[发明专利]制造钛合金提升阀的方法

说明书

本发明涉及一种制造钛合金提升阀的方法，该阀的阀头的高温强度提高。

不是由普通的耐热钢而是由钛(Ti)合金制造该提升阀，该合金的比重低，比强度高，降低了阀操作机构的惯性质量，提高了内燃机的工作性能。

但是，普通的合金(α+β)的耐热温度的上限大约为500℃，低于耐热奥氏体钢。就疲劳和拉伸强度而言，很难将普通的钛合金用于工作温度高于入口阀的出口阀。

为了克服上述缺点，如日本专利公开No.62-197610中所公开的，一种要求耐热的阀头和较低热负荷的阀杆由耐热钛合金例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo和普通的钛合金例如Ti-6Al-4V分别模制而成，并焊接起来。如日本实用新型公开No.63-171604中所公开的，由耐热钢制成的阀杆和由高耐热钛合金制成的阀头组合，或由钛合金制成的阀杆和耐热钢制成的阀头组合。

当如上所述将高耐热合金用于阀头时，在β转变点以下锻造以获得普通的热锻或常规α结构的阀头的耐热温度在600℃以下，作为高负荷发动机的出口阀其疲劳和拉伸强度不够，该阀的阀头的温度会达到800℃。

在上述的传统的阀中，阀头和阀杆分别由不同的材料制成，组合的阀的拉伸强度和可靠性不好，并增加了产品的制造步骤，从而增加了成本。另外，钛合金与耐热钢连接的阀不能降低阀的重量。

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种制造钛合金提升阀的方法，该阀重量轻，成本低，疲劳和拉伸强度大大提高，这是高温下的阀头所要求的，阀由单一合金制成。

根据本发明，提供一种制造钛合金提升阀的方法，包括以下步骤：

在β转变点以上的温度加热一包括常规α结构的α+β或近α合金的棒材的一端，以制造一增大的部分；

由热锻将该增大的部分模锻为阀头，使其具有针状α结构。

仅仅阀头形成为针状α结构，以增强高温下疲劳和拉伸强度。与传统的将阀头与阀杆焊接的阀相比，根据本发明由单一合金制成的阀具有高强度，小重量，和制造步骤简单的特点。

下面参照附图对实施例的描述使得本发明的特征和优点更明显。其中：

图1是根据本发明方法制造的提升阀的前立视图；

图2是阀杆一端形成增大部分的步骤的局部切去的前视图；

图3是形成阀头的步骤的垂直截面前视图；

图4是模锻后的阀头的显微照片；

图5是疲劳试验结果的图；

图6是拉伸试验结果的图。

图1是根据本发明制造的钛合金提升阀成品图。提升阀3包括阀杆1和在其端部的阀头2，由(α+β)钛合金例如Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V-2Sn,Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo或含有10％以下的少量的β相的近α合金例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo和Ti-8Al-1Mo-1V制成。

对要求耐磨的阀面4、接触阀导引件的部分、销槽5和轴向端面6施加表面处理例如渗氮、渗碳、电离镀，从而3～5μm厚的表面层形成硬化层。表面处理可施加在阀3的整个表面。整个阀头2包括致密的针状α相。

下面介绍制造钛合金提升阀的方法。

如图2所示，由α+β或包括常规的α结构的近α合金制的棒材7被电动锻造设备或镦粗机8锻造形成阀过渡件9，其在阀杆9a的上端部具有增大的部分9b。

棒材7的上端可滑动地支承在下电极11上，该下电极包括一对电极部分10,10。通过使升降台12上升，棒材7被向上压，其上端与上电极13的下表面接触。此时，电流施加在上下电极11和13上。

因此，在上下电极11和13之间的棒材7的上端通过电阻局部加热并软化。升降台12进一步上升，材料7的上端被锻造形成高温增大部分9b。

通过控制上下电极11和13之间的电流增大部分9b的温度高于β转变点。β转变点对于α+β合金为995℃，对于近α合金为1015℃。

在增大部分9b的温度低于β转变点以前，增大部分9b插入热锻机的模子14c的孔14a中，如图3所示。孔14a的上部的形状对应于要制造的阀3的阀头2。

阀过渡件9插入孔14a后，锻锤15下降预定的冲程，对增大部分9b进行热锻。因此，增大部分9b塑性变形成为在其一端具有阀头2’的阀体3’。

模锻后的阀头2’成为针状α结构，因为在阀过渡件9的模锻过程中增大部分9b的温度高于β相转变点，阀头2’在模锻时被锻锤15和模子14迅速冷却而变成非常致密的α结构。

包括针状α结构的阀头2’与传统的在β转变点以下进行热锻的阀相比，改善了高温的疲劳强度，拉伸强度和蠕变特性。