專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥桿及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥桿，特別地，涉及ー種用于兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥桿，其中排氣閥桿包括具有合金鋼的基座部分的閥頭，和形成閥桿的朝向燃燒室的表面的外部表面，該外部表面由為鎳基、鉻基或鈷基的抗熱腐蝕合金的微粒起始材料形成，其中所述微粒起始材料粘合到粘著層。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利6，173，702說(shuō)明了這種已知的排氣閥桿，其中抗腐蝕外部表面通過(guò)粉末冶金學(xué)處理設(shè)置在基座部分上，其中抗腐蝕合金的微粒材料被設(shè)置在基座部分的模具中并 通過(guò)HIP處理(熱等靜壓力)與基座部分粘合。該模具被排空以便盡可能多地移除空氣或氣體。HIP處理在室中執(zhí)行，該室可以被加熱并在壓カ下被設(shè)定。為了以有效方式利用該室，盡可能多地填充基座部分或其它部分，并且這些目標(biāo)在室內(nèi)全部都經(jīng)歷相同的HIP處理。當(dāng)開(kāi)始處理時(shí)，該室受熱和受壓到HIP條件，并且這些條件然后被保持需要的周期，通常至少為8到12小吋。在HIP處理過(guò)程中，壓力作為等靜壓力(在所有方向上壓カ完全均勻)影響微粒材料，并且當(dāng)微粒材料壓縮在基座部分上時(shí)，微粒材料的體積在各個(gè)方向均勻地減小。在外部表面產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)中，當(dāng)觀察從完成的閥桿中取出的磨碎和拋光樣品時(shí)，可以看到微粒保持為具有圓形輪廓的球形。圖I和10的附圖中拍攝了這種樣品。下閥頭表面具有大面積，并因此例如當(dāng)改變發(fā)動(dòng)機(jī)載荷時(shí),并尤其當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始或停止時(shí)，被暴露在相當(dāng)大的熱應(yīng)カ下。加熱沖擊在表面的中心處最重，部分因?yàn)槿紵龤怏w在燃燒室的中間附近具有最高溫度，部分因?yàn)殚y關(guān)閉時(shí)閥頭在外輪緣的其中上表面上的基座區(qū)域與水冷靜止閥座接觸的附近冷卻。冷外圍材料防止熱中心材料的熱膨脹，并因此產(chǎn)生相當(dāng)大的熱應(yīng)力。除了由所述熱影響所引起的大熱應(yīng)力，緩慢的變化對(duì)外部表面的強(qiáng)度和質(zhì)量具有非常高的要求。HIP處理是已知的，以提供高質(zhì)量的微觀結(jié)構(gòu)和精細(xì)粘附的外部表面，但是HIP處理非常費(fèi)時(shí)，并且高溫的長(zhǎng)處理時(shí)間還產(chǎn)生不適合的冶金處理如從ー個(gè)合金到其它合金的部件擴(kuò)散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在獲得高強(qiáng)度的外部表面并獲得具有堅(jiān)固結(jié)構(gòu)的外部表面中的微觀結(jié)構(gòu)，該堅(jiān)固結(jié)構(gòu)具體為到基座部分的過(guò)渡區(qū)附近的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的這種排氣閥桿的觀察，特征在于至少在到基座部分的過(guò)渡區(qū)處，外部表面的微粒材料中的微粒通過(guò)由鍛造外部表面和基座部分所引起的剪切應(yīng)變被變形成橢圓或細(xì)長(zhǎng)形狀，并且鍛造后的外部表面具有至少98. 0%的密度。通過(guò)鍛造產(chǎn)生的剪切應(yīng)變導(dǎo)致粉末微粒相對(duì)于其它粉末微粒的位移，使得微粒相對(duì)彼此摩擦并穿透可能存在于微粒表面上的氧化膜層。