專利名稱：鑄造合金氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造合金氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，屬金屬熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣門座圈是內(nèi)燃機的關(guān)鍵零件。內(nèi)燃機上所采用的氣門座圈通常有兩種材質(zhì)，一種是采用粉末冶金材質(zhì)，另一種就是鑄造合金材質(zhì)。鑄造合金氣門座圈(以下簡稱氣門座圈)生產(chǎn)工藝中需要進行淬火熱處理。由于氣門座圈體積小，為了提高生產(chǎn)效率，行業(yè)內(nèi)通常采用料框盛裝著多件氣門座圈淬火的方式進行淬火處理。在盛有氣門座圈的料筐進入淬火池淬火過程中，淬火介質(zhì)需從淬火池中經(jīng)過料框中外層的氣門座圈之間的空隙才能到達料框中部，對料框中間的氣門座圈進行淬火冷卻，從而導致料框中間的氣門座圈冷卻速度明顯低于料框外部的氣門座圈，而且氣門座圈越是靠近料框中心，其冷卻速度越低，致使同一批淬火的氣門座圈硬度存在較大差異，導致在同一發(fā)動機安裝上的幾個氣門座圈使用中磨損狀況相差較大，嚴重降低了氣門座圈的使用壽命，這也是大部分國產(chǎn)氣門座圈使用壽命與國外名牌產(chǎn)品存在較大差異的主要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了解決氣門座圈在淬火熱處理中存在的問題，公開一種氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明采用“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝。本熱處理工藝所述的“兩控溫”指的是將料框中氣門座圈進入淬火液前的溫度和將淬火過程中淬火液的溫度分別控制在一個較小的范圍內(nèi)；所述的“一控時”指的是將氣門座圈的淬火時間也控制在一個較小的范圍內(nèi)；通過對工件的淬火前溫度、淬火液溫度和淬火時間的精準控制，實現(xiàn)氣門座圈的控制淬火熱處理，從而縮小各批氣門座圈和同一批淬火后的硬度差異，然后再進行高溫回火消除殘余應(yīng)力，全面提高氣門座圈的熱處理質(zhì)量。料框中氣門座圈進入淬火液前的溫度控制通過下述方法實現(xiàn):本發(fā)明為了提高氣門座圈這一類小尺寸零件批量淬火前里外溫度度一致性，采用了可拆卸式料框金屬保溫罩。當裝有工件的料框在加熱爐內(nèi)加熱到略高于淬火溫度時，打開爐門，將可拆卸式金屬保溫罩罩到即將出爐的料框上并與料框一起出爐，由電動葫蘆吊到淬火池上方的固定位置，等待料筐中裝著的氣門座圈降至淬火前溫度，料筐中裝著的鑄造合金氣門座圈溫度由裝在電動葫蘆上的遠紅外測溫儀監(jiān)測；金屬保溫罩能起隔絕料框內(nèi)工件對外熱輻射和隔絕料框內(nèi)外空氣對流的作用，提高了料框內(nèi)工件在冷卻到淬火溫度過程中溫度的均勻性，從而保證料框進入淬火池淬火前，料框內(nèi)工件溫度處于可控狀態(tài)。當遠紅外測溫儀監(jiān)測料框溫度達到設(shè)定淬火前溫度時，自動發(fā)出信號給電動葫蘆控制系統(tǒng)，電動葫蘆將立即下降，同時電動葫蘆上攜帶的保溫罩卸罩器自動使料框上的保溫罩與料框脫離，使淬火池中的淬火液不受金屬保溫罩的阻擋，快速與淬火工件接觸進行淬火。淬火過程中淬火液的溫度控制通過下述方法實現(xiàn):本發(fā)明采用帶有冷卻水調(diào)溫外池的控溫淬火池， 淬火池外壁座落在冷卻水調(diào)溫外池中，冷卻水調(diào)溫外池中的冷卻水進水管通過水泵接外面的蓄水池，出水管直通蓄水池，可根據(jù)要求控制泵入的冷卻水來調(diào)節(jié)冷卻水溫；在帶有冷卻水調(diào)溫外池的控溫淬火池溫度處于控制范圍下限時進行淬火冷卻，同時控溫淬火池內(nèi)的攪拌器不停地進行攪拌,使淬火池內(nèi)淬火液溫度均勻并加快淬火液的流動，使淬火液更容易進入料框心部，降低料框中各部位氣門座圈冷卻速度的差異，提高工件淬火硬度的均勻性。