发动机气门材料及热处理工艺

第3章柴油机配气机构气门热处理3.1气门的热处理工艺规范对气门热处理的基本要求是表面的含碳量始终保持原来的水平，无脱碳和氧化。

对奥氏体耐热钢气门应采用保护性气氛，要求不能引起钢的含碳量的变化。

因此为了实现上述要求，气门的淬火（或固溶）和回火（或时效）应在可控气氛炉或盐浴炉内进行。

从制造流程中可知气门的制造方式取决于内燃机对气门的要求，在热处理过程中的热处理方法有明显不同。

气门的调质要求杆部直线度≤0.15mm，端面或盘锥面跳动过≤0.15mm，个别气门的跳动和直线度控制在0.06mm。

气门表面无裂纹、烧伤、过热及过烧现象，不得影响非加工表面的使用性能。

（1）整体低合金钢和马氏体耐热钢的热处理：对整体低合金结构钢和马氏体耐热钢制造的气门，热处理方式为调质处理（淬火+高温回火），以得回火索氏体组织，基体硬度在28~37HRC。

热处理工艺流程为：淬火→一次回火→抛丸→调质→二次回火→二次抛丸→调质。

两种材料的气门热处理工艺如图3-1所示。

淬火加热在盐浴炉中进行，回火则在井式电阻炉中完成。

目前网带式可控气氛炉中、高温加热炉各项技术指标已经达到了处理气门的要求，另外个别气门厂采用深井式高温电阻炉处理马氏体耐热钢使用效果不错，但需要通保护性气体，以防气门的氧化和脱碳，氮化的纯度必须达到98%以上。

需要注意一点，由于深井式高温电阻炉出炉时降温幅度大和加热速度慢，也没有办法进行预热，因此保温时间长于盐浴炉加热的时间。

气门回火保温结束后要快冷如水冷等，目的是40Cr、45Mn2等合金钢以及4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等马氏体耐热钢均在450~700ºC范围内有二次回火脆性，因此必须快速冷却，水温要低于80ºC，多采用循环水做冷却介质。

常见马氏体耐热钢气门的一般热处理工艺规范见表3-1所示。

表3-1 马氏体耐热钢气门的热处理工艺规范材料牌号淬火工艺规范回火工艺规范备注加热温度/ºC冷却介质淬火硬度/HRC回火温度/ºC冷却介质回火硬度/HRC4Cr9Si2 4Cr10Si2Mo5Cr8Si2 5Cr8Si3 1030~10507#机械油或0#柴油，温度不大于80/ºC54550590610630650670690710循环水，温度小于50/ºC41~4535~4033~3831~3629~3528~3326~3124~30气门的硬度是指圆柱面硬度，通常最终的硬度依据平面硬度，因此可按圆柱面与平面的修整值，编制相应的回火温度和硬度范围8Cr20Si2Ni1040~1070650 670 690 71034~39 32~37 30~37 28~339Cr18Mo2V1060~1080注：1.气门的直径分为五类：小于6.5mm、>6.5~8.0mm、>8.0~10.0mm、>10.0~12.0mm 以及大于12mm等，同种材料直径不同、回火温度相同，回火后硬度出入较大。

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气门标准产品工艺流程示范零件号Part Number CA498EX材料1 （头部）Mat'l 1 （Head）21-4N材料2 （杆部）Mat'l 2 （Stem）40Cr杆径Stem Diameter 8 mm头径Head Diameter 38.8 mm总长Total Length 117 mm工序号/Flow No. Flow Process Name- Current 工序名称1 Crop pin-stem 冲切棒料2 pin harden 棒料淬火3 pin chamfer-both ends 两端倒角4 pin grind-both ends 磨两端面5 rough pin grind 粗通磨6 finish pin grind 精通磨7 crack inspection-magnetic 棒料磁力探伤8 cutoff pin-head 切割棒料9 head pin chamfer-both ends 两端倒角10 pin-pin friction weld 杆对杆焊接11 turn flash 车飞边12 temper 棒料回火13 rough pin-pin grind 焊后粗通磨14 finish pin-pin grind 焊后精通磨15 upset and forge 电镦16 blank temper 毛坯回火17 shot blast 毛坯抛丸18 1st manual straighten head face 调盘端面19 rough rough rough stem 荒磨杆部20 2nd manual straighten head face 调盘端面21 cutoff to length 切断22 rough grind face 粗磨端面23 ultrasonic inspection 超探24 tipend harden 杆端淬火25 low temperature temper 低温回火26 shot blast 半成品抛丸27 rough rough stem grind 修磨杆部28 semi tipend grind 半精端面29 finish turn HOD 精车外圆30 finish turn seat 精车锥面31 finihs turn face 精车盘端32 turn head chamfer 盘端倒角33 rough stem grind 粗磨杆部34 grind keeper groove 磨锁夹槽35 tipend chamfer 杆端倒角36 semi seat girnd 半精锥面37 semi-stem grind 细磨杆部38 crack inspection-magnetic 磁力探伤39 finish seat grind 精磨锥面40 finish tipend grind 精磨端面41 finish stem grind 精磨杆部42 stem chrome plate 杆部镀铬43 etch marking 打字44 wash and pack 清洗包装气门生产工艺及设备一. 工序：切割总长设备名称: 全自动CBN气门总长切割机设备特点: 采用线速度达到100m/min的CBN立方氮化硼高速切割砂轮进行气门总长切割, 采用特别设计的高速动力头作为砂轮架, 横向滑台采用液压油缸驱动或伺服电机驱动,纵向滑台手动调整,用于调整切割长度，工件定位方式为杆外圆及盘端面，OMRON PLC控制系统, 全自动上下料循环工作.全封闭防护结构。

