[发明专利]一种调控混合晶界的船用柴油机气阀制造方法

说明书

本发明涉及材料加工工程中金属塑性成形技术领域，具体涉及一种调控混合晶界的船用柴油机气阀制造方法，预先通过仿真模拟调控船用柴油机气阀的混合晶界，对制造船用柴油机气阀的加工参数进行模拟设计和优化，确定建议使用的加工参数，所述加工参数包括冷轧变形量和电镦工艺参数；然后，参照所述建议使用的加工参数，对用于加工制造船用柴油机气阀的初始杆坯进行冷轧预处理和电镦加工，完成船用柴油机气阀的制造。本方法能够完善气阀制造方法并调控造就晶粒细化和高裂解的混合晶界网络，进一步提升气阀与晶界相关综合性能。

技术领域

本发明涉及材料加工工程中金属塑性成形技术领域，具体涉及一种调控混合晶界的船用柴油机气阀制造方法。

背景技术

船舶工业是为水上交通、海洋资源开发及国防建设提供高端技术装备的现代综合性和战略性产业。在“海洋梦·走向深蓝”的战略中，二冲程柴油动力低速机是远洋运输船、海工船、特种船的“心脏”。

深蓝战略海洋装备巨型化迫使低速柴油机功率不断提升，加上高效燃-排使燃烧室高负荷强化，热端动部件排气阀故障数约占整机故障数的15％，常因失效而导致柴油机功率下降乃至骤然穿缸毁灭。当前世界最大规格的排气阀，材料为Ni80A镍基超合金，杆径110mm、盘径525mm、杆长1600mm，杆盘截面变化率23；成形时初始下料杆坯长4000mm，聚料变形段杆长2500mm，总镦粗比达23。现阶段，公知的此类杆盘类构件制造依赖电镦工艺聚料成形结合模锻净成形工艺。然而由于电镦变形体承受超长时间加热，如世界最大规格气阀的电镦耗时80分钟，变形体部分区域晶粒生长粗化作用远超动态再结晶细化，足以使7.5级初始晶粒粗化至1级乃至异化。而聚料坯在后续模锻时的自由镦粗流动充填机制不能充分激活动态再结晶，以至无法缓解这种电镦遗存的晶粒粗化缺陷。这导致气阀服役过程中晶界裂纹扩展加速而使得强韧性和抗蠕变性能降低，常引发原动机功率下降乃至燃烧室骤然破坏。生产中考虑镍基合金低温开裂而只能在很有限的范围内抑制电镦温度来抑制晶粒生长。综上，大规格气阀极难实现细晶强化。

“晶界工程”推进了合金强化思路，低层错能面心立方结构合金在特定储能条件下，出现低ΣCSL特殊晶界(即Σ3ⁿ晶界，n＝1,2,3)与动态再结晶伴生且相互激励现象，前者Σ3ⁿ晶界将后者一般自由晶界充分裂解，形成含有大量裂纹桥的混合晶界网络结构，显著提高晶界抗疲劳弱化及抗开裂能力。然而现有的工艺通过在狭窄的参数域内控制电镦成形温度来减缓晶粒生长，但也抑制了Σ3ⁿ晶界形核。

在二冲程低速柴油机气阀服役要求越来越高的形势下，亟需完善气阀制造方法并调控造就晶粒细化和高裂解的混合晶界网络，进一步提升气阀与晶界相关综合性能，从而提升低速机气阀的服役表现。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种调控混合晶界的船用柴油机气阀制造方法，能够完善气阀制造方法并调控造就晶粒细化和高裂解的混合晶界网络，进一步提升气阀与晶界相关综合性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种调控混合晶界的船用柴油机气阀制造方法，预先通过仿真模拟调控船用柴油机气阀的混合晶界，对制造船用柴油机气阀的加工参数进行模拟设计和优化，确定建议使用的加工参数，所述加工参数包括冷轧变形量和电镦工艺参数；然后，参照所述建议使用的加工参数，对用于加工制造船用柴油机气阀的初始杆坯进行冷轧预处理和电镦加工，完成船用柴油机气阀的制造。

优选地，所述电镦工艺参数包括初始工艺参数和高阶变分参数；初始工艺参数包括杆坯的倒角尺寸、夹持长度、预热时间、预热电流，高阶变分参数包括镦粗力、电流、砧子后退速度。

优选地，所述加工参数进行模拟设计和优化包括：

S1，开展小试样不同下压量冷压缩实验，测试不同冷变形量加工材料的亚晶形成规律，拟合建立位错密度与冷应变的关系表达式；