氣門座圈的淬火時間控制通過下述方法實現(xiàn):從電動葫蘆將料框放入淬火池時開始，裝在電動葫蘆上的時間繼電器開始進行計時，到設(shè)定的淬火時間時，電動葫蘆上的控制系統(tǒng)將接收到時間繼電器發(fā)出的“時間到”信號，發(fā)出指令讓電動葫蘆的執(zhí)行機構(gòu)立即將料筐從淬火池中吊起，使淬火過程立即結(jié)束。本發(fā)明氣門座圈“兩控溫一控時淬火加高溫回火”熱處理工藝具體步驟如下:1、啟動控溫淬火液池中的控溫裝置，將控溫淬火液池中的淬火液溫度調(diào)整到淬火液設(shè)定控制溫度的下限。2、用具有較高溫度控制精度的保護氣氛熱處理爐將裝有氣門座圈的料框加熱至略高于進入淬火液溫度。3、將裝有氣門座圈的料框出爐，立即將可卸式金屬保溫罩罩到料框上。4、用電動葫蘆將已經(jīng)罩上可卸式金屬保溫罩的料框送至淬火池上方一定高度，讓料框在空中緩慢冷卻，同時用遠紅外測溫儀監(jiān)測料框內(nèi)工件溫度，使裝有氣門座圈的料框進入淬火液前溫度控制在設(shè)定淬火前溫控范圍以內(nèi)。5、當遠紅外測溫儀監(jiān)測料框溫度達到設(shè)定淬火前溫度時，自動發(fā)出信號給電動葫蘆控制系統(tǒng)，電動葫蘆將立即下降，同時電動葫蘆上攜帶的保溫罩卸罩器自動使料框上的保溫罩與料框脫離，便于淬火液進入料筐內(nèi)部對里面的工件進行淬火冷卻；此時料框則快速進入溫度處于控制范圍下限的特制控溫淬火池，進行淬火冷卻，同時電動葫蘆上安裝的時間繼電器開始計時。
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6、料框進入淬火池后，控溫淬火池內(nèi)的攪拌器開始不停地進行攪拌，使淬火池內(nèi)溫度均勻并加快淬火液的流動，使淬火液更容易進入料框心部，降低料框中各部位氣門座圈冷卻速度的差異，提高工件淬火硬度的均勻性。7、當控溫淬火液池中的淬火液溫度上升到一定溫度，控溫淬火液池中的控溫裝置開始啟動，低溫冷卻水進入包圍著控溫淬火池的冷卻水調(diào)溫外池，使控溫淬火池中的淬火液降溫，當淬火液溫度降至接近淬火液溫度控制下限時，停止冷卻水加入，使控溫淬火液池中的淬火液溫度始終控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。8、當裝有氣門座圈的料框在控溫淬火液池內(nèi)淬火冷卻時間達到設(shè)定時間，電動葫蘆上安裝的時間繼電器立即動作，電動葫蘆將裝有氣門座圈的料框提出淬火液池，使料框在控溫淬火池內(nèi)淬火時間控制在設(shè)定的時間范圍內(nèi)，淬火過程結(jié)束。工件淬火完成后，隨即進行高溫回火。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明由于采取了 “兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，使料框中間不同位置的氣門座圈能實現(xiàn)均衡冷卻，保證座圈不變形和開裂，淬火完成后，再選擇合理的高溫回火溫度(640°C )，多次回火，使產(chǎn)品金相組織均勻細密、硬度差小，氣門座圈表面硬度呈正態(tài)分布，達到了國外原件硬度差的水平，其同一件產(chǎn)品的硬度差不大于3個HRC單位(行業(yè)標準規(guī)定為同一片氣門座上各點硬度差不得大于5個HRC單位)，整批產(chǎn)品的硬度可控制在40-44HRC，即控制在4個HRC單位范圍內(nèi)，提高了產(chǎn)品性能的一致性和可靠性，同時改善了加工性能。本發(fā)明適用鑄造合金氣門座圈的熱處理工藝，也適合小尺寸金屬零件批量熱處理工藝。


圖1為本發(fā)明工藝框 圖2為國外某公司鑄造高合金材料金相組織 圖3為本發(fā)明實施例新型材料氣門座圈金相組織 圖4為國外同類產(chǎn)品氣門座圈硬度分布直方 圖5為本發(fā)明實施例氣門座圈硬度分布直方圖。
