CN103670575B - 用于大功率燃气发动机的气阀及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大功率燃气发动机的气阀及其制备方法，该气阀包括气阀颈部、阀盘、以及连接所述气阀颈部的外周面和阀盘的外周面的气阀密封面；其中，所述气阀密封面为经过堆焊高温合金以及加热滚压形成的硬度为HV700以上的气阀密封面；所述气阀密封面与所述阀盘的外周面的连接为无尖角的弧形连接。本发明的气阀耐高温、耐磨、耐腐蚀、高温抗疲劳强度性能好，尤其适合用于大功率燃气发动机。

Description

用于大功率燃气发动机的气阀及其制备方法

技术领域

本发明涉及发动机配件，尤其是用于大功率燃气发动机的气阀及其制备方法。

背景技术

随着工业快速发展，各行业所产生的工业可燃尾气也越来越多，如煤矿、瓦斯气、酒厂、造纸厂、垃圾填堆等，可燃气体绝大部分都直接排放，造成了严重污染和安全隐患及能源浪费，加快开发能适应各项可燃气体大功率内燃机(燃气发动机)是国家重点扶持项目。

然而，相比于燃油发动机，例如柴油发动机，燃气发动机的排气温度普遍高于燃油发动机，例如在200℃左右，再加上工作时干磨，所以常规燃油气阀无法满足高性能燃气发动机使用要求，即、要求燃气发动机的气阀，尤其是排气阀要采用更耐磨、耐高温的材料，成本更高这严重制约大功率燃气发动机开发和使用。此外，燃气发动机相对于燃油发动机，往往进气温度更高，由于燃气发动机的进气阀由于燃气的干磨，磨损也较严重，因此燃气发动机的进气阀对材料的耐高温性和耐磨性也提出了更高的要求。

目前，对于用于大功率燃气发动机的气阀的研究主要集中在耐磨耐高温的性能上研究。例如CN101497970A公开一种奥氏体合金钢，用以抵御高负荷燃气的腐蚀。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明人着眼于改进本申请人现有的用于燃油发动机的气阀的几何形状，使其在耐高温、耐磨、耐腐蚀、高温抗疲劳强度等性上得到大幅提高，以使其可用于燃气发动机，尤其是大功率的燃气发动机。

在此，本发明提供一种用于大功率燃气发动机的气阀，包括气阀颈部、阀盘、以及连接所述气阀颈部的外周面和阀盘的外周面的气阀密封面；其中，所述气阀密封面为经过堆焊高温合金以及加热滚压形成的硬度为HV700以上的气阀密封面；所述气阀密封面与所述阀盘的外周面的连接为弧形连接；且所述阀盘的底面配置为圆弧形。

首先，本发明通过采用经过堆焊高温合金以及加热滚压形成的硬度为HV700以上的气阀密封面，无需特殊的耐高温材料，成本较低。

其次，本发明气阀密封面与阀盘的外周面的连接为弧形连接；且阀盘的底面配置为圆弧形。即本发明通过改变气阀的几何形状，使这些气阀部件之间的连接均是无尖角的平滑连接，使气阀的排气和/或进气更加顺畅，从而可降低排气温度。相反，现有的气阀部件之间的连接(参见图1)，例如气阀密封面1(工作锥面)与阀盘2的底面4往往形成尖角6，容易阻碍排气的流动。

此外，阀盘的底面配置为圆弧形，与现有的通常为平面的气阀的阀盘的底面(参见图1)相比，减少热能聚集，增强高温性能，提高散热效果，有利于较低气阀的温度。

较佳地，本发明的气阀尤其适用于排气阀和进气阀。排气温度通常较高，相对与进气阀，排气阀对耐高温、耐磨、耐腐蚀、高温抗疲劳强度的要求更高。而燃气发动机相对于燃油发动机，由于燃气发动机的进气阀干磨，损耗也较严重，因此燃气发动机的进气阀对材料的耐磨性也提出了更高的要求。

