CN110293379A - 一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，包括依次进行的：1)盘锥面淬火、2)盘锥面回火、3)精磨盘锥面、4)盘锥面氮化；本申请在盘锥面淬火后氮化(保留氮化层)，在很大程度上提高了盘锥面的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能；本申请既解决了进气门盘锥面的传统仅盘锥面淬火或盘锥面氮化处理带来的强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能较低的问题，也解决了进气门盘锥面的传统盘锥面焊合金处理所存在的焊接合金掉块、开裂等的技术难题，可以代替传统盘锥面焊合金处理，制造成本降低了，提高了可靠性，工艺流程缩短了，同时不会出现盘锥面气孔、夹渣等废品，废品率降低了。

Description

一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法

技术领域

本发明涉及内燃发动机零部件制造技术领域，尤其是涉及一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法。

背景技术

进气门与排气门是汽车发动机正常运行的关键零部件，与活塞、缸套等组成发动机的燃烧室，并通过气门的开启、关闭，控制空气、燃料的进入及废气的排放。

内燃发动机中的进气门承受着高温冲击、摩擦磨损和腐蚀等等的恶劣工况，在工作过程中，进气门频繁关闭，与座圈剧烈碰撞的频率很高，倘若受到强烈气流的侵蚀和酸性物质的腐蚀，进气门的盘锥面就会渐渐发生腐蚀磨损。发生磨损后会产生漏气，进而产生在发动机内断裂失效。且对进气门应力模拟及温度场试验分析，最大压应力出现在盘锥面与座圈的接触部分。为了保证发动机内正常工作的需要，要求整个燃烧室内不能有丝毫的燃气泄漏，这就要求进气门盘锥面具有很高的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能。目前进气门采用的是马氏体合金钢材料。

传统的马氏体钢进气门的盘锥面的处理方法包括：1.盘锥面淬火；2.盘锥面氮化处理(盘锥面保留氮化层)；3.盘锥面焊合金(盘锥面堆焊)。传统的马氏体钢进气门的盘锥面的处理方法存在的问题是：1.单纯的盘锥面淬火或盘锥面氮化处理，盘锥面的强度和耐腐蚀性等性能较低；2.盘锥面焊合金，此结构虽然耐磨性很好，但由于两种不同材料在熔合时会出现很大的拉应力，此拉应力在发动机内复杂的工况下会出现开裂、掉块的隐患，极易引起安全隐患，且在制造过程中等离子焊后，通过X探伤检测出高达3‰的工序废品，这样又提高了制造成本。

因此，如何开发一种新的马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，以提高进气门的盘锥面的强度、耐高温性、耐腐蚀性以及耐磨损性，是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，包括以下依次进行的步骤：

1)盘锥面淬火：将机加工成型后的马氏体钢进气门半成品上的盘锥面进行淬火处理；

2)盘锥面回火：将步骤1)淬火后的盘锥面进行回火处理；

3)精磨盘锥面：将步骤2)回火后的盘锥面进行精磨机加工处理；

4)将步骤3)精磨后的盘锥面依次进行氮化前清洗、预热、氮化、氮化后冷却、氮化后清洗、氮化后烘干、氧化、氧化后冷却、氧化后清洗1、氧化后清洗2、抛丸处理，抛丸处理完成后即完成马氏体钢进气门盘锥面的处理。

优选的，步骤1)中，淬火加热过程中的保温温度为1000～1200℃，淬火加热过程中的保温时间为3～8s，加热保温后的盘锥面浸入淬火液中的冷却时间为2～8s。

优选的，步骤2)中，回火加热过程中的保温温度为150～250℃，回火加热过程中的保温时间≥1.5小时。

优选的，步骤4)中的氮化中，氮化温度为500℃～540℃，氮化时间为40～80min，氮化层的厚度为0.01mm～0.06mm。

优选的，步骤4)中的氧化中，氧化温度为300℃～400℃，氧化时间为10～30分钟。

本发明提供了一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，包括依次进行的：1)盘锥面淬火、2)盘锥面回火、3)精磨盘锥面、4)盘锥面氮化；

本申请在盘锥面淬火后氮化(保留氮化层)，在很大程度上提高了盘锥面的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能，相比于单一的盘锥面淬火或只是盘锥面氮化(盘锥面保留氮化层)，在耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能上有很大的优势；

本申请既解决了进气门盘锥面的传统仅盘锥面淬火或盘锥面氮化处理带来的强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能较低的问题，也解决了进气门盘锥面的传统盘锥面焊合金处理所存在的焊接合金掉块、开裂等的技术难题，可以代替传统盘锥面焊合金处理，制造成本降低了，同时传统盘锥面焊合金处理所存在的焊接合金掉块、开裂等质量隐患也消除了，从而避免了马氏体钢进气门盘锥面的磨损、腐蚀、断裂等潜在风险，提高了产品的可靠性，工艺流程缩短了，同时不会出现盘锥面气孔、夹渣等废品，废品率降低。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供了一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，包括以下依次进行的步骤：

