[发明专利]一种发动机氮化气门及其加工工艺

说明书

本发明提供了一种发动机氮化气门，包括气门头部和气门杆部，所述气门头部包括气门盘部和气门颈部，所述气门盘部包括盘端面、盘外圆和盘锥面，盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；气门整体由金属材料制成，其外表面附着有氮化物层。本发明关于上述发动机氮化气门的加工工艺包括如下步骤：1）采用金属材料制作成气门基体，该气门基体的盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；2）将气门基体进行QPQ盐浴氮化，使气门基体的外表面形成氮化物层。本发明提供的气门能避免氮化物层产生局部脱离，从而保证气门密封性，提升发动机的整体性能。

技术领域

本发明涉及一种发动机气门，特别是一种发动机氮化气门及其加工工艺。

背景技术

气门作为发动机工作过程中密封进排气口的关键基础零件，用于封锁气流通道，控制发动机的气体交换。气门性能的最优化，是发动机获得性能指标最大化的保证，在发动机工作时气门组应保证气门能够实现气缸的密封。气门工作时受强烈的机械负荷、高温和化学腐蚀。根据其工作特点，气门锥面的耐磨性与抗腐蚀性是气门的关键特性，特别是燃气发动机与大功率柴油发动机要求更高。现有技术通过对气门整体进行QPQ盐浴氮化处理获得化学性能较稳定的氮化物层来提升气门的耐磨性与抗腐蚀性。虽然气门锥面氮化物层表面硬度、耐磨性显著提高，抗擦伤、抗咬合能力也得到提高，但是由于氮化物层具有硬度高峰脆性大的特点，在一定条件下容易产生崩落，从而影响气门的使用性能。

气门QPQ盐浴氮化工艺流程为：装料筐→热水清洗→清水漂洗→预热→氮化处理→出炉空冷→氧化处理→出炉空冷→热水清洗→清水漂洗→卸料抛光。气门氮化处理后在工件表面形成的氮化物层的金相组织由外到内大体可分为三层：最外层是疏松层，主要由氮化铁和含氮铁素体所组成，在金相显微镜下呈暗黑色；中间层是白亮层，是两相组织的混合物，由ε相、Υ′相及Fe₃C组成；最内层为中心基体组织。疏松层是指盐浴氮化过程中在靠近白亮层外部的工件表面形成的海绵状或柱状的多孔区不致密的组织，它的产生会降低工件表面硬度、使表面变得不光滑，表面粗糙度值增加，因此需对其进行抛光处理。疏松层产生原因主要有三个方面：1）在形成化合物过程中铁原子由外向内迁移，引起晶格中的点阵缺陷由内向外迁移，从而形成孔洞产生疏松；2）渗氮时产生的内应力会形成孔洞；3）由于ε相、Υ′相相对于N的亚稳定性，在化合物层的晶界处，氮原子重新结合成氮分子从表面逸出，孔洞合并形成垂直于表面通道即形成孔洞。氮化过程中疏松层的形成与盐浴的氰酸根浓度和温度的控制也有关。

因此，在对气门进行QPQ盐浴氮化处理的过程中，需对气门氮化层外表面的疏松层进行抛光处理，但由于氮化层具有硬度高、脆性大的特性，在抛光处理过程中某些孔洞较多的地方有可能会出现局部氮化层被磨料、钢砂摩擦磨掉或碰掉，从而影响气门的密封性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能保证密封效果的发动机氮化气门；与之相应，本发明还提供了上述发动机氮化气门的加工工艺。

为了解决上述技术问题，本发明关于发动机氮化气门的技术方案是：一种发动机氮化气门，包括气门头部和气门杆部，所述气门头部包括气门盘部和气门颈部，所述气门盘部包括盘端面、盘外圆和盘锥面，盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；气门整体由金属材料制成，其外表面附着有氮化物层。

在一个实施例中，盘外圆和盘锥面之间通过一个圆弧进行过渡。

在一个实施例中，盘外圆和盘锥面之间通过两个互相连接的圆弧进行过渡，其中第一圆弧的半径为0.2～2mm，第二圆弧的半径≤2mm，第一圆弧的右端与盘锥面相切，第二圆弧的左端与盘外圆相切。

在一个实施例中，第一圆弧与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm。

在一个实施例中，第二圆弧与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm。

在一个实施例中，第一圆弧的半径大于第二圆弧的半径。