[发明专利]一种钛基复合材料汽车发动机气门的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛基复合材料汽车发动机气门的制备方法，包括以下步骤：（1）通过粉末冶金制备钛基复合材料；（2）将钛基复合材料进行热挤压得到热挤压坯料；（3）将热挤压坯料进行电镦粗得到电镦粗坯料；（4）将电镦粗坯料进行模锻得到模锻坯料；（5）将模锻坯料进行热处理得到热处理坯料；（6）将热处理坯料进行机加工即得到钛基复合材料汽车发动机气门。本发明采用粉末冶金技术制备钛基复合材料汽车发动机气门，具有工艺流程短、材料利用率高、能量消耗小、设备投入小等优点。

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，尤其涉及一种汽车发动机气门的制备方法。

背景技术

目前，轻量化、节能减排、绿色环保是全球汽车工业的主要发展方向。钛合金由于具有高强度、低密度、低弹性模量、耐腐蚀、抗氧化等优异性能，用作发动机部件不仅能够优化发动机性能、提高响应速度，而且能够节省燃料、降低噪音、降低排放，是理想的发动机材料之一，在发动机部件（如气门、连杆、气门弹簧、弹簧座圈、凸轮轴、排气系统等）方面有广泛的应用前景。在汽车发动机零部件中，气门（尤其是排气门）的工作温度很高（排气门工作温度700℃），服役环境苛刻，要求材料具有良好的高温强度、高温硬度、耐磨、耐氧化等性能。目前已有的高温钛合金的最高使用温度仅为650℃，难以满足汽车发动机排气门的服役需求，因此需要开发出能耐更高温度的新型钛合金材料。引入第二相粒子制备钛基复合材料可有效抑制钛合金在高温下的软化，提高高温强度，是提高钛合金使用温度的重要手段。目前，钛基复合材料的研究较多，但应用研究（尤其是面向汽车工业的应用研究）还没见报道。

钛合金零部件的制备主要采用的是铸锭冶金工艺，该工艺制备流程包括多次真空自耗熔炼、开坯、多火锻造、轧制、机加等多道工艺，该工艺的工艺流程长，熔炼及高温锻造的能量消耗大，设备投入惊人，使得采用铸锭冶金工艺制备的钛合金零部件成本普遍较高，难以满足汽车工业的低成本需求。粉末冶金工艺由于具有原材料成本低、工艺流程短、能量消耗小、设备投入小等优点，能显著降低成本。因此，开发出一种工艺流程短、能量消耗小、设备投入小的钛合金材料及其零部件的制备工艺具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有工艺流程短、能量消耗小、设备投入小、材料利用率高等优点的钛基复合材料汽车发动机气门的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种钛基复合材料汽车发动机气门的制备方法，包括以下步骤：

（1）通过冷等静压和真空烧结方法制备钛基复合材料；

（2）将钛基复合材料进行热挤压得到热挤压坯料；

（3）将热挤压坯料进行电镦粗得到电镦粗坯料；

（4）将电镦粗坯料进行模锻得到模锻坯料；

（5）将模锻坯料进行热处理得到热处理坯料；

（6）将热处理坯料进行机加工即得到钛基复合材料汽车发动机气门。

上述制备方法中，优选的，所述钛基复合材料的原料按质量百分比计Al不超过6%，Sn不超过2%，Zr不超过5%，Mo₂C不超过6%，余量Ti。添加不稳定α相与不稳定β相的中性元素Sn和Zr，起到固溶强化作用，可提高复合材料的强度；添加稳定α相元素Al，主要目的在于提高复合材料的高温强度；加入Mo元素后，Mo原子固溶到Ti合金基体中，起到固溶强化作用，可以提升复合材料的耐磨性能。上述原料得到的钛基复合材料具有轻质高强、高硬、高耐磨等优点，最终制备得到的钛基复合材料气门也具有轻质高强、高硬、高耐磨等优点。