1)盘锥面淬火：将机加工成型后的马氏体钢进气门半成品上的盘锥面进行淬火处理；

2)盘锥面回火：将步骤1)淬火后的盘锥面进行回火处理；

3)精磨盘锥面：将步骤2)回火后的盘锥面进行精磨机加工处理；

4)将步骤3)精磨后的盘锥面依次进行氮化前清洗、预热、氮化、氮化后冷却、氮化后清洗、氮化后烘干、氧化、氧化后冷却、氧化后清洗1、氧化后清洗2、抛丸处理，抛丸处理完成后即完成马氏体钢进气门盘锥面的处理。

在本申请的一个实施例中，步骤1)中，淬火加热过程中的保温温度为1000～1200℃，淬火加热过程中的保温时间为3～8s，加热保温后的盘锥面浸入淬火液中的冷却时间为2～8s。

在本申请的一个实施例中，步骤2)中，回火加热过程中的保温温度为150～250℃，回火加热过程中的保温时间≥1.5小时。

在本申请的一个实施例中，步骤4)中的氮化中，氮化温度为500℃～540℃，氮化时间为40～80min，氮化层的厚度为0.01mm～0.06mm。

在本申请的一个实施例中，步骤4)中的氧化中，氧化温度为300℃～400℃，氧化时间为10～30分钟。

之前盘锥面淬回火加氮化工艺在技术上存在无法克服两大难题：(1)由于氮化变形导致盘锥面的跳动超差；(2)由于氮化温度的影响导致盘锥面的硬度降低，这样就影响进气门盘锥面的气密性与耐磨性。而此发明在工艺及工艺参数上做了很大改善，成功的实现了盘锥面的淬回火与氮化的完美结合，且取得了意料之外的技术效果：1)盘锥面在500多度的氮化过程中，由于自身应力的释放而导致热变形，盘锥面跳动超差，为解决此难题，盘锥面在氮化炉、氧化炉、抛丸炉中均采用专用工装使进气门的杆部以竖直姿态摆放(吊装)；2)由于盘锥面淬回火后再氮化，相当于盘锥面又回火一次，导致盘锥面硬度下降，为了避免此情况，本申请中的氮化采用低温氮化，且氮化时间延长30分钟；3)选择精磨盘锥面后再氮化，如此增加了渗氮能力，同时避免了氮化后精磨削由于盘锥面硬度高易产生裂纹的风险。

盘锥面淬火中：

(1)本申请中淬火液采用7#机械油或KR6480淬火液，淬火液的温度不得大于45℃，当淬火油温度超过45℃时应停止生产，待温度降到30℃以下时，再继续生产；

(2)晶粒度的检测：将高频淬火首件切割、镶嵌、预磨、抛光、苦味酸浸蚀，在显微镜下放大100倍判定晶粒度应细于8级；

(3)本申请中，盘锥面淬火的注意事项：

A：加热保温后的盘锥面浸入淬火介质液中的油冷时间≥5s，且盘锥面从加热完毕到入油之间的时间＜1s。

B：为了降低淬火应力，盘锥面淬火后必须进行低温去应力回火处理，且淬火后必须要在4小时内进行回火处理。

C：感应加热器(感应线圈)与进气门之间的间隙调整：调整感应加热器与进气门之间的间隙为0.8～1.5mm(用塞尺检测感应加热器与进气门之间的间隙)。

精磨盘锥面中，用自动锥面磨床，为了提高锥面光洁度，采用油冷；需要控制的关键工艺参数：砂轮修整频次小于≤40支/次，加工节拍为11-15秒，弹簧卡头更换频次≤每6000件/次；且为了减少氮化后锥面变形，盘锥面跳动控制≤0.02。

本申请中，所述氮化中所用的氮化盐，由下列质量百分数的原料制成：35％～50％的尿素，25％～40％的碳酸钠，15％～25％的碳酸钾，5％～10％的氯化钾，1.0％～2.0％的氯化钠，1.0％～3.0％的碳酸锂，0.1％～1.0％的硫化钾。

本申请中，所述氮化中所用的氮化盐还可以是TJ-3氮化盐，其成分CNO^-％为30wt％～36wt％。

本申请中，氮化处理的注意事项：

1.氮化温度采用低温氮化，以防止盘锥面淬火后的硬度出现下降。

2.为了防止氮化后变形，一定保证氮化温度均匀一致。

3.氮化后为了降低氮化变形，在氮化炉、氧化炉、抛丸炉中均采用专用工装使进气门的杆部以竖直姿态摆放(吊装)。

上述步骤4)中的氧化中的氧化盐为强碱性物质，其材料成分包括：KOH、NaOH、NaCO₃等。

本申请中，进气门的杆部与端部的淬火与回火是一道工序连续完成，不能分开。

本申请中，步骤4)中的氮化、氧化、抛丸都包括在盘锥面氮化内，是一道工序，氮化、氧化、抛丸这三者不能分开。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，包括以下依次进行的步骤：

