具有抗腐蝕耐磨功能的內燃機高合金氣門座制造技術的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有抗腐蝕耐磨功能的內燃機高合金氣門座制造技術，屬于氣門 座圈制造技術領域。
【背景技術】
[0002] 高合金是由多種稀有貴重金屬組成的新材料，具有良好的耐高溫、耐腐蝕、耐磨 性，以前主要應用于航天航空領域。由于發(fā)動機向高速、增壓、強化方面發(fā)展以及需要不斷 適應環(huán)保日趨嚴格的要求，因而必須提高發(fā)動機的整體性能，這給氣門座材料提出了新的 課題。在國外，美國康明斯公司于20世紀90年代初率先研制成功了具有世界先進水平的 高級依通化學合金氣門座，應用于汽車、航空、船舶等不同燃料環(huán)境的高性能發(fā)動機上，其 氣門座材料在世界重型發(fā)動機行業(yè)具有國際領先水平。
[0003] 在國內，近年來引進的國外發(fā)動機中，如重慶康明斯發(fā)動機有限公司生產的康明 斯K、N系列發(fā)動機、廣西玉柴引進的YC6112型柴油發(fā)動機、東風康明斯柴油發(fā)動機有限公 司引進的康明斯C系列發(fā)動機等，都需用高合金氣門座。因國內目前尚無專業(yè)廠家生產同 類產品與其配套，所以國內上述企業(yè)生產高性能發(fā)動機所需氣門座大多依靠進口解決。重 慶康明斯發(fā)動機廠為了徹底解決康明斯發(fā)動機部件國產化的難題，曾在全國范圍內尋求合 作廠家，希望研制適用于高速增壓中冷發(fā)動機的高合金氣門座。目前國內應用的氣門座材 質（如青海大學研制的氣門座和山東省乳山縣活塞環(huán)廠、東海氣門座有限公司研制生產的 氣門座），主要為高鎳合金（含有C、Cr、Mn、Mo、M、P、S、V)和鉻鉬釩稀土系耐熱耐磨鑄鐵 材料。許多廠家在研制生產環(huán)保型內燃機氣門座過程中因其工藝技術難度極大，而未能成 功?，F(xiàn)有個別相關研宄所在進行該氣門座的研制，但未能真正解決內部縮松和裂紋的缺陷， 其收成率只有50%，有時甚至整批報廢，因此國內開展高合金氣門座的研宄開發(fā)尚處于起 步階段。
[0004] 環(huán)保型內燃機高合金氣門座，其鑄造生產工藝難度極大，在鑄造生產過程中，存在 的難題是：1、極易產生氧化及夾渣；2、內部縮松和裂紋；3、主要機械性能難以保證達到設 計要求。上述問題是生產高合金氣門座的主要障礙因素。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有抗腐蝕耐磨功能的內燃機高合金氣門座制造技 術，以便生產制造出抗腐蝕、耐磨、耐熱的內燃機高合金氣門座。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下。
[0007] -種具有抗腐蝕耐磨功能的內燃機高合金氣門座制造技術，高合金氣門座化學成 份以質量百分比計分別為：Cr:6. 40,W:11. 00,Co:60. 00,Mo:20. 00,Ni:1. 40,V:0? 6,Fe: 〇. 6 ;通過對加入微量釩的高合金化學成份進行優(yōu)化設計，保證了氣門座產品的機械性能超 過國際標準要求；采用硅溶膠制殼工藝和真空感應電爐熔煉方法，解決了抗腐蝕耐磨合金 氣門座在鑄造過程中極易產生氧化、內部縮松和裂紋、夾渣的缺陷，使發(fā)明產品質量穩(wěn)定可 靠，提高了產品的收成率，其關鍵點包括三部分，一是優(yōu)化高合金化學成份，并加入微量的 釩；二是采用硅溶膠制殼工藝制作高合金氣門座；三是采用先進的真空熔煉技術。