任何氧化膜層都是薄的，因?yàn)槲⒘２牧贤ǔＭㄟ^(guò)無(wú)氧氣體中霧化制造，然而在存儲(chǔ)過(guò)程中，ー些氧化物將不可避免地形成在微粒上。剪切應(yīng)變使微粒變形成可以表現(xiàn)為橢圓或細(xì)長(zhǎng)形狀的非球形形狀。在鍛造過(guò)程中，微粒材料被壓縮成致密層，而微粒合并成粘結(jié)到相鄰層的粘著材料，當(dāng)微粒材料直接定位在基座部分上時(shí)，該粘著材料是基座部分。至少98. 0%的密度還可以被表示為最多2%的疏松度。通過(guò)鍛造產(chǎn)生的剪切應(yīng)變導(dǎo)致微粒材料至少在徑向方向上流動(dòng)，這些徑向方向垂直于排氣閥桿的軸向方向，并因此這些徑向方向與閥頭的下表面平行且與外部表面的材料和基座部分的材料之間的大致平面過(guò)渡區(qū)平行。剪切應(yīng)變和產(chǎn)生在過(guò)渡區(qū)附近的材料內(nèi)的徑向運(yùn)動(dòng)確保在變形過(guò)程中在材料之間的產(chǎn)生有效結(jié)合并且確保微粒在變形過(guò)程中相對(duì)彼此以非常有效的方式摩擦而結(jié)合，產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)僅在該微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)具有非常少量的內(nèi)部失效點(diǎn)。因此，在過(guò)渡區(qū)域結(jié)合在一起的材料具有堅(jiān)固的微觀結(jié)構(gòu)并且能夠完全省去外部表面和基座部分之間的幾何鎖定。在優(yōu)選實(shí)施例中，外部表面和基座部分之間的過(guò)渡區(qū)沿至少ー個(gè)直平面在從閥頭的凸緣區(qū)域內(nèi)部到閥頭的中心區(qū)域延伸的區(qū)域中延伸。在凸緣區(qū)域中，外部表面可以具有增大部，該增大部向上延伸并且沿外圍包圍基座部分，使得外部表面自身具有包括外圍處的直立壁的平鍋形狀。過(guò)渡區(qū)在距離凸緣的一定距離處開(kāi)始沿直平面朝向閥頭的中間延イ申，并且這種平面延伸部具有以下優(yōu)點(diǎn)外部表面的厚度或形狀不會(huì)突變并因此不論外部表面中的微粒材料在鍛造過(guò)程中如何被處理都不會(huì)發(fā)生大的局部改變。在平面過(guò)渡區(qū)附近的微粒材料經(jīng)歷與局部區(qū)域內(nèi)大致相同的處理，并且當(dāng)ー個(gè)或多個(gè)平面區(qū)域從凸緣區(qū)域內(nèi)部伸出到中心區(qū)域吋，該ー個(gè)或多個(gè)平面區(qū)域覆蓋閥頭的大多數(shù)區(qū)域?？赡艿厥峭獠勘砻嬷苯佣ㄎ辉诨糠稚稀Ｗ鳛榭蛇x地，至少ー個(gè)合金緩沖層定位在基座部分和外部表面之間。當(dāng)使用這種緩沖層時(shí)，緩沖層的合金由具有不同于基座部分的合金鋼并且不同于外部表面的抗熱腐蝕合金的合成物的第三合金制成。合成物中的不同表示緩沖層的合金分析在合金組分或ー個(gè)或多個(gè)合金組分的量(重量的百分?jǐn)?shù))方面不同。例如，緩沖層可以是具有不同含碳量的合金鋼或具有諸如鉻、鐵或鎳的不同其它組分量的合金鋼。術(shù)語(yǔ)合成物因此被表示為合金分析。合金鋼的基座部分和外部表面之間的緩沖層的定位具有合金鋼僅與緩沖層的材料直接接觸而不與外層的抗腐蝕合金直接接觸的效果。緩沖層作用以減少或防止合金組分從外部表面擴(kuò)散到基座部分，反之亦然。優(yōu)選地，緩沖層從以下的組中選擇，該組包括鋼、奧氏體鋼、鎳基合金、和由除了不可避免的雜質(zhì)之外的鐵或鎳組成的合金。這些合金被認(rèn)為是與基座部分的鋼和外部表面的合金可以相容的。在實(shí)施例中，基座部分的合金鋼是奧氏體的不銹鋼。多年來(lái)，已經(jīng)接受整個(gè)閥桿都由合金鎳鉻鈦合金(NIMONIC)80A(注冊(cè)商標(biāo)的特殊金屬)制成。然而，如此的特殊合金遠(yuǎn)不及像奧氏體的不銹鋼可容易使用，并且不銹鋼還具有高強(qiáng)度并全部都被認(rèn)為非常好執(zhí)行，特別是對(duì)設(shè)置的兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，可以在面對(duì)燃燒室的表面上的不銹鋼的性能方面改善抗腐蝕性。