优选地，所述气阀密封面与所述阀盘的外周面的连接为无尖角的平滑连接。这进一步使在气阀中的气流更加平滑、顺畅。

又，本发明中所用的高温合金可为镍铬铁高温合金或司太立合金(Stellite)。本发明的材料为常规材料，适合规模应用。

另一方面，本发明还提供一种制备上述用于大功率燃气发动机的气阀的方法，包括：在所述气阀的密封面部分堆焊镍高温合金作为所述气阀密封面，然后对所述气阀密封面进行加热滚压使其硬度达到HV700以上；以及对所述气阀密封面以及阀盘的外周面进行表面滚压以使气阀密封面与阀盘的外周面之间连接为无尖角的平滑连接。

本发明的方法通过堆焊和加热滚压处理可提供硬度高的气阀密封面，并通过表面滚压处理使气阀各部件之间的连接均为无尖角更光滑的过渡可使在其中流动的气流，尤其使排气流更加顺畅，减少积碳，从而改善气阀的耐高温、耐磨、耐腐蚀、高温抗疲劳强度等性能。

优选地，还包括对所述气阀颈部进行表面滚压以使所述气阀颈部与气阀密封面之间为无尖角的平滑连接。

又，在本发明中，所述表面滚压包括在所述堆焊之后进行的常温滚压，以及所述在常温滚压之后对所述气阀密封面进行加热滚压。这样可以先通过常温滚压使材料达到一定硬度后再进行加热滚压，这样可以降低生产成本，并可提高高温滚压效果。

又，本发明的方法还包括在所对所述气阀密封面进行加热滚压之后对所述气阀密封面进行硬化热处理。这可进一步提高阀面的硬度。

又，在本发明中，还可通过表面滚压还使阀盘的外周面与底面之间的连接为无尖角的平滑连接。

在本发明的一个优选的实施形态中，对所述气阀颈部、气阀密封面以及阀盘的外周面和底面进行连续表面滚压。采用连续表面滚压，使其表面粗糙度达镜面一样光洁，可确保形成的部件之间的连接为无尖角平滑连接，并且连续滚压可采用单一滚压装置连续进行，可简化工艺。

附图说明

图1为现有的气阀的示意图；

图2为本发明的示例气阀的示意图；

图3为本发明的又一示例气阀的示意图；

图4为示出本发明气阀堆焊部位的局部放大图；

图5示出高温滚压前后堆焊层硬度检测结果对比；

图6示出高温滚压前后堆焊层的晶相组织。

符号说明：

1气阀密封面；

2阀盘；

3气阀颈部；

4阀盘的外周面；

5阀盘的底面；

6尖角；

7堆焊部位。

具体实施方式

参照说明书附图，并结合下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明，在结合了本公司多年来燃油发动机气阀制造中获得多项滚压专利技术基础上，在燃气发动机气阀制造中得到有机结合及进一步改进了气阀几何形状，使其耐高温、耐磨、抗高温疲劳强度等性能得到大幅度提高，产品使用时燃烧积碳大幅下降。

参见图1和2，气阀，尤其是排气阀，包括气阀密封面1、阀盘2、和气阀颈部3。气阀密封面1连接阀盘2的外周面4和气阀颈部3。

参见图1，其示出现有的气阀的示意图，其中气阀密封面1与阀盘2的外周面4形成一个尖角6，阀盘2的底面5为一平面。

参见图2，其示出本发明的气阀的示意图，其中气阀密封面1无角度地平滑地连接到阀盘2的外周面4。阀盘2的底面5为弧形面。此外，参见图3，阀盘2的外周面4和底面5可为无角度的平滑连接，这样阀盘2的外周面4和5一体形成一个弧形面或球面。

下面简单说明本发明的阀体的制备工艺：

首先用镍铬铁高温合金作为气阀密封面1堆焊合金材料在堆焊部位7(气阀密封面部位，参见图4)进行堆焊，堆焊后硬度是HV260～280比较软。尽管这里采用镍铬铁高温合金，然而应理解其他合适的高温合金也是适用的，例如司太立合金。