[0008] 進一步地，所述娃溶膠制殼工藝具體步驟如下：
[0009] (1)蠟模組合：進入組合工序的蠟模件及蠟模必須是經(jīng)修飾檢驗合格的，不應有 料滴、飛邊及其它贓物粘附，模件表面不允許有鼓脹、縮陷、缺坑等缺陷；模件在蠟棒上按四 方組合，模件間距多5mm，成水平方向，最底一層模件與蠟棒底面保持在一個平面上或略高 于蠟棒；模件組合應牢固，避免虛焊現(xiàn)象；
[0010] (2)模組清洗：模組制殼前應將模組浸入清洗液中進行徹底清洗，以去除油污；
[0011] ⑶制殼：準備好所需原料，檢查是否變質冼將硅溶膠倒入攪拌機內加入規(guī)定量 的粉料，并用手將粉料團搓碎，攪拌5h后再加入消泡劑；采用以下涂料配比及控制參數(shù)；
[0013] 新涂料第一、二層涂料須充分攪拌20h以上，背層涂料應攪拌12h以上，才能使用； 中途對涂料粘度進行調整后充分攪拌2h以上才能使用；新涂料第一、二層涂料須充分攪拌 20h以上，背層涂料應攪拌12h以上，才能使用；中途對涂料粘度進行調整后充分攪拌2h以 上才能使用；對涂料粘度應隨時測量；新配涂料攪拌6h左右測量一次粘度，并進行調整；每 班班前應測量涂料粘度，不合格涂料禁止使用；涂料一經(jīng)配好，必須每天24h連續(xù)攪拌，至 該桶涂料用完為止；制殼時，模組上涂料時應以30°傾角慢慢滲入涂料桶中，避免卷入氣 泡；模組上涂料后，應豎直滴除模組上多余涂料，然后應不停旋轉模組，保證涂料均勻；每 次涂料后應檢查模組上有無氣泡，當發(fā)現(xiàn)氣泡時，必須將氣泡去除；撒砂要均勻，厚度適中； 每制下一層時，須清除上層浮砂，應檢查色澤、粘度是否合格，禁止使用不合格原料；如砂中 灰塵過多，應用篩或風扇去除灰塵；面層用100目剛玉砂，二層用30~60目上店砂，三層和 背層用16~32目上店砂；
[0014] (4)脫蠟：脫蠟前應清除澆口杯上的涂料和砂，澆口杯杯杯口應修飾平整；脫蠟時 蒸汽壓力0. 6~0. 75Mpa，時間15~20min;由于硅溶膠濕型殼強度低，在轉運時應輕拿輕 放，避免碰損；制好殼的模組在脫蠟釜中應放置端正，澆口杯向下，禁止傾斜，以免脫蠟時倒 下?lián)p壞；脫蠟后的型殼應檢查有無破損，如有掉圈等現(xiàn)象，若有破損、掉圈，則用莫來石粉拌 硅溶膠進行修補；每班第一次脫蠟前應對脫蠟釜進行預墊；
[0015] (5)焙燒：將制好的型殼平放于焙燒爐內焙燒，焙燒溫度900~950°C，保溫時間 1~2小時；焙燒后的型殼隨爐冷卻后出爐備用。
[0016] 進一步地，所述真空熔煉爐操作工藝具體步驟如下：
[0017] (1)各種爐料應去除其污物灰塵，經(jīng)300~40(TC烘干后嚴格按配方單備料，將備 好的爐料一次性裝入坩堝內，并將鑄型放在真空室內的圓形臺上并調整好位置，關閉真空 室上蓋和各個真空閥；
[0018] (2)打開冷卻水，啟動機械泵，打開低真空閥，對真空泵抽氣；
[0019] (3)當真空度達到_0.09MPa，即可送電熔煉，（如在惰性氣體保護下熔煉，這時可 用專門閥門引入惰性氣體到所需壓力；
[0020] (4)爐料開始熔化時，氣體驟增，應降低熔煉功率以免真空度下降或金屬液飛濺；
[0021] (5)如果坩鍋內鋼液面位置較低，當噴濺時可將坩鍋前傾，以便噴濺到坩鍋上的冷 凝可以繼續(xù)熔化除去溶池表面無氣泡逸出，表明爐料已溶清，此時，冶煉進入精煉期；
[0022] (6)精煉期可以通過加料器加入氣門座合金爐料和精煉劑，當真空度達到要求后， 精煉功率在50KW，精煉時間為10分鐘時，即可緩緩傾動坩鍋，將金屬液澆入鑄型內；