具體實施例方式 本發(fā)明在汽車發(fā)動機新型材料氣門座圈的淬火熱處理中進行具體實施。本發(fā)明實施例將汽車發(fā)動機新型材料氣門座圈淬火熱處理工藝，按以下步驟進行:
(I)啟動控溫淬火液池中的控溫裝置，將控溫淬火液池中的淬火液溫度調(diào)整到淬火液設(shè)定控制溫度的下限。(2)用溫度 控制精度±5°C的保護氣氛熱處理爐將裝有氣門座圈的料框加熱至設(shè)定的淬火溫度上限+ 10°C + 20°C。(3)打開熱處理爐門，電動葫蘆上安裝的保溫罩升降裝置將金屬保溫罩罩到裝有氣門座圈的料框上。(4)電動葫蘆上的吊鉤將裝有氣門座圈的料框與罩到上面的可卸式金屬保溫罩一起吊出，用電動葫蘆將其送至淬火液池上方一定高度，讓裝有氣門座圈的料框在空氣中緩慢冷卻。同時遠紅外測溫儀開始監(jiān)測料筐中的氣門座圈溫度。(5)當遠紅外測溫儀測定到料框內(nèi)氣門座圈溫度達到淬火溫度上限時，立即啟動電動葫蘆，使料框快速進入溫度處于溫度控制范圍下限的特制控溫淬火池，進行淬火冷卻，從而將氣門座圈的料框進入淬火液前溫度控制在設(shè)定淬火溫度±10°c以內(nèi)。同時電動葫蘆上攜帶的保溫罩卸罩器使保溫罩與料框脫離，便于淬火液進入料筐內(nèi)部對里面的工件進行淬火冷卻。(6)料框進入控溫淬火池后，控溫淬火池內(nèi)的攪拌器開始不停地進行攪拌，使淬火池內(nèi)溫度均勻，同時加快淬火液的流動，使淬火液更容易進入料框心部，降低料框中各部位氣門座圈冷卻速度的差異，提高工件淬火硬度的均勻性；
(7)當控溫淬火池中的淬火液溫度上升到一定溫度，控溫淬火池中的控溫裝置開始啟動，冷卻水進入包圍著控溫淬火池的冷卻水調(diào)溫外池，使控溫淬火池中的淬火液降溫，當淬火液溫度降至接近淬火液溫度控制下限時，停止冷卻水加入，使控溫淬火池中的淬火液溫度始終保持在設(shè)定溫度±15°C的范圍內(nèi)。( 8 )當裝有氣門座圈的料框在控溫淬火池內(nèi)淬火冷卻時間達到設(shè)定時間，就可將裝有氣門座圈的料框提出淬火液池，將料框在控溫淬火液池內(nèi)淬火時間控制在設(shè)定時間±3S范圍內(nèi)，淬火過程結(jié)束。工件淬火完成后，隨即進行高溫回火。
對于經(jīng)過“兩控溫一控時淬火”后再經(jīng)高溫回火處理的工件，進行了金相分析和硬度測試。本實施例產(chǎn)品的金相圖如圖3所示，與之比較的國外同類產(chǎn)品的金相圖如圖2所示。本實施例產(chǎn)品的零件硬度分布直方圖如圖5所示，與之對照的國外同類產(chǎn)品零件的硬度分布直方圖如圖4所示。由于實施了“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，在使料框中間不同位置的氣門座圈能實現(xiàn)均衡冷卻的同時，提高了氣門座圈進入淬火液前的溫度控制精度、淬火過程中淬火液溫度控制精度和淬火時間控制精度，再選擇合理的高溫回火溫度(640°C )，多次回火，消除了殘余應(yīng)力，保證座圈不變形和開裂，使產(chǎn)品金相組織均勻細密、硬度差小，氣門座圈表面硬度呈正態(tài)分布，達到了國外原件硬度差的水平，其同一件產(chǎn)品的硬度差不大于3個HRC單位(行業(yè)標準規(guī)定為同一 片氣門座上各點硬度差不得大于5個HRC單位)，整批產(chǎn)品的硬度可控制在40-44HRC，即控制在4個HRC單位范圍內(nèi)，提高了產(chǎn)品性能的一致性和可靠性，同時改善了加工性能。
權(quán)利要求
1.一種鑄造合金氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，其特征在于，所述“兩控溫”是將料框中氣門座圈進入淬火液前的溫度和將淬火過程中淬火液的溫度分別控制在一個較小的范圍內(nèi)；所述“一控時”是將氣門座圈的淬火時間也控制在一個較小的范圍內(nèi)；通過對工件的淬火前溫度、淬火液溫度和淬火時間的精準控制，實現(xiàn)氣門座圈的控制淬火熱處理，從而縮小各批氣門座圈和同一批淬火后的硬度差異，然后再進行高溫回火消除殘余應(yīng)力，全面提高氣門座圈的熱處理質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