柴油機(jī)氣閥閥面硬化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柴油機(jī)NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化的方法，包括預(yù)熱、第一次加熱滾壓、再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓、第三次加熱滾壓和時(shí)效處理等步驟。本發(fā)明使柴油機(jī)NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化層深度比相同的冷擠壓壓力所形成的硬化層深度增加了2mm以上，是冷擠壓硬化層深度的三倍以上，能夠達(dá)到2.9-3.3mm，氣閥的疲勞強(qiáng)度、使用壽命及可靠性得到了顯著提高。
【專利說明】柴油機(jī)氣閥閥面硬化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柴油機(jī)氣閥的熱處理工藝，具體地說，特別涉及一種柴油機(jī)NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]NiCr20TiAl制氣閥既是柴油機(jī)心臟的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件之一，又是柴油機(jī)的基礎(chǔ)零件和消耗零件。
[0003]作為心臟運(yùn)動(dòng)件，它是決定柴油機(jī)性能與可靠性的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件。
[0004]作為基礎(chǔ)件，它對(duì)柴油機(jī)起著十分重要的作用。
[0005]氣閥在使用中失效，將直接產(chǎn)生主機(jī)氣缸、活塞、增壓器等零部件的變形或損壞等嚴(yán)重后果。
[0006]由于氣閥是消耗品，位居心臟，要更換時(shí)柴油機(jī)需要解體，耗工耗時(shí)，在使用中發(fā)生故障必定造成停車事故，特別是船用柴油機(jī)，氣閥失效造成的損失將會(huì)更大。
[0007]為了提高氣閥閥面的耐磨性、疲勞強(qiáng)度和使用壽命，我國(guó)引進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)計(jì)的DK機(jī)系列、PC機(jī)和PA6等機(jī)型，這些機(jī)型的氣閥閥面均采用冷擠壓的方法來提高硬度。
[0008]近年來，由于主機(jī)的發(fā)展速度很快，單機(jī)負(fù)荷及氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)明顯提高，這就對(duì)氣閥閥面質(zhì)量提出了更高的要求。但在一定的加工壓力下，冷擠壓NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化層深度只能達(dá)到0.6mm，不能滿足設(shè)計(jì)要求，這就造成了產(chǎn)品的疲勞強(qiáng)度及使用壽命不夠
理相

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能有效增加局部硬化深度的柴油機(jī)NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化的方法，以提高氣閥的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種柴油機(jī)NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化的方法，包括以下步驟:
[0011]I)預(yù)熱:將NiCr20TiAl制氣閥在井`式爐中預(yù)熱至280_380°C，然后裝夾在立式車床上；
[0012]2)第一次加熱滾壓:氣閥在立式車床上旋轉(zhuǎn)，用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至620-650°C，然后保持在該溫度下邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為30000-38000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為15-25mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.5-1.0Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻；
[0013]3)再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓:將第一次加熱滾壓后的氣閥在井式爐中預(yù)熱至280-380°C，然后裝夾在立式車床上，并使氣閥旋轉(zhuǎn)，再用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至580-610°C，然后保持在該溫度下邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為40000-53000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為10-20mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.8-1.2Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻；[0014]4)第三次加熱滾壓:用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至550_580°C，然后保持在該溫度下邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為50000-60000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為10-20mm/s，滾壓完畢，空氣冷卻；
[0015]5)時(shí)效處理:將氣閥從立式車床上取下，然后放入井式爐中用510_530°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫5-8小時(shí)，最后空氣冷卻至室溫。
[0016]以上2)、3)、4)步驟采用液壓缸的滾壓頭進(jìn)行滾壓。
[0017]本發(fā)明的基本原理是:隨著溫度的升高，NiCrfOTiAl氣閥閥面的形變抗力下降，在同等壓力作用下，零件的形變量增大，形變深度增加。形變量及形變深度越大，奧氏體晶粒變形甚至破碎就越嚴(yán)重，位錯(cuò)密度顯著增高的同時(shí)，晶界面積也大大增加，形變硬化效果明顯提高。形變后快冷可減少回復(fù)現(xiàn)象的發(fā)生，使更多晶體缺陷被保留下來。隨后的時(shí)效有利于部分內(nèi)應(yīng)力消除和部分碳化物、金屬間化合物等在位錯(cuò)、晶界、孿晶界、亞晶界等處呈顆粒狀且高度彌散析出，從而保證了形變硬化效果顯著提高。本發(fā)明生產(chǎn)的NiCrfOTiAl氣閥閥面用維氏硬度計(jì)測(cè)硬化層硬度及深度，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的間隔為0.1_。經(jīng)上述方法處理后的NiCr20TiAl氣閥閥面硬度可達(dá)467-524HV，硬化層深達(dá)2.9-3.3mm。
[0018]由于滾壓時(shí)氣閥要散發(fā)熱量，本發(fā)明在步驟2)、3)、4)中用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，根據(jù)所測(cè)溫度隨時(shí)調(diào)節(jié)氧一乙炔焰的大小，使氣閥閥面的溫度保持在滾壓所需的數(shù)值，從而確保了氣閥閥面硬化的效果。
[0019]有益效果:本發(fā)明使柴油機(jī)NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化層深度比相同的冷擠壓壓力所形成的硬化層深度增加了 2mm以上，是冷擠壓硬化層深度的三倍以上，能夠達(dá)到
2.9-3.3mm，氣閥的疲勞強(qiáng)度、使用壽命及可靠性得到了顯著提高。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0023]I)預(yù)熱:將閥盤直徑為Φ 112.4mm、閥面寬12.8mm的NiCr20TiAl氣閥在井式爐中用340°C預(yù)熱，保溫90分鐘后，裝夾在立式車床上。