[0023] (7)當鑄件凝固5-10分鐘后，向真空室放氣，打開真空室上蓋，取出鑄型；
[0024] (8)如要繼續(xù)抽氣、開爐，則抽真空系統(tǒng)不必停機，如不開爐了，關閉低真空閥；機 械泵停機后，立即對機械泵放氣，禁止機械泵停機后，其放氣處仍處于真空狀態(tài)，以免造成 白油事故；
[0025] (9)每次開完爐后，應清除真空爐內臟物，用機械泵將真空室抽成真空，并將真空 室和真空系統(tǒng)隔離開來，關斷水閥和電源，方可離人。
[0026] 產品的金相組織：組織較細，基體為奧氏體，基體中均勻分散的碳化物。金相組織 符合康明斯材料標準570101-00。
[0027] 該發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明針對高合金的特性，通過優(yōu)化其化學成份并加入 微量釩，采用先進的真空熔煉和硅溶膠制殼等技術集成，解決了高合金在鑄造過程中極易 氧化、夾渣及內部產生縮松和裂紋的缺陷，產品符合國際先進水平的康明斯標準，收成率達 到了 96%〇
[0028] 本發(fā)明高合金材料是由多種稀有貴重金屬組成。雖然康明斯標準對各種合金元素 規(guī)定了一定的范圍，但為保證產品的硬度和機械性能，在初試時經(jīng)過多次多方案試驗，篩選 出了影響產品硬度及鑄造質量起重要作用的兩個元素：碳和鉻，測定其最佳用量范圍，在此 基礎上確定其合金各化學元素成份比例，實現(xiàn)優(yōu)化配方，使產品達到適宜的硬度和提高產 品的機械性能。
[0029] 針對提高產品的耐高溫性、耐腐蝕性、耐磨損性能，應用加入微量釩的方法。通過 試驗，測定加入微量f凡的最佳量為0. 01-0. 02%。在研制過程中分析發(fā)現(xiàn)，加入微量軌，起到 細化組織的作用，改善了產品的金相組織結構，提高產品的機械性能。
[0030] 針對合金極易氧化的特性，首創(chuàng)在氣門座制造上采用真空感應電爐熔煉技術。采 用真空感應電爐熔煉技術目前在國內大多應用于航天航空用零部件的加工生產，而應用于 氣門座的專業(yè)生產尚屬首家。采用此熱鑄造加工方法，能夠有效的克服合金產生氧化和夾 渣。在發(fā)明的研制過程中，經(jīng)多次試驗摸索，基本掌握了真空感應電爐的熔煉時間和澆注溫 度等工藝控制參數(shù)。
[0031]針對發(fā)明產品極易產生裂紋、內部縮松和收成率低的缺陷，首創(chuàng)采用硅溶膠制殼 工藝。與砂型工藝和水玻璃制殼工藝相比，能夠克服產生氣孔、夾渣等鑄造缺陷，與硅酸乙 脂制殼工藝相比，成本低，提高了生產效率，且產品收成率高。在初試過程，特別是對各層涂 料配制中的粘度撒砂層的多次選擇，確定了其撒砂層的適宜層數(shù)，保證型殼硬度適中，透氣 性好。本發(fā)明采用此工藝，提高了產品收成率，其收成率達到了 90%以上。其對比性能見表 1〇
[0032]表1、本發(fā)明產品與國內外同類產品主要技術指標的比較

【具體實施方式】
[0034] 下面結合實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
[0035] 實施例
[0036]本實施例中的具有抗腐蝕耐磨功能的內燃機高合金氣門座制造技術，高合金氣門 座化學成份以質量百分比計分別為：Cr:6. 40,W:11. 00,Co:60. 00,Mo:20. 00,Ni:1. 40,V: 0. 6,Fe:0. 6 ;其關鍵點包括三部分，一是優(yōu)化高合金化學成份，并加入微量的釩；二是采用 硅溶膠制殼工藝制作高合金氣門座；三是采用先進的真空熔煉技術。