造合金氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，其特征在于，所述料框中氣門座圈進入淬火液前的溫度控制通過下述方法實現(xiàn):為了提高氣門座圈這一類小尺寸零件批量淬火前里外溫度度一致性，采用了可拆卸式料框金屬保溫罩；當裝有工件的料框在加熱爐內(nèi)加熱到略高于淬火溫度時，打開爐門，將可拆卸式金屬保溫罩罩到即將出爐的料框上并與料框一起出爐，由電動葫蘆吊到淬火池上方的固定位置，等待料筐中裝著的氣門座圈降至淬火前溫度，料筐中裝著的鑄造合金氣門座圈溫度由裝在電動葫蘆上的遠紅外測溫儀監(jiān)測；金屬保溫罩能起隔絕料框內(nèi)工件對外熱輻射和隔絕料框內(nèi)外空氣對流的作用，提高了料框內(nèi)工件在冷卻到淬火溫度過程中溫度的均勻性，從而保證料框進入淬火池淬火前，料框內(nèi)工件溫度處于可控狀態(tài)；當遠紅外測溫儀監(jiān)測料框溫度達到設(shè)定淬火前溫度時，自動發(fā)出信號給電動葫蘆控制系統(tǒng)，電動葫蘆將立即下降，同時電動葫蘆上攜帶的保溫罩卸罩器自動使料框上的保溫罩與料框脫離，使淬火池中的淬火液不受金屬保溫罩的阻擋，快速與淬火工件接觸進行淬火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造合金氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，其特征在于，所述淬火過程中淬火液的溫度控制通過下述方法實現(xiàn):本發(fā)明采用帶有冷卻水調(diào)溫外池的控溫淬火池，淬火池外壁座落在冷卻水調(diào)溫外池中，冷卻水調(diào)溫外池中的冷卻水進水管通過水泵接外面的蓄水池，出水管直通蓄水池，可根據(jù)要求控制泵入的冷卻水來調(diào)節(jié)冷卻水調(diào)溫外池的水溫；在帶有冷卻水調(diào)溫外池的控溫淬火池溫度處于控制范圍下限時進行淬火冷卻，同時控溫淬火池內(nèi)的攪拌器不停地進行攪拌，使淬火池內(nèi)淬火液溫度均勻并加快淬火液的流動，使淬火液更容易進入料框心部，降低料框中各部位氣門座圈冷卻速度的差異，提高工件淬火硬度的均勻性。
4.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種鑄造合金氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，其特征在于，所述氣門座圈的淬火時間控制通過下述方法實現(xiàn):從電動葫蘆將料框放入淬火池時開始，裝在電動葫蘆上的時間繼電器開始進行計時，到設(shè)定的淬火時間時，電動葫蘆上的控制系統(tǒng)將接收到時間繼電器發(fā)出的“時間到”信號，發(fā)出指令讓電動葫蘆的執(zhí)行機構(gòu)立即將料筐從淬火池中吊起，使淬火過程立即結(jié)束。
全文摘要
一種鑄造合金氣門座圈“兩控溫一控時淬火”熱處理工藝，該工藝通過溫度控制精度±5℃的保護氣氛熱處理爐、帶可拆卸式保溫罩的料框和特制的控溫油池，將工件的入油前溫度區(qū)間控制在±10℃的范圍內(nèi)，油池內(nèi)淬火油溫度控制在±15℃的范圍內(nèi)，同時將淬火件在油池內(nèi)的冷卻時間變化量控制在±3S范圍內(nèi)，對氣門座圈進行淬火處理，再進行高溫回火。本發(fā)明采取“兩控溫一控時淬火”工藝，使料框中間不同位置的氣門座圈能實現(xiàn)緩慢均衡冷卻，保證座圈不變形和開裂，再選擇合理的高溫回火溫度，多次回火，使產(chǎn)品金相組織均勻細密、硬度差小，氣門座圈表面硬度呈正態(tài)分布。本發(fā)明適用鑄造合金氣門座圈的熱處理工藝，也適合小尺寸金屬零件批量熱處理工藝。
文檔編號C21D11/00GK103074478SQ201310015090
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者陳濤, 羅忠平 申請人:江西樟樹市福鈴內(nèi)燃機配件有限公司