[0024]2)第一次加熱滾壓:氣閥在立式車床上旋轉(zhuǎn)，用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至650°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在650°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為38000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為15mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.8Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0025]3)再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓:將第一次加熱滾壓后的氣閥從立式機(jī)床上取下，放入井式爐中用300°C預(yù)熱，保溫保溫90分鐘后，重新裝夾在立式車床上；用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至600°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在600°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為47000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為12mm/s,同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.8Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0026]4)第三次加熱滾壓:用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至570°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在570°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為56000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為10mm/s，滾壓完畢，空氣冷卻至室溫。[0027]5)時(shí)效處理:將氣閥從立式車床上取下，然后放入井式爐中用520°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫7小時(shí)，最后空氣冷卻至室溫。
[0028]以上2)、3)、4)步驟采用液壓缸的滾壓頭進(jìn)行滾壓。經(jīng)上述方法處理后的氣閥，用硬度梯度法測(cè)得閥面硬度為478-519HV，硬化層深度為3.1mm。
[0029]實(shí)施例2
[0030]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0031]I)預(yù)熱:將閥盤直徑為Φ89.6mm、閥面寬9.7mm的NiCr20TiAl氣閥在井式爐中用330°C預(yù)熱，保溫70分鐘后，裝夾在立式車床上。
[0032]2)第一次加熱滾壓:氣閥在立式車床上旋轉(zhuǎn)，用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至630°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在630°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為35000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為18mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.6Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0033]3)再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓:將第一次加熱滾壓后的氣閥從立式機(jī)床上取下，放入井式爐中用290°C預(yù)熱，保溫保溫80分鐘后，重新裝夾在立式車床上；用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至590°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在590°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為44000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為15mm/s,同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.6Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0034]4)第三次加熱滾壓:用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至550°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在550°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為50000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為12mm/s，滾壓完畢，空氣冷卻至室溫。
[0035]5)時(shí)效處理:將氣閥從立式`車床上取下，然后放入井式爐中用530°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫5小時(shí)，最后空氣冷卻至室溫。
[0036]以上2)、3)、4)步驟采用液壓缸的滾壓頭進(jìn)行滾壓。經(jīng)上述方法處理后的氣閥，用硬度梯度法測(cè)得閥面硬度為471-513HV，硬化層深度為2.9mm。
[0037]實(shí)施例3
[0038]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0039]I)預(yù)熱:將閥盤直徑為Φ 112.4mm、閥面寬12.8mm的NiCr20TiAl氣閥在井式爐中用280°C預(yù)熱，保溫90分鐘后，裝夾在立式車床上。
[0040]2)第一次加熱滾壓:氣閥在立式車床上旋轉(zhuǎn)，用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至620°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在620°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為30000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為15mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.5Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0041]3)再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓:將第一次加熱滾壓后的氣閥從立式機(jī)床上取下，放入井式爐中用280°C預(yù)熱，保溫保溫80分鐘后，重新裝夾在立式車床上；用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至580°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在580°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為40000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為10mm/s,同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.8Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0042]4)第三次加熱滾壓:用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至550°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在550°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為50000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為10mm/s，滾壓完畢，空氣冷卻至室溫。
[0043]5)時(shí)效處理:將氣閥從立式車床上取下，然后放入井式爐中用510°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫5小時(shí)，最后空氣冷卻至室溫。
[0044]以上2)、3)、4)步驟采用液壓缸的滾壓頭進(jìn)行滾壓。經(jīng)上述方法處理后的氣閥，用硬度梯度法測(cè)得閥面硬度為468-510HV，硬化層深度為3.0mm。
[0045]實(shí)施例4
[0046]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0047]I)預(yù)熱:將閥盤直徑為Φ 112.4mm、閥面寬12.8mm的NiCr20TiAl氣閥在井式爐中用350°C預(yù)熱，保溫70分鐘后，裝夾在立式車床上。