然而，不銹鋼具有相當(dāng)高的碳含量。緩沖層吸收擴(kuò)散的碳，使得對(duì)于排氣閥的主要部分使用不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有通過(guò)完成的排氣閥的熱抗腐蝕性和長(zhǎng)期延展性的高要求而被削弱。在優(yōu)選實(shí)施例中，緩沖層具有至少2毫米的厚度。這種厚度足夠確保即使當(dāng)緩沖、層由具有碳化物結(jié)構(gòu)性能的合金制成時(shí)，碳不能擴(kuò)散穿過(guò)緩沖層，其中擴(kuò)散到所述層中的碳可以被轉(zhuǎn)化成碳化物并因此不便所述層的碳活性増加。本發(fā)明還涉及制造用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥桿的方法，所述排氣閥桿包括具有合金鋼基座部分的閥頭，和朝向燃燒室的閥桿表面形成的外部表面，該外部表面由為鎳基、鉻基或鈷基的抗熱腐蝕合金的微粒起始材料組成。根據(jù)本發(fā)明，所述方法的特征在于當(dāng)抗熱腐蝕合金的微粒材料被保持在基座部分處的外殼中吋，微粒材料被加熱到鍛造溫度并被鍛造，藉此，微粒材料受到剪切應(yīng)變，該剪切應(yīng)變使微粒變形成細(xì)長(zhǎng)或橢圓形狀，所述鍛造使微粒材料壓縮到至少98. O %的密度，并且使外部表面與基座部分粘合或與使外部表面與緩沖層和基座部分粘合。與HIP處理相比，鍛造非?？斓匕l(fā)生，并且因此在閥部分處于增加的鍛造溫度吋，合金成分對(duì)于從ー個(gè)合金擴(kuò)散到相鄰合金僅具有非常短的時(shí)間。如上所述，鍛造將微粒材料擠壓在一起，并且剪切應(yīng)變使微粒沿平行于過(guò)渡區(qū)的方向移動(dòng)并使微粒材料中的微粒相對(duì)彼此摩擦并合并。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,摩擦和合并任何氧化膜初始表現(xiàn)為微粒分裂,并且來(lái)自 任一種微粒內(nèi)部的顆粒的清潔合金材料與來(lái)自其它微粒內(nèi)部的顆粒的清潔合金材料直接接觸，并且因此，顆粒可以有效地連接在微觀結(jié)構(gòu)水平。在一個(gè)實(shí)例中，外殼中的微粒材料設(shè)置在從閥頭的凸緣區(qū)域內(nèi)部延伸到閥頭的中央?yún)^(qū)域的區(qū)域中的大致相等厚度層中。當(dāng)微粒材料的層在外殼中具有大致相等厚度，并且應(yīng)用大致相等鍛造條件，導(dǎo)致外部表面將具有大致相等的厚度。外部表面和基座部分之間的過(guò)渡區(qū)因此沿閥頭徑向方向上的単獨(dú)直平面延伸。在另ー實(shí)例中，外殼中的微粒材料設(shè)置在從閥頭的凸緣區(qū)域內(nèi)部延伸到閥頭的中央?yún)^(qū)域的區(qū)域中的朝向閥的縱向中心軸線的厚度增加的層中。由于閥頭的下表面通常為平坦表面，基座部分的下表面可以被制成具有凹入的中央?yún)^(qū)域，該凹入的中央?yún)^(qū)域允許外部表面具有較大厚度。外部表面和基座部分之間的過(guò)渡區(qū)因此可以沿幾個(gè)直平面延伸，或過(guò)渡區(qū)可以具有稍微彎曲的形狀。與微粒材料的消耗量相比，外部表面在閥頭下表面的中央?yún)^(qū)域處的增加的厚度提供長(zhǎng)使用壽命的排氣閥，因?yàn)樵谑褂米罡邷囟扔绊戇^(guò)程中以及在操作過(guò)程中的最高材料損失出現(xiàn)在閥頭下表面的中央?yún)^(qū)域處。如果排氣閥桿用于在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用，其中材料損失期望為最靠近凸緣區(qū)域或在其它局部區(qū)域中，外部表面可以可選地增加凸緣區(qū)域的方向上的厚度，或増加這種局部區(qū)域處的厚度。