或近α合金的棒材的一端，以制造一增大的部分；由熱鍛將該增大的部分模鍛為閥頭，使其具有針狀α結(jié)構(gòu)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鍛造所述增大部分的步驟在增大部分的溫度低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以前立刻進(jìn)行。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的加熱棒材的一端的步驟包括將電流通過(guò)電鍛造設(shè)備的電極施加于該端部。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的模鍛所述增大部分的步驟包括由一鍛錘在一模子的孔中擠壓該增大部分。
5．如權(quán)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中的任何一種。
6．如權(quán)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．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，β轉(zhuǎn)變點(diǎn)為995℃。
8．如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，β轉(zhuǎn)變點(diǎn)為1015℃。
全文摘要
一包括常規(guī)α結(jié)構(gòu)的α+β或近α合金的棒材的一端由電鍛造機(jī)在β轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度加熱,以制造一增大的部分。由熱鍛將該增大的部分模鍛為用于內(nèi)燃機(jī)的提升閥的閥頭,使其具有針狀α結(jié)構(gòu),從而具有較高的疲勞和拉伸強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B21K1/24GK1310287SQ00117610
公開(kāi)日2001年8月29日 申請(qǐng)日期2000年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月23日
發(fā)明者淺沼宏昭 申請(qǐng)人:富士烏茲克斯株式會(huì)社