專利名稱：氣門精鍛模的表面改性處理加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機關(guān)鍵部件氣門的精鍛模的表面改性處理加工方法，屬鋼鐵表面化學熱處理加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣門是各種發(fā)動機的關(guān)鍵零件，廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、農(nóng)機和船舶等行業(yè)。氣門工作時受到高溫氣體的沖刷和氣門座的摩擦磨損，很容易失效報廢，為提高氣門的性能，其選材也逐步從滲碳鋼逐步向耐熱不銹鋼、高溫合金等轉(zhuǎn)變。氣門采用的新材料通常比傳統(tǒng)材料具有更高高溫強度，其熱形變抗力隨之提高。
氣門精鍛模一般采用熱作模具鋼制造，熱處理后具有優(yōu)良的強度和韌性的配合。一般來說，熱疲勞、磨損和壓塌是氣門精鍛模的主要失效形式，這幾種失效都是隨著模具使用次數(shù)的增加逐步積累加重。人們往往著重提高模具的強度、硬度，以有利于模具抗磨損、抗熱形變性能的改善，但這樣做通常損壞了模具的塑性、韌性，從而降低模具抵抗熱疲勞的性能。當氣門選用耐熱不銹鋼、高溫合金等材料制造時，其熱變形抗力有所提高，但模具的壓塌和磨損變得較為顯著。若通過調(diào)整熱處理工藝，來調(diào)節(jié)熱作模具鋼的塑韌性、并獲得高強度以提高模具抗壓塌和磨損的能力，但并不能從根本上解決模具壽命明顯下降的問題。
另外，熱強性更好的高速鋼、乃至粉末合金被用于制造氣門精鍛模，由于高速鋼、粉末合金材料在高溫下仍能保持很高的硬度，模具的壓塌和磨損得到了控制，但這些材料耐冷熱交替沖擊的能力比較差，模具表面熱疲勞發(fā)生和發(fā)展的速度較快。而且，使用高速鋼、尤其是粉末合金模具，模具成本將大幅度提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣門精鍛模的表面熱處理加工方法，以提高熱作模具鋼的強度、硬度，提高模具的抗壓撻5和康磨損性能，而模具基體心部仍保持良好的塑韌性，從而提高氣使用壽命。
本發(fā)明的一種氣門精鍛模的表面改性處理加工方法，主要采用滲氮工藝，該方法的特征在于具有以下工藝過程和步驟a.采用原熱作模具鋼制造的氣門精鍛模，經(jīng)淬回火后，放入專用的等離子熱處理設(shè)備，通入以氨氣為主的含氮氣氛，并在500-550℃溫度范圍內(nèi)進行2-8小時的等離子滲氮處理；b.等離子滲氮結(jié)束時，再通入氨氣和丙酮混合氣，在上述500-550℃溫度下進行1-3小時的等離子氮碳共滲處理，氨氣和丙酮氣體的體積比為10∶1～5∶1；c.然后再放入蒸汽氧化爐中，在0.05～0.25MPa的蒸汽壓力下、在500-550℃溫度范圍內(nèi)對模具進行表面氧化處理。
d.經(jīng)上述復合工藝處理后，使模具表面呈均勻的藍灰色，且模具表層結(jié)構(gòu)形成為三層，即最表層為氧化膜，厚度為3～10μm；第二層次表層為氮、碳擴散層，厚度為100～400μm，第三層為基體心部，在次表層以下，為熱作模具鋼的基體組織。
在本發(fā)明的表面處理加工工藝方法具有以下的優(yōu)點和特點1)本發(fā)明的工藝方法與傳統(tǒng)的氣體滲氮或鹽浴滲氮通常在560-570℃溫度范圍內(nèi)進行滲氮所不同，本發(fā)明采用的等離子滲氮滲速很快，因此可采用更低的滲氮溫度，這樣可使模具鋼基體保持更高的硬度，基體的高硬度也有利于滲氮層獲得更高的硬度。
2)在等離子條件下進行氮、碳共滲處理，在表面繼續(xù)滲入氮的同時，滲入碳原子進一步提高表層硬度。而且使擴散層由表及里有良好的硬度梯度分布和壓應(yīng)力梯度的分布。
3)高硬度的獲得提高了氣門精鍛模的抗壓塌、抗磨損性能；模具表面良好的壓應(yīng)力分布狀態(tài)對模具熱疲勞性能的改善十分有益，也有利于降低模具的磨損。