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方法的特征在于抗熱腐蝕合金的微粒材料在惰性環(huán)境中被熱噴射以形成預(yù)成形部分，該預(yù)成形部分和基座部分受熱到鍛造溫度并被鍛造，藉此，微粒材料受到剪切應(yīng)變，該剪切應(yīng)變使微粒變形成細(xì)長(zhǎng)或橢圓形狀，所述鍛造使微粒材料壓縮到至少98. O %的密度，并且使外部表面與基座部分粘合或與使外部表面與緩沖層和基座部分粘合。根據(jù)這種方法，微粒材料首先形成為具有足夠的形狀穩(wěn)定性的預(yù)成形部分，以允許微粒材料作為單個(gè)主體位于在基座部分上。能夠?qū)⑽⒘２牧现苯酉嗟鹊貒娚湓谒龌糠稚?。在微粒材料沒(méi)有連通孔隙的情況下，能夠避免使用外売。當(dāng)使用外殼時(shí)，必須在完成鍛造之后停止機(jī)械加工。雖然預(yù)成形部分中的微粒材料在鍛造之前具有不規(guī)則的形狀，但是鍛造如與最初提及的方法相關(guān)聯(lián)的描述產(chǎn)生相同的影響，除非產(chǎn)生變形的微粒具有非常不規(guī)則的形狀。
無(wú)論利用什么方法，優(yōu)選地是在鍛造之前外部表面的材料被排空到小于1X10_4巴的壓強(qiáng)。該排空使氣體從待鍛造的微粒材料內(nèi)的空隙中被移除，并且這有助于材料的壓縮。雖然存在于外部表面的材料種的氣體為諸如惰性氣體的無(wú)氧氣體，但是更有利地是實(shí)際上具有盡可能少的氣體。因此，優(yōu)選地是外部表面的材料被排空到少于1X10_7巴的壓強(qiáng)。如果使用第三合金的緩沖層，這種第三合金具有不同于基座部分合金鋼(第一合金)且不同于外部表面的抗熱腐蝕合金(第二合金)的合成物。第三合金優(yōu)選地在外部表面的材料定位在基座部分的所述表面處之前應(yīng)用于所述基座部分的表面。第三合金可以可選地應(yīng)用于外部表面的材料。然而，基座部分的表面通常為規(guī)則且光滑的表面，第三合金可以在該光滑表面上以非常好的控制方式被施加，具體地為關(guān)于材料的量和從材料的涂敷以相等方式被良好控制。能夠以多于ー個(gè)步驟進(jìn)行鍛造，以便獲得具有外部表面的閥頭。繼基座部分和外 部表面粘合的鍛造步驟之后，粘合的基座部分和外部表面可以以至少ー個(gè)后續(xù)步驟被鍛造以便獲得最終形狀。例如，如果在第一鍛造步驟粘合時(shí)基座部分和外部表面具有圓柱形形狀，則閥的頭部部分在隨后的步驟中被鍛造之后將是有利的。為了減少擴(kuò)散穿過(guò)過(guò)渡區(qū)，優(yōu)選在少于10分鐘的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行鍛造，并且具有外部表面的基部部分在鍛造之后被立即冷卻。在方法的另ー改進(jìn)中，在完成鍛造之后，閥桿部分摩擦焊接在基座部分上。ー個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不具有閥桿部分吋，必須受熱到鍛造溫度的材料的量較小。另ー優(yōu)點(diǎn)是基座部分可以被完全密閉并且支撐在代替具有延伸到側(cè)部的軸部分的面對(duì)遠(yuǎn)離外部表面的側(cè)部上的模具中。鍛造閥頭、或具有閥頭和軸的整個(gè)閥可以任選地受到諸如回火或退火的最后熱處理。熱處理可以使合金組分?jǐn)U散在過(guò)渡區(qū)并且可以加強(qiáng)材料之間的冶金結(jié)合。


根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)例在以下參照高度示意的附圖被更詳細(xì)地說(shuō)明，其中圖I從閥桿取出的磨碎和拋光祥品的微觀圖片，其中通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的高溫等靜壓HIP處理提供外部表面，圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的以排氣閥形式的排氣閥桿的橫截面局部視圖，圖3和4是根據(jù)本發(fā)明的閥頭的鍛造的示意圖，圖5是根據(jù)本發(fā)明的閥頭和閥桿的視圖，圖6和7是從閥桿中取出的磨碎和拋光祥品的微觀圖片，其中根據(jù)本發(fā)明提供外部表面，圖8和9分別是試驗(yàn)樣品的俯視圖和側(cè)視圖，圖10從閥桿取出的磨碎和拋光祥品的微觀圖片，其中通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的高溫等靜壓HIP處理提供外部表面，和圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明的方法的鍛造之前被保持在外殼中的微粒材料。