1)盘锥面淬火：将机加工成型后的马氏体钢进气门半成品上的盘锥面进行淬火处理；

步骤1)中，淬火加热过程中的保温温度为1000～1050℃，淬火加热过程中的保温时间为6s，加热保温后的盘锥面浸入淬火液中的冷却时间为5s；

2)盘锥面回火：将步骤1)淬火后的盘锥面进行回火处理；

步骤2)中，回火加热过程中的保温温度为200～220℃，回火加热过程中的保温时间为2小时；

3)精磨盘锥面：将步骤2)回火后的盘锥面进行精磨机加工处理；

4)将步骤3)精磨后的盘锥面依次进行氮化前清洗、预热、氮化、氮化后冷却、氮化后清洗、氮化后烘干、氧化、氧化后冷却、氧化后清洗1、氧化后清洗2、抛丸处理，抛丸处理完成后即完成马氏体钢进气门盘锥面的处理；

步骤4)中的氮化中，氮化温度为520℃～540℃，氮化时间为60min，氮化层的厚度为0.04mm，氮化层的硬度为600HV；

步骤4)中的氧化中，氧化温度为350℃～370℃，氧化时间为25分钟。

实施例2

一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，包括以下依次进行的步骤：

1)盘锥面淬火：将机加工成型后的马氏体钢进气门半成品上的盘锥面进行淬火处理；

步骤1)中，淬火加热过程中的保温温度为1100～1150℃，淬火加热过程中的保温时间为5s，加热保温后的盘锥面浸入淬火液中的冷却时间为6s；

2)盘锥面回火：将步骤1)淬火后的盘锥面进行回火处理；

步骤2)中，回火加热过程中的保温温度为220～240℃，回火加热过程中的保温时间为2.5小时；

3)精磨盘锥面：将步骤2)回火后的盘锥面进行精磨机加工处理；

4)将步骤3)精磨后的盘锥面依次进行氮化前清洗、预热、氮化、氮化后冷却、氮化后清洗、氮化后烘干、氧化、氧化后冷却、氧化后清洗1、氧化后清洗2、抛丸处理，抛丸处理完成后即完成马氏体钢进气门盘锥面的处理；

步骤4)中的氮化中，氮化温度为510℃～530℃，氮化时间为65min，氮化层的厚度为0.05mm；

步骤4)中的氧化中，氧化温度为360℃～380℃，氧化时间为20分钟。

进气门盘锥面的耐磨性实验：把进气门装配在磨损模拟试验机内，模仿进气门在发动机内的工作，采用各种对比例与实施例的进气门与气门座圈磨损进行磨损实验，检测其磨损量，加热温度为500°，工作15个小时，拆机后检测进气门盘锥面与座圈的磨损量，磨损实验结果如下表1。

表1实施例与对比例的高温磨损实验结果

从表1中的实验结果来看，经本申请处理后的进气门盘锥面的磨损量最小，具有更好的耐磨性。

盐雾实验(验证进气门盘锥面的耐腐蚀性)：盐雾实验设备为盐雾试验机；盐雾实验的原理：在特定的实验箱(电镀设备)内，将含有(5士0.5)wt％氯化钠、pH值为6.5～7.2的盐水通过喷雾装置进行喷雾，让盐雾沉降到待测实验件上，经过一定时间观察其表面腐蚀状态。实验结果：盐雾实验结束后，通过肉眼观察上述对比例1、对比例2、对比例3以及实施例1处理的盘锥面的表面的外观，发现实施例1处理的盘锥面的外表面上的腐蚀程度最小，腐蚀面积最小。因此，经本申请处理后的进气门盘锥面的具有更好的耐腐蚀性。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (5)

1.一种马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：

1)盘锥面淬火：将机加工成型后的马氏体钢进气门半成品上的盘锥面进行淬火处理；

2)盘锥面回火：将步骤1)淬火后的盘锥面进行回火处理；

3)精磨盘锥面：将步骤2)回火后的盘锥面进行精磨机加工处理；

4)将步骤3)精磨后的盘锥面依次进行氮化前清洗、预热、氮化、氮化后冷却、氮化后清洗、氮化后烘干、氧化、氧化后冷却、氧化后清洗1、氧化后清洗2、抛丸处理，抛丸处理完成后即完成马氏体钢进气门盘锥面的处理。

2.根据权利要求1所述的马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，其特征在于，步骤1)中，淬火加热过程中的保温温度为1000～1200℃，淬火加热过程中的保温时间为3～8s，加热保温后的盘锥面浸入淬火液中的冷却时间为2～8s。

3.根据权利要求1所述的马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，其特征在于，步骤2)中，回火加热过程中的保温温度为150～250℃，回火加热过程中的保温时间≥1.5小时。

4.根据权利要求1所述的马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，其特征在于，步骤4)中的氮化中，氮化温度为500℃～540℃，氮化时间为40～80min，氮化层的厚度为0.01mm～0.06mm。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的马氏体钢进气门盘锥面的处理方法，其特征在于，步骤4)中的氧化中，氧化温度为300℃～400℃，氧化时间为10～30分钟。