[发明专利]一种发动机粉末冶金气门及其制备方法

说明书

本发明公开了一种发动机粉末冶金气门及其制备方法。所述发动机粉末冶金气门由以下原料及质量百分比制成：Al:4~6，Fe:2~5，Mo:3~5，Si:0.10~0.15，YH₂:0.2~0.5，余量为Ti。粉末冶金气门的制备方法如下：（1）烧结：将Ti、Al、Fe、Mo、Si和YH₂粉混合均匀，冷等静压，烧结，制成棒料；（2）热加工：将棒料热加工成Φ6.5mm的棒料；（3）退火：在真空条件下，将上述棒料退火；（4）热镦：在模具中热镦成气门毛坯；（5）热处理：将气门毛坯加热，保温固溶处理，然后保温时效处理；（6）表面处理：在精加工气门表面涂覆硬质涂层。本发明工艺简单，有效地降低了制造成本，制备的气门具有优良的耐磨性和高温性能，显著提升发动机的功率和扭矩。

技术领域

本发明属于发动机制造领域，具体地说是涉及一种发动机粉末冶金气门及其制备方法。

背景技术

发动机是机车的核心部件，而气门是发动机的关键运动零部件之一。减轻气门重量对于提高发动机的性能意义重大。研究表明：与钢质气门相比，发动机装配钛基气门可以使弹簧力和惯性力降低45%，摇臂力降低25%，凸轮轴驱动扭矩降低30%，可采用更轻的弹簧等实现二次轻量化，缸盖摩擦降低20~30%，提高耐用性，油耗降低5~8%，功率提高10~20%，排放减少15%，降低噪音和燃爆，提高驾乘舒适性。

尽管具有这些优点，但是由于早期钛气门制造成本较高，并没有在发动机气门中得到广泛应用，仅仅主要用于赛车和一些高端车型。20世纪90年代，日本丰田公司改进了钛气门制造技术，继而在一系列汽车发动机中采用钛气门，成为第一家大规模使用钛气门的车企。随后奔驰、宝马、本田等多家车企也大量使用钛气门。雅马哈则在对气门性能要求更高的250cc 摩托车发动机上也采用了钛气门。受产品升级换代和环保标准提高等因素的驱动，国内车企对钛气门的需求正在日益增加。但上述欧美龙头车企均对钛气门制造技术实施严格保密，而且限制钛气门对外单独销售。我国虽差不多在同期开展了钛气门的研究，却迄今未形成商业化产品。

降低钛气门的成本可以从原料和制备工艺两个方面入手。现有可查的钛气门专利中普遍含有较昂贵的金属元素，如V、Nb、Ta、Zr等，而且含量通常较高。如CN101579740 B采用的钛合金为Ti-6242，其中就含有高达4%的V。CN105803256A 采用的钛合金中则含有2.0~5.0%的Zr和0.5~2.5%的Ta。CN106089349 A中同样含有高达4%的V。采用廉价的Fe、相对廉价的Mo取代V，可以使钛合金的原料成本大幅降低。Si同样价格低廉，而且添加微量的Si就可以提高钛合金的高温性能。而粉末冶金技术作为一种少切削或无切削的制造技术，材料利用率高，被认为是一种可有效降低钛合金成本的重要方法。

除了成本问题，发动机的工作特点要求气门具备耐摩擦、耐高温、耐疲劳和高强韧等特征，气门材料的性能直接影响发动机的性能。由于该项技术的商业价值极高，关于气门材料及其加工工艺方面的相关报道非常少。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的旨在提供一种成本较低、综合性能优良的粉末冶金气门及其制备方法。

本发明的发动机粉末冶金气门的由以下原料及质量百分比制成：Al:4~6，Fe: 2~5，Mo:3~5，Si:0.10~0.15，YH₂:0.2~0.5，余量为Ti。

优选的原料由以下原料及质量百分比制成：Al:4，Fe:5，Mo:3，Si:0.15，YH₂:0.2，余量为Ti。

制备方法，其包括如下步骤：

（1）烧结：按质量比将Ti、Al、Fe、Mo、Si和YH₂粉混合均匀，装入模具中，冷等静压压强180~200MPa，保压5~6min，在真空度≤1×10^-2 Pa、1200~1350℃下烧结1~3h，随炉冷却至室温，制成棒料；