具體實(shí)施例方式在圖I和圖10中，樣品從HIP壓縮微粒材料中取出，并且可以看到切割通過(guò)微粒的環(huán)形形狀。這顯示出微粒在壓縮過(guò)程中保持它們的球形形狀。HIP壓縮的典型標(biāo)志是微粒為球形，并且這是在壓縮過(guò)程中施加等靜壓カ的結(jié)果。該等靜壓カ使微粒材料以其中微粒沒(méi)有在處理過(guò)程中圍繞材料內(nèi)部移動(dòng)的方式收縮。這是非常有秩序地處理，其中微粒中的相互位置被保持。為了更清楚地了解現(xiàn)有技術(shù)的微觀結(jié)構(gòu)，三個(gè)圓被添加到圖10中的圖片，以便畫(huà)出表現(xiàn)在圖片中的三個(gè)微粒的輪廓。圖2圖示了用于兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥的排氣閥桿I的示意性結(jié)構(gòu)。閥的左半部從外部看到，并且閥右半部在圖示外部表面5的定位和程度的實(shí)例的橫截面看出。閥桿包括閥軸2和閥頭3，僅閥軸2的下部在圖2中示出，而閥頭3具有基座部分4和外部表面5。排氣閥的軸向方向通過(guò)在軸的中心處延伸的線C的方向上示出的箭頭A示出，并且箭頭R圖示了垂直于所述軸向方向的徑向方向。在閥頭3的上表面處的閥座6由適于抵消基座密封表面上的凹痕痕跡結(jié)構(gòu)的抗熱腐蝕合金制造。這種設(shè)置的合金尤其在申請(qǐng)人W097/47862中是已知且被說(shuō)明的，其通過(guò)相對(duì)于設(shè)置的合金以參考方式合并于此。 當(dāng)排氣閥桿安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)中吋，閥頭上的外部表面5是防止排氣閥的材料燒盡和朝向燃燒室形成面向下的表面7的抗熱腐蝕材料層?？篃岣g材料由鎳基、鉻基或鈷基的合金的微粒起始材料形成。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作吋，排氣閥桿在閉合位置和打開(kāi)位置之間移動(dòng)適當(dāng)次數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)周期，在閉合位置中閥座6鄰接排氣閥殼體(不顯示)中的靜止閥座，在打開(kāi)位置中排氣閥桿I向下移動(dòng)，并且閥座6位于距離靜止閥座的一定距離處。排氣閥桿I與汽缸襯套和氣缸蓋(不顯示)一起限定內(nèi)燃機(jī)的燃燒室，并且因此暴露到燃燒時(shí)發(fā)生的熱和腐蝕環(huán)境。利用排氣閥桿的內(nèi)燃機(jī)可以為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)。兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以是諸如MC或ME類型的MAN柴油機(jī)，或可以是由諸如RTA撓曲(flex)的RTA類型的Wartsila制成的，或由Mitsubishi制成的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于這種兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞的直徑可以在250到1100毫米的范圍內(nèi)，而閥頭的外徑可以在120到600毫米的范圍內(nèi)，并且通常最小為170毫米。從這些尺寸清楚了解到，面向燃燒室的排氣閥桿的表面具有較大面積，這分別引起外部表面5中的和外部表面和基座部分之間的界面區(qū)域中的較大熱應(yīng)力。