4)等離子處理后在蒸汽爐中對模具表面進行氧化處理可以消除前道等離子處理時在擴散層外的表面化合物。這種白色的化合物通常是由氮化物、少量氧化物等混合組成，具有很高的硬度，但由于厚度較薄，對模具的抗壓塌性能的提高起不了作用，在冷熱沖擊下，容易產(chǎn)生裂紋，對模具的熱疲勞抗力有較大損壞。氧化處理將使白色的氮化物發(fā)生轉(zhuǎn)變，并形成以四氧化三鐵為主的藍灰色的氧化膜。所以，氧化處理有利于模具熱疲勞性能的改善。而且，氧化膜對熱疲勞抗力、抗壓塌性能無明顯影響，但可以改善氣門成型時的潤滑條件而降低磨擦磨損，延長模具使用壽命，并改善工件成型質(zhì)量。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。
實施例一本發(fā)明實施例的具體工藝過程及工藝步驟如下1)采用熱作模具鋼制造的氣門精沖模，經(jīng)淬回火后放入專用的等離子熱處理設(shè)備，先通入以氨氣為主的含氮氣氛，在530℃溫度下進行5小時的等離子滲氮處理。
2)等離子滲氮結(jié)束時，通入氨氣和丙酮混合氣，氨氣和丙酮氣體的體積比為7.5∶1，在上述同樣溫度530℃下進行2小時的等離氮碳共滲處理。
3)然后將模具放入蒸汽氧化爐中，在0.15MPa的蒸汽壓力下、530℃溫度下對模具進行表面氧化處理。
4)經(jīng)上述復合工藝處理后，使模具表面呈均勻的藍灰色，且模具表層結(jié)構(gòu)為三層，即第一層最表層為氧化膜，厚度為3～10μm；第二層次表層為氮、碳擴散層，厚度為100～400μm，第三層基體心部，在次表層以下，為熱作模具鋼精鍛模的基體組織。
本實施例中，對其門精鍛模進行表面改性處理加工后，經(jīng)力學性能測試，該模具的表面硬度可達60～65HRC，其基體心部硬度可達52～56HRC。這表明具有較好的硬度性能。
權(quán)利要求
1.一種氣門精鍛模的表面改性處理加工方法，主要采用滲氮工藝，該方法的特征在于具有以下工藝過程和步驟a.采用原熱作模具鋼制造的氣門精鍛模，經(jīng)淬回火后，放入專用的等離子熱處理設(shè)備，通入以氨氣為主的含氮氣氛，并在500-550℃溫度范圍內(nèi)進行2-8小時的等離子滲氮處理；b.等離子滲氮結(jié)束時，再通入氨氣和丙酮混合氣，在上述500-550℃溫度下進行1-3小時的等離子氮碳共滲處理，氨氣和丙酮氣體的體積比為10∶1～5∶1；c.然后再放入蒸汽氧化爐中，在0.05～0.25MPa的蒸汽壓力下、在500-550℃溫度范圍內(nèi)對模具進行表面氧化處理。d.經(jīng)上述復合工藝處理后，使模具表面呈均勻的藍灰色，且模具表層結(jié)構(gòu)形成為三層，即最表層為氧化膜，厚度為3～10μm；第二層次表層為氮、碳擴散層，厚度為100～400μm，第三層為基體心部，在次表層以下，為熱作模具鋼的基體組織。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機關(guān)鍵部件的表面改性處理加工方法，屬于鋼鐵表面化學熱處理加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要采用等離子技術(shù)對氣門精鍛模進行滲氮，在滲氮后期，在含氮氣氛中添加含碳氣氛，實現(xiàn)氮碳共滲操作，然后再放入蒸汽氧化爐中，進行表面氧化處理；經(jīng)上述復合工藝處理后，模具顯示出更優(yōu)異的力學性能，模具表面的硬度獲得顯著提高，模具的抗壓塌、抗磨損和抗熱疲勞性能也能得以提高，而模具基體心部仍保持有良好的韌性，從而提高了氣門精鍛模的使用壽命。
文檔編號B21J5/02GK1570192SQ200410017949
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者閔永安, 吳曉春, 許珞萍, 李麟, 王榮 申請人:上海大學