接着对气阀密封面1进行常温表面深度滚压(常温滚压)，滚压到我们想要硬度后，再进行加热滚压，再进行时效硬化热处理，最后表面硬度可达HV700以上(根据MAN公司技术规范进行硬度检测，其结果参见图5，可见大大提高了表面硬度)，应理解，可不进行常温滚压而直接进行加热滚压处理。

参见下表1，其示出采用司太立12#作为堆焊合金材料，经本发明高温滚压处理前后的阀面硬度梯度，从中可知，高温滚压不仅提高了表面硬度，还提高了整个焊层的硬度：

表1：

经高温滚压后，堆焊合金层韧性也大大提高。根据MAN公司技术规范进行热冲击对比试验，并进一步提高温度继续试验，结果见表2。可以明显看出通过滚压后，高温热冲击性能提高了200℃以上。

表2：气阀Stellite合金硬化层热冲击试验

产品名称：CW200气阀，测试条件常温水冷

注：表2中温度栏里数字是开裂，0表示未开裂。

高温滚压后，堆焊合金层的金相组织发生显著改变。滚压前，金相组织为长树枝状分布的碳化物、晶粒度9级，滚压后，金相组织改变为均匀网状分布碳化物、晶粒度12级(参见图6)。

最后对气阀颈部3、气阀密封面1、阀盘2的外周面4和底面5进行表面滚压。这样一方面可以改变表层金相组织，提高表面粗糙度可达镜面，增强产品压应力，提高疲劳强度，另一方面通过表面滚压可改变气阀原有几何形状，例如，相对于现有的气阀，可将阀盘的底面4从平面(参见图1)改成弧形面(参见图2)，例如大圆弧球面(参见图3)。这样，增大了阀盘的底面4的面积，可提高散热效果。例外，通过表面滚压可使气阀密封面1无尖角的平滑连接(例如弧形连接)至阀盘的外周面，即、可将现有技术气阀密封面1与阀盘2的外周面4形成的成的尖角6改成小圆角过渡，使其排气阀更加顺畅，降低排气阀温度。再则，通过表面滚压还可使阀盘2的外周面4和底面5之间的连接也为无尖角的平滑连接，这可是其中流动的排气更加流畅。

本发明的气阀除了上述气阀密封面1、阀盘2和气阀颈部3之外，还可具备一般气阀所具备的部件，例如气阀杆(未图示)。由于这些部件不涉及本发明的所用解决的技术问题，在这里不再累述，本领域技术人员可查阅现有技术得知。

应理解，本发明的气阀优选用作排气阀，然而也可用作进气阀。本发明的气阀可用于大功率的燃气发动机，例如汽车用燃气发动机和船舶用发动机等，也可用于柴油发动机以提供高性能的柴油发动机。

Claims (8)

1.一种制备用于大功率燃气发动机的气阀的方法，其特征在于，所述气阀包括气阀颈部、阀盘、以及连接所述气阀颈部的外周面和阀盘的外周面的气阀密封面；其中，所述气阀密封面为经过堆焊高温合金以及加热滚压形成的硬度为HV700以上的气阀密封面；所述气阀密封面与所述阀盘的外周面的连接为无尖角的弧形连接，所述方法包括：

在所述气阀的密封面部分堆焊镍高温合金作为所述气阀密封面，然后对所述气阀密封面进行加热滚压使所述密封面中距表面2毫米以内的焊层硬度达到HV500以上；以及

对所述气阀密封面以及阀盘的外周面进行表面滚压以使气阀密封面与阀盘的外周面之间连接为无尖角的平滑连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对所述气阀颈部进行表面滚压以使所述气阀颈部与气阀密封面之间为无尖角的平滑连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面滚压包括在所述堆焊之后进行的常温滚压，以及在所述常温滚压之后对所述气阀密封面进行加热滚压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在对所述气阀密封面进行加热滚压之后对所述气阀密封面进行硬化热处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对所述阀盘的底面进行表面滚压以使阀盘的外周面与底面之间的连接为无尖角的平滑连接。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述气阀颈部、气阀密封面以及阀盘的外周面和底面进行连续表面滚压。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气阀为排气阀或进气阀。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阀盘的底面配置为圆弧形。