在本發(fā)明的實(shí)施例中，外部表面5堅(jiān)固地連接到從排氣閥桿朝向閥頭的凸緣區(qū)域延伸的平面區(qū)域中的基座部分4。排氣閥桿I還可以被利用在較小的發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如中速或高速類型的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，并且排氣閥桿尤其可應(yīng)用在兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)中，該兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)是大型發(fā)動(dòng)機(jī)，其中負(fù)載重并且重要的是在不失效的情況下需要連續(xù)操作。在一個(gè)實(shí)施例中，外部表面5直接施加在基座部分4的表面上。在排氣閥桿的另ー實(shí)施例中，從圖6和7中拍攝的樣品中的一個(gè)被截取，緩沖層9定位在基座部分4和外部表面5之間。緩沖層9可以為除了不可避免的雜質(zhì)之外應(yīng)用到基座部分表面的大致純鎳層。鎳層可以以不同的方式被應(yīng)用到所述表面，例如被提供作為設(shè)置在基座部分的頂部上的微粒材料。鎳層還可以在緩沖層的頂部上布置外部表面的微粒材料之前在単獨(dú)的步驟中被設(shè)置。在這種單獨(dú)的步驟中，基座部分可以設(shè)置在電鍍槽中，并且通過(guò)電鍍鎳沉淀的鎳形成具有厚度的層，該厚度在30到150 μ m的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在30到70 μ m的范圍內(nèi)。電鍍層具有純鎳的非常致密層的優(yōu)點(diǎn)。電鍍層具有到基座部分的冶金結(jié)合。在另ー實(shí)施例中，緩沖層由除了不可避免的雜質(zhì)之外的鐵制成。由純鐵或鎳或者幾乎純鐵或鎳制成的緩沖層的優(yōu)點(diǎn)在于緩沖層不具有或僅具有非常少量的碳化物形式。當(dāng)在這種情況下，緩沖層中的碳化物結(jié)構(gòu)被抑制，并且到緩沖層中的碳擴(kuò)散增加緩沖層中的碳活性，并且因此碳到所述層中的進(jìn)ー步擴(kuò)散將被限制。碳在鐵和鎳中僅具有非常小的溶解性。作為實(shí)例，碳在鎳中的溶解性在500°C的溫度處按照重量計(jì)算少于O. 1%，因此即使當(dāng)少量的碳擴(kuò)散到緩沖層中吋，緩沖層也將獲得100%的碳活性，并因此實(shí)際上防止碳到所述層中的進(jìn)ー步擴(kuò)散。在另ー個(gè)實(shí)例中，緩沖層9可以由鋼或奧氏體鋼制成。緩沖層可以為鋼板。作為更具體的實(shí)例，基座部分4由鍛造閥門鋼(表I中的SNCrW-合金I)形成，外部表面5由合金671執(zhí)行，而鋼板由從表2的合金選擇的W.-號(hào)I. 4332合金形成。作為另ー實(shí)例，緩沖層9可以被提供作為合金UNS S31603的微粒材料并且外部表面5由合金671的微粒材料制成?；糠?由鍛造鋼制成。在這種情況下，緩沖層的微粒材料和外部表面的微粒材料在鍛造過(guò)程中被粘合到基座部分4上的粘結(jié)材料中。作為可選實(shí)施例，緩沖層可以由鎳基合金制成。這種類型的合金特別適干與外部表面的合金較好地結(jié)合，并且它可以具有明顯低于外部表面的鉻含量，例如按重量計(jì)算的鉻含量少于25%，例如具有20到23%的鉻的合金IN625，具有從19到23%的鉻的耐熱鎳鉻鐵合金合金(alloy INC0L0Y)600，或具有10到25%的鉻的合金IN718，或具有大約15%的鉻的尼莫尼克鎳基合金(NM0NIC Alloy)的合金105，或具有10到25%的鉻的合金(alloyRene) 220。由于更大量的鎳傾向于防止碳的擴(kuò)散，緩沖層還可以由鎳更豐富的合金制成。微粒材料可以以現(xiàn)有技術(shù)中已知的多個(gè)不同方式制造。例如,顆粒材料可以通過(guò)使噴射到具有惰性環(huán)境的室中的適當(dāng)合成物的熔化合金的液體霧化而被制造，藉此，材料被淬火和凝結(jié)作為具有非常精細(xì)枝晶結(jié)構(gòu)的微粒。