[发明专利]用于内燃机的排气阀杆及其制造方法

说明书

本申请为专利申请案(国际申请日2010年10月29日，申请号201080048506.X，发明名称为“用于内燃机的排气阀杆及其制造方法”)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的排气阀杆，特别地，涉及一种用于两冲程十字头式发动机的排气阀杆，其中排气阀杆包括具有合金钢的基座部分的阀头，和形成阀杆的朝向燃烧室的表面的外部表面，该外部表面由为镍基、铬基或钴基的抗热腐蚀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着层。

背景技术

美国专利6,173,702说明了这种已知的排气阀杆，其中抗腐蚀外部表面通过粉末冶金学处理设置在基座部分上，其中抗腐蚀合金的微粒材料被设置在基座部分的模具中并通过HIP处理(热等静压力)与基座部分粘合。该模具被排空以便尽可能多地移除空气或气体。HIP处理在室中执行，该室可以被加热并在压力下被设定。为了以有效方式利用该室，尽可能多地填充基座部分或其它部分，并且这些目标在室内全部都经历相同的HIP处理。当开始处理时，该室受热和受压到HIP条件，并且这些条件然后被保持需要的周期，通常至少为8到12小时。

在HIP处理过程中，压力作为等静压力(在所有方向上压力完全均匀)影响微粒材料，并且当微粒材料压缩在基座部分上时，微粒材料的体积在各个方向均匀地减小。在外部表面产生的微观结构中，当观察从完成的阀杆中取出的磨碎和抛光样品时，可以看到微粒保持为具有圆形轮廓的球形。图1和10的附图中拍摄了这种样品。

下阀头表面具有大面积，并因此例如当改变发动机载荷时，并尤其当发动机开始或停止时，被暴露在相当大的热应力下。加热冲击在表面的中心处最重，部分因为燃烧气体在燃烧室的中间附近具有最高温度，部分因为阀关闭时阀头在外轮缘的其中上表面上的基座区域与水冷静止阀座接触的附近冷却。冷外围材料防止热中心材料的热膨胀，并因此产生相当大的热应力。除了由所述热影响所引起的大热应力，缓慢的变化对外部表面的强度和质量具有非常高的要求。

HIP处理是已知的，以提供高质量的微观结构和精细粘附的外部表面，但是HIP处理非常费时，并且高温的长处理时间还产生不适合的冶金处理：如从一个合金到其它合金的部件扩散。

发明内容

本发明旨在获得高强度的外部表面并获得具有坚固结构的外部表面中的微观结构，该坚固结构具体为到基座部分的过渡区附近的坚固结构。

通过对根据本发明的这种排气阀杆的观察，特征在于至少在到基座部分的过渡区处，外部表面的微粒材料中的微粒通过由锻造外部表面和基座部分所引起的剪切应变被变形成椭圆或细长形状，并且锻造后的外部表面具有至少98.0％的密度。

通过锻造产生的剪切应变导致粉末微粒相对于其它粉末微粒的位移，使得微粒相对彼此摩擦并穿透可能存在于微粒表面上的氧化膜层。任何氧化膜层都是薄的，因为微粒材料通常通过无氧气体中雾化制造，然而在存储过程中，一些氧化物将不可避免地形成在微粒上。剪切应变使微粒变形成可以表现为椭圆或细长形状的非球形形状。在锻造过程中，微粒材料被压缩成致密层，而微粒合并成粘结到相邻层的粘着材料，当微粒材料直接定位在基座部分上时，该粘着材料是基座部分。至少98.0％的密度还可以被表示为最多2％的疏松度。

通过锻造产生的剪切应变导致微粒材料至少在径向方向上流动，这些径向方向垂直于排气阀杆的轴向方向，并因此这些径向方向与阀头的下表面平行且与外部表面的材料和基座部分的材料之间的大致平面过渡区平行。剪切应变和产生在过渡区附近的材料内的径向运动确保在变形过程中在材料之间的产生有效结合并且确保微粒在变形过程中相对彼此以非常有效的方式摩擦而结合，产生的微观结构仅在该微观结构内具有非常少量的内部失效点。因此，在过渡区域结合在一起的材料具有坚固的微观结构并且能够完全省去外部表面和基座部分之间的几何锁定。

在优选实施例中，外部表面和基座部分之间的过渡区沿至少一个直平面在从阀头的凸缘区域内部到阀头的中心区域延伸的区域中延伸。在凸缘区域中，外部表面可以具有增大部，该增大部向上延伸并且沿外围包围基座部分，使得外部表面自身具有包括外围处的直立壁的平锅形状。过渡区在距离凸缘的一定距离处开始沿直平面朝向阀头的中间延伸，并且这种平面延伸部具有以下优点：外部表面的厚度或形状不会突变并因此不论外部表面中的微粒材料在锻造过程中如何被处理都不会发生大的局部改变。在平面过渡区附近的微粒材料经历与局部区域内大致相同的处理，并且当一个或多个平面区域从凸缘区域内部伸出到中心区域时，该一个或多个平面区域覆盖阀头的大多数区域。