一種非晶增強的新型氣門材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及新材料領域，尤其涉及一種氣門材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 發動機的工作特點要求進氣門要具備耐磨擦、耐高溫、耐疲勞、高韌性等特征，氣 門材料的性能直接影響到發動機的性能。由于該項技術的高度商業價值及高度的商業機 密性，關于氣門材料及其加工工藝方面的相關報道極少。目前國內的氣門材料有40Cr、 4Cr9Si2、4Crl0Si2Mo、21-4N和23-8N等少數幾種。然而，我國目前的氣門壽命尚不及國外 先進水平的三分之一。
[0003] 氣門分為進氣門與排氣門，空氣通過進氣門進入發動機氣缸內與燃料混合燃燒， 燃燒后產生的廢氣通過排氣門排出氣缸，從而實現新鮮空氣進入氣缸燃燒產生車輛行駛的 動力并排除廢氣。在這過程之中，燃料燃燒的熱能轉化為機械能。汽車內常見的是每個汽 缸布置有4個氣門，4汽缸的發動機一共有16個氣門。發動機是機車的核心部件，而氣門 又是發動機的關鍵零件之一。氣門是用來打開或關閉進、排氣道的直接零件，其工作環境 惡劣、對材料的性能要求高。氣門頭部溫度很高，而且還承受氣體的壓力、氣門彈簧的作用 力和傳動組件慣性力，其潤滑、冷卻條件差，要求氣門必須有一定強度、剛度、耐熱和耐磨性 能。進氣門一般采用合金鋼(鉻鋼、鎳鉻鋼)，排氣門采用耐熱合金(硅鉻鋼)。
[0004] 發明專利CN 104946995A提出了一種轎車發動機用耐高溫排氣門，按照排氣門 主體材料元素組分進行熔煉，后進行鑄造，得到坯料，排氣門主體材料為：C :0. 13-0. 27%， Si :3. 4-4%，Mo :2-3%，W :1-2%，Mn :0· 8-0. 95%，P 彡 0· 035%，S 彡 0· 035%，Ti :2-3%，Cr : 12-13%，Ni :2. 8-3. 24%，Co :1-1. 2%，V :0. 4-0. 5%，余量為Fe及不可避免的雜質；通過堆焊 處理使得氣門錐面達到更高的耐磨性和耐沖擊，相應的疲勞性能也得到提高；通過對發動 機氣門涂覆涂層，提高材料的防腐、耐高溫、耐磨性能。
[0005] 發明專利CN103627956A公開了一種發動機用高耐磨性能進氣門材料及該氣門 的制造方法。采用的合金成分范圍為：：c:0. 32~0. 40% ;Si:0. 17~0. 27% ;M〇:0. 5~ 1. 2% ;Μη:0· 50 ~0· 80% ;Nb:0. 2 ~0· 5% ;Cr:0. 80 ~1. 10% ;W:0. 50 ~I. 0% ;Ni:彡 0· 013% ; P:彡0. 015 ;S:彡0. 015 ;Cu:彡0. 010% ;余料為Fe。該氣門經表面納米化、低溫滲氮、堆焊 鎢鋯合金等工藝加工而成。
[0006] 發明專利CN103627961A公開了一種進氣門，進氣門采用的合金成分重量百分比 為：C:0. 32 ~0· 40% ;Si:0. 17 ~0· 37% ;Μο:2· 5 ~3. 5% ;Μη:0· 50 ~0· 80% ;Cr:0. 80 ~ 1. 10% ;W:0. 50~1. 0% ;余量為純度為99. 8%的Fe。該氣門經表面納米化、低溫滲氮、堆焊 鎢鋯合金等工藝加工而成。該氣門可以在500°C以上的高溫長期服役，但是當發動機的性能 提升，要求氣門在550°C以上的溫度服役時，這個材料便不能勝任了。
【發明內容】
[0007] 發明目的：為解決上述技術問題，本發明提供本一種成本適中、耐高溫性能優異、 使用壽命較長的綜合性能優異的進氣門及其制備方法。
[0008] 技術方案：為實現上述技術方案，本發明提供了一種進氣門，所述進氣門的基 體材料成分為：c:0. 30 ~0· 40% ;Si:0. 05 ~0· 1% ;M〇:0. 1 ~0· 2% ;Μη:0· 50 ~0· 80% ; Cr:0. 80 ~L 10% ;W:0. 50 ~L 0% ;Ce: 0· 1 ~0· 2%; Nb: 0· 05 ~0· 1% ;Cu: 0· 05 ~ 0. 1%。余量為純度大于99. 8%的Fe，所述純度為99. 8%的Fe中的雜質重量百分比含量為： Ni:彡0.013% ;P:彡0.015 ;S:彡0.015%。其特征在于，氣門的錐面有非晶合金層，厚度 200-500 微米。
[0009] 相對于專利CN103627956A使用的材料，本發明降低了 M 〇、S i的含量，增加了 C u、N b元素。降低Mo含量能夠降低產品的成本，增加微量Nb元素，在不顯著增加成本 的前提下，能夠有效地提高合金的耐高溫性能與高溫下的強度，增加微量的Cu元素，能夠 大大改善合金的焊接性能。并采用高強、高硬度、高耐磨性能的非晶，大大提高了材料的性 能。
[0010] 上述進氣門的制造方法，包括如下工藝步驟： (1) 按照合金成分范圍準備配料，將合金材料混合均勻； (2) 采用真空感應爐熔煉，溫度控制在1600~1650°C，熔煉2~2.5小時； (3) 分別在1100°C、1050°C、950°C進行三次鍛造，控制變形比大于70%，得到進氣門毛 坯； (4) 在800-850°C下保溫1-1. 5 h，淬火，然后加熱到450-500°C，保溫2-2. 5小時，最后 空氣冷卻； (5) 熔煉非晶合金：按照該合金的原子比配置原料，進行真空熔煉，澆注冷卻后得到非 晶合金。其中非晶合金含有Zr、Ti、Mo、Al、W、V、B等元素，其中Zr、Ti、Mo、Al的原子比 為 50 :15 :8 :12。所述非晶合金包含但不限于 Zr5QTi15M〇sAl12WsV 5B2、Zr5QTi15M〇sAl 12W5V5B5、 Zr50Ti15Mo8Al12W7V 6B2; (6) 采用銑床加工對錐面進行表面光潔度處理； (7) 在錐面焊接非晶合金；厚度控制在200-500微米。具體可以采用釬焊、堆焊、擴散 焊等方式； (8) 進行表面光潔度處理。
[0011] 有益效果：使用本發明的氣門，由于其具有優異的高溫性能(強度、抗氧化性、耐磨 性與疲勞壽命等)，能夠提高發動機的工作溫度，因而提升燃料的燃燒熱量與利用效率。能 夠產生明顯的經濟效益。采用焊接非晶材料，保證了氣門表面具有優異的強度、硬度、摩擦 磨損性能。
【具體實施方式】
[0012] 以下各個實施例中所使用的純度為99. 8%的Fe中雜質的重量百分比含量為： Ni: ^ 0. 013% ；P: ^ 0. 015 ；S: ^ 0. 015〇 [0013] 實施例1 (1)按照合金成分范圍準備配料，C:0. 35% ;Si:0. 05% ;Μο:(λ 14% ;Μη:(λ 75% ;Cr:0. 87% ; W:1.0%;Ce: 0.1%; Nb: 0.1%;Cu: 0.