微粒材料還可以稱作粉末。微粒材料可選地可以通過(guò)使噴射到具有惰性環(huán)境的室中的適當(dāng)合成物的熔化合金液體霧化而制造，其中霧化微粒的噴射被引導(dǎo)以便碰撞和沉積在固體部分上。固體部分可以被冷卻，并且在這種情況下，微粒被制造成與固體部分分離的預(yù)成形部分。微?？蛇x地可以與固體部分結(jié)合，并且用作基座部分4，使得預(yù)成形部分直接結(jié)合到基座部分。用于基座部分4的適當(dāng)材料包括不銹鋼。這種材料的實(shí)例在以下的表I中給出。W.-號(hào)是用于合金的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)碼。說(shuō)明的百分比是按重量計(jì)算的百分?jǐn)?shù)。激權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥桿，特別用于兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥桿，所述排氣閥桿包括閥頭和外部表面，所述閥頭具有合金鋼的基座部分，而所述外部表面形成閥桿的朝向燃燒室的表面，所述外部表面由抗熱腐蝕合金的微粒起始材料形成，所述抗熱腐蝕合金的微粒起始材料為鎳基、鉻基或鈷基的，其中所述微粒起始材料結(jié)合到粘著層，其特征在于，至少在到所述基座部分的過(guò)渡區(qū)處，外部表面的微粒材料中的微粒通過(guò)鍛造外部表面和基座部分而產(chǎn)生的剪切應(yīng)變而變形成橢圓或細(xì)長(zhǎng)形狀，并且鍛造后的外部表面具有至少98. O %的密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣閥桿，其特征在于在從所述閥頭的凸緣區(qū)域內(nèi)部延伸到所述閥頭的中央?yún)^(qū)域的區(qū)域中，所述外部表面和所述基座部分之間的所述過(guò)渡區(qū)沿至少一個(gè)直平面延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的排氣閥桿，其特征在于至少一個(gè)合金緩沖層定位在所述基座部分和所述外部表面之間，所述緩沖層的合金是第三合金，所述第三合金具有不同于所述基座部分的合金鋼和不同于所述外部表面的抗熱腐蝕合金的合成物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣閥桿，其特征在于，所述緩沖層從以下的組中選擇，所述組包括鋼、奧氏體鋼、鎳基合金、和由除了不可避免的雜質(zhì)之外的鐵或鎳制成合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4中任一項(xiàng)所述的排氣閥桿，其特征在于，所述基座部分的合金鋼是奧氏體不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)所述的排氣閥桿，其特征在于，所述緩沖層具有至少2毫米的厚度。
7.—種制造用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥桿的方法，所述排氣閥桿包括閥頭和外部表面，所述閥頭具有合金鋼的基座部分，而所述外部表面形成閥桿的朝向燃燒室的表面，所述外部表面由抗熱腐蝕合金的微粒起始材料形成，所述抗熱腐蝕合金的微粒起始材料為鎳基、鉻基或鈷基的，其特征在于，當(dāng)所述抗熱腐蝕合金的微粒材料被保持在所述基座部分處的外殼中時(shí)，所述微粒材料被加熱到鍛造溫度并被鍛造，藉此，所述微粒材料經(jīng)受剪切應(yīng)變，該剪切應(yīng)變使所述微粒變形成細(xì)長(zhǎng)或橢圓形狀，所述鍛造將所述微粒材料壓縮到至少98. 0%的密度，并使所述外部表面與所述基座部分或與緩沖層和所述基座部分結(jié)合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造排氣閥桿的方法，其特征在于，在從所述閥頭的凸緣區(qū)域內(nèi)部延伸到所述閥頭的中央?yún)^(qū)域的區(qū)域中，在所述外殼中的所述微粒材料被設(shè)置在具有大致相等厚度的層中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造排氣閥桿的方法，其特征在于，在從所述閥頭的凸緣區(qū)域內(nèi)部延伸到所述閥頭的中央?yún)^(qū)域的區(qū)域中，在所述外殼中的所述微粒材料被設(shè)置在具有朝向所述閥的中心增加厚度的層中。
