[发明专利]一种大规格柴油机气阀及其制造方法

说明书

本发明涉及大规格船用柴油机气阀制造技术领域，本发明提供一种大规格柴油机气阀及其制造方法，包括由3J40合金制造成型的气阀盘部，并具有如下组织结构：晶粒度达到10级以上的超细化晶粒，超细化晶粒的晶界处均匀分布片层相及基体中均匀分布贫镍Cr‑Al‑Ce颗粒相，片层相的单片片层厚度小于140nm，贫镍Cr‑Al‑Ce颗粒相直径小于10μm。前处理：对3J40合金棒材进行固溶处理，固溶处理的温度为1000‑1050℃，固溶处理的时间为50~70min，油冷；依次经过电镦加工、补热处理、保温处理、模锻加工得到气阀，最后后处理：对述气阀进行时效热处理，时效热处理的温度为770‑790℃，时效热处理的时间为16~18h，时效热处理后空冷。本发明解决了如何同时提高大规格柴油机气阀的综合力学性能和减振性能的技术问题。

技术领域

本发明涉及大规格船舶气阀制造技术领域。

背景技术

大型原动机作为大型船舶的心脏，其优越的性能是实现船舶优秀运输能力的关键所在。其中低速柴油机气阀（属于大规格柴油机气阀）是大型柴油机燃烧室进/排气关键部件，其性能的优劣严重影响着柴油机的可靠性、动力性以及使用寿命。在柴油机工作过程中，高温燃气产生极大的爆破压力并携有强烈腐蚀性物质，同时气阀弹簧和各类运动部件所施加的交变载荷均使得气阀长期处于高温、撞击、磨损和腐蚀的恶劣环境中，这很容易导致气阀在服役中发生断裂、磨损等故障而损坏。因此，要求气阀材料具备耐磨性、高强韧性、高抗冲击性、抗机械振动性。

大规格气阀可以采用热锻成形，也可以采用电镦聚料成形。由于镦粗比限制，采用热锻工艺需要多次锻造才能达到相应的规格，采用电镦聚料工艺一次聚料即可达到相应规格。多次热锻不仅效率低，而且产品一致性差。但是，热锻成形与电镦聚料工艺都要经历长时间的高温，引起晶粒粗化问题。

另外，气阀规格越大，场量分布越不均匀，导致晶粒分布不均匀。同时，由于机械设备带来的强烈交变振动将引起气阀磨损加剧甚至造成结构的疲劳使得损坏提前。

现阶段，公知的用作气阀的耐高温腐蚀性的材料—Nimonic80A镍基超合金材料（Cr：20.87%，Fe 1.26%，Al 0.68%，Mn：0.63%，Ti：2.07%，Si：0.55%，C：0.069%，余量为Ni），Nimonic80A镍基超合金材料已达到甚至不再满足于高能效船用柴油动力低速机中排气系统中规定的气阀热力载荷,同时，其韧性也不能很好的适应强烈交变振动场景。

现在，亟须进一步寻找替代气阀材料或完善气阀制造工艺流程，以满足超大规格气阀日渐提升的耐磨性、强韧性、抗冲击性、抗机械振动性，从而确保大型原动机的高热效率和耐久性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种大规格柴油机气阀，解决如何提高综合力学性能和减振性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种大规格柴油机气阀，包括由3J40合金制造成型的气阀盘部，并具有如下组织结构：晶粒度达到10级以上的超细化晶粒，超细化晶粒的晶界处均匀分布片层相及基体中均匀分布贫镍Cr-Al-Ce颗粒相，所述片层相的单片片层厚度小于140nm，所述贫镍Cr-Al-Ce颗粒相不超过10μm。

本发明还提供一种大规格柴油机气阀的制造方法，包括以下步骤：

前处理：对3J40合金棒材进行固溶处理，固溶处理的温度为1000-1050℃，固溶处理的时间为50~70min，固溶热处理后油冷；控制片层相单片片层厚度小于150nm，所述贫镍Cr-Al-Ce颗粒相不超过10μm；

电镦加工：对固溶热处理后的3J40合金棒材进行低应变速率电镦聚料成形，全程电镦温度控制在1150℃-950℃，电镦应变速率控制在0-0.05s^-1；

补热处理：对电镦聚料成形后的坯件的头部进行补热，补热温度为1000-1050℃，补热时长为20-25min；