[0048]2)第一次加熱滾壓:氣閥在立式車床上旋轉(zhuǎn)，用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至640°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在640°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為35000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為20mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.7Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0049]3)再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓:將第一次加熱滾壓后的氣閥從立式機(jī)床上取下，放入井式爐中用330°C預(yù)熱，保溫保溫80分鐘后，重新裝夾在立式車床上；用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至600°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在600°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為46000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為15mm/s,同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用1.0Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0050]4)第三次加熱滾壓:用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至560°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在560°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為55000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為15mm/s，滾壓完畢，空氣冷卻至室溫。
[0051]5)時(shí)效處理:將氣閥從立式車床上取下，然后放入井式爐中用520°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫6小時(shí)，最后空氣冷卻至室溫。
[0052]以上2)、3)、4)步驟采用液壓缸的滾壓頭進(jìn)行滾壓。經(jīng)上述方法處理后的氣閥，用硬度梯度法測(cè)得閥面硬度為475-515HV，硬化層深度為3.2mm。
[0053]實(shí)施例5
[0054]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0055]I)預(yù)熱:將閥盤直徑為Φ89.6mm、閥面寬9.7mm的NiCr20TiAl氣閥在井式爐中用380°C預(yù)熱，保溫90分鐘后，裝夾在立式車床上。
[0056]2)第一次加熱滾壓:氣閥在立式車床上旋轉(zhuǎn)，用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至650°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在650°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為38000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為25mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用1.0Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0057]3)再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓:將第一次加熱滾壓后的氣閥從立式機(jī)床上取下，放入井式爐中用370°C預(yù)熱，保溫保溫80分鐘后，重新裝夾在立式車床上；用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至610°C，用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在610°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為53000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為20mm/s,同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用1.2Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻。
[0058]4)第三次加熱滾壓:用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至580°C， 用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，以調(diào)節(jié)氧一乙炔的大小，使氣閥保持在580°C邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為60000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為20mm/s，滾壓完畢，空氣冷卻至室溫。
[0059]5)時(shí)效處理:將氣閥從立式車床上取下，然后放入井式爐中用530°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫8小時(shí)，最后空氣冷卻至室溫。
[0060]以上2)、3)、4)步驟采用液壓缸的滾壓頭進(jìn)行滾壓。經(jīng)上述方法處理后的氣閥，用硬度梯度法測(cè)得閥面硬度為478-524HV，硬`化層深度為3.3mm。
【權(quán)利要求】
1.一種柴油機(jī)NiCr20TiAl制氣閥閥面硬化的方法，其特征在于包括以下步驟: O預(yù)熱:將NiCr20TiAl制氣閥在井式爐中預(yù)熱至280_380°C，然后裝夾在立式車床上； 2)第一次加熱滾壓:氣閥在立式車床上旋轉(zhuǎn)，用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至620-650°C，然后保持在該溫度下邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為30000-38000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為15-25mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.5-1.0Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻； 3)再次預(yù)熱并第二次加熱滾壓:將第一次加熱滾壓后的氣閥在井式爐中預(yù)熱至280-380°C，然后裝夾在立式車床上，并使氣閥旋轉(zhuǎn)，再用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至580-610°C，然后保持在該溫度下邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為40000-53000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為10-20mm/s，同時(shí)將氣閥閥面己滾壓的部位用0.8-1.2Mpa的壓縮空氣連續(xù)冷卻； 4)第三次加熱滾壓:用氧一乙炔焰加熱氣閥閥面至550-580°C，然后保持在該溫度下邊加熱邊滾壓，滾壓壓力為50000-60000N，氣閥閥面轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為10-20mm/s，滾壓完畢，空氣冷卻； 5)時(shí)效處理:將氣閥從立式車床上取下，然后放入井式爐中用510-530°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫5-8小時(shí)，最后空氣冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)NiCrfOTiAl制氣閥閥面硬化的方法，其特征在于:在步驟2)、3)、4) 中用便攜式紅外線測(cè)溫儀測(cè)量氣閥閥面的溫度，根據(jù)所測(cè)溫度調(diào)節(jié)氧一乙炔焰的大小，使氣閥閥面的溫度保持在滾壓所需的數(shù)值。
【文檔編號(hào)】C21D7/13GK103614526SQ201310654462
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】張先智, 明國(guó)建, 張文華, 陳以建, 何利平, 胡華遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:重慶躍進(jìn)機(jī)械廠有限公司