10.一種制造用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥桿的方法，所述排氣閥桿包括閥頭和外部表面，所述閥頭具有合金鋼的基座部分，而所述外部表面形成閥桿的朝向燃燒室的表面，所述外部表面由抗熱腐蝕合金的微粒起始材料形成，所述抗熱腐蝕合金的微粒起始材料為鎳基、鉻基或鈷基的，其特征在于，當(dāng)所述抗熱腐蝕合金的微粒材料被熱噴射以形成預(yù)成形部分，所述預(yù)成形部分和所述基座部分被加熱到鍛造溫度并被鍛造，藉此，所述微粒材料經(jīng)受剪切應(yīng)變，該剪切應(yīng)變使所述微粒變形成細(xì)長(zhǎng)或橢圓形狀，所述鍛造將所述微粒材料壓縮到至少.98. 0 %的密度，并使所述外部表面與所述基座部分或與緩沖層和所述基座部分結(jié)合。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或10所述的制造排氣閥桿的方法，其特征在于，在鍛造之前，所述外部表面的所述材料被排空到少于lxl0_4巴的壓強(qiáng)，優(yōu)選地少于lxl0_7巴的壓強(qiáng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到11中任一項(xiàng)所述的制造排氣閥桿的方法，其特征在于，第三合金在所述外部表面的材料定位在所述基座部分的所述表面處之前被施加到所述基座部分的所述表面，其中所述第三合金具有不同于所述基座部分的合金鋼和不同于所述外部表面的所述抗熱腐蝕合金的合成物。
13.根據(jù)權(quán)利要求7到12中任一項(xiàng)所述的制造排氣閥桿的方法，其特征在于，在使所述基座部分和所述外部表面結(jié)合的鍛造步驟之后，結(jié)合的基座部分和外部表面在至少一個(gè)后續(xù)步驟中被鍛造以便獲得最終形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求7到13中任一項(xiàng)所述的制造排氣閥桿的方法，其特征在于，所述鍛造在少于10分鐘的時(shí)間內(nèi)被執(zhí)行,優(yōu)選少于2分鐘,并且具有所述外部表面的所述基座部分在所述鍛造之后被立即冷卻。
15.根據(jù)權(quán)利要求7到14中任一項(xiàng)所述的制造排氣閥桿的方法，其特征在于，閥軸部分在完成鍛造之后被摩擦焊接在所述基座部分上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥桿(1)，特別用于兩沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥桿，所述排氣閥桿包括閥頭(3)和外部表面(5)，所述閥頭具有由合金鋼制成的基座部分(4)，而所述外部表面(5)形成閥桿的朝向燃燒室的表面。所述外部表面(5)由抗熱腐蝕合金的微粒起始材料形成，所述抗熱腐蝕合金的微粒起始材料為鎳基、鉻基或鈷基，其中所述微粒起始材料被粘合到粘著層。至少過(guò)渡區(qū)到所述基座部分的外部表面(5)的微粒材料中的微粒通過(guò)鍛造外部表面和基座部分而產(chǎn)生的剪切應(yīng)變而變形成橢圓或細(xì)長(zhǎng)形狀，并且鍛造的外部表面(5)具有至少98.0％的密度。
文檔編號(hào)B22F3/17GK102667077SQ201080048506
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者哈羅·安德烈亞斯·赫格 申請(qǐng)人:曼恩柴油機(jī)渦輪股份公司曼恩柴油機(jī)渦輪德國(guó)分公司