内燃机气门感应热处理技术与质量控制内燃机气门是汽车发动机内提供动力的重要部件，尤其是排气门在高温、腐蚀性介质、长期重复的冲击，以及废气的冲刷作用下工作，因此既要具有良好的组织与强度，又要具有高的耐热性和热稳定性，良好的耐蚀性、抗咬合性、耐磨性和导热性等，其工作条件十分苛刻。

由于气门的盘锥面与气门座圈反复接触，要求其有良好的耐磨性，而气门杆端面与凸轮接触，要求表面有高的硬度。

因此，为满足其锥面与杆端的耐磨性，需要对气门进行锥面与杆端的淬回火处理，以获得要求的高硬度。

通常是在马氏体耐热钢调质处理后再进行感应热处理。

本文仅对气门盘部锥面与杆部的感应淬火技术进行分析，并指出生产过程中出现的质量问题，且提出改进措施，目的是提高气门的感应淬火质量。

一、感应热处理在气门上的应用1.感应热处理的特点感应热处理是生产率高、不污染环境、易于自动化和节省能源的一种先进热处理技术。

这一技术自问世以来一直在迅速发展，感应热处理技术的最大用户是汽车零部件领域。

感应热处理技术由于具有优质、高效、节能、环保等诸多优点，符合现代汽车生产需要，技术水平迅速提升[4]。

高频感应加热设备在汽车零部件领域的应用十分广泛，如气门、挺杆、连杆、曲轴、凸轮轴、齿轮、万向节钟形壳及半轴等，其中气门杆端进行连续淬火或冲击淬火，锥面进行自动连续作业成为国内外气门感应热处理最成功的技术，获得了气门制造厂商的青睐，国内100余家气门制造厂商均拥有5台以上的高频设备。

其中我公司有30余台感应淬火设备（或连续生产线），年产感应淬火气门2000万支以上，成为中国气门制造厂商中产量最大与出口数量最多的制造厂商之一。

2.内燃机气门感应淬火的基本要求气门热处理（调质处理）后进行感应淬火，目的是满足其杆端面（或锥面）耐磨的要求，《内燃机进、排气门技术条件》（GB/T23337—2009）与《汽车发动机气门技术条件》（QC/T469—2002）中，均指出杆端面经过表面淬火后硬度应≥48HRC，当杆端部长度＞4mm时，硬化层深度应≥2mm）或淬硬层深度应≥0.6mm。

摩托车发动机重要零部件材料与工艺总结1.活塞：常用材料为铸铁和铝合金，铝合金又可分为铝铜合金（Y合金）和铝硅合金（Lo-Ex合金）；毛坯加工方法可分为铸造和锻造两种，而铸造铝合金活塞由于其成本低而被一般内燃机广泛使用，但在二冲程柴油机中仍采用铸铁活塞；大量生产时采用金属模铸造，单件生产时则用砂型铸造，最新可采用挤压铸造。

对于摩托车，常用材料为ZL108、ZL109、ZL9、ZL117等，通用的毛坯加工方法是金属型铸造，且金属模应采用下抽芯模具，而液态模锻工艺是其发展方向，热处理通常采用固溶强化（相当于钢的淬火）及完全人工时效（T6），也有采用淬火及稳定化回火（T7）的。

2.活塞销：一般采用20、15CrA或20Mn2等优质渗碳钢，在强化内燃机中可以高级合金钢；其外表面应采用渗碳淬火或表面感应淬火，为提高疲劳强度可采用冷挤压成形法、双面渗碳、氰化或氮化。

对于摩托车，材料一般为低碳合金钢（15Cr、20Cr、20Mn、20CrMo、20CrMnMo）,采用热轧圆钢、冷轧或冷拉无缝钢管的毛坯经冷挤压和温挤压成型，双面渗碳是强化活塞销的有效方法。

3.活塞环：常用材料为铸铁和钢，铸铁又可分为球墨铸铁和可锻铸铁，钢中如65Mn弹簧钢可用于制造气环；表面处理方法有镀铬、镀锡、喷钼及磷化；加工方法有单体浇铸、靠模加工及热固定法。

对于摩托车，可采用合金铸铁（铬钼、钨合金铸铁）、球墨铸铁及钢（弹簧钢、不锈钢），其余同上。

4.连杆：一般采用中碳钢或合金钢制造，汽车、拖拉机及其他小型内燃机常用45、40Cr、40MnB等中碳钢锻造，其他强化内燃机则用42CrMo、18Cr2Ni4 WA等合金钢，某些小功率内燃机还有用球墨铸铁制造的；对于锻钢连杆可采用表面喷丸处理来提高疲劳强度，固定连杆大头盖的螺栓可用40Cr、35CrNi Mo、18Cr2Ni4WA等合金钢。

对于摩托车，可采用45、40Cr、40MnB、20Cr、4 2CrMo、20CrMo等材料经模锻、辊锻或精锻等方法成型，采用辊锻的时候也可用45钢、冷硬铸铁及球墨铸铁制造。

内燃机气门弹簧循环快速加热淬火工艺内燃机气门弹簧正在向高应力方向发展，最大工作应力已达到780MPa。

但是，使用50CrVA钢丝制成的弹簧，按照常规淬火回火工艺处理，在这样高的应力下，其疲劳寿命仅能达到10的6次方。

为提高气门弹簧在高应力下的疲劳寿命，进行了50CrVA钢弹簧的循环快速加热淬火工艺。

普通淬火回火处理后的晶粒度约为10级，而经循环快速加热淬火后的晶粒度可达13～14级。

晶粒大约细化了3～4级。

第一次加热淬火后获得的非平衡马氏体组织在第二次盐炉加热时，属于中速加热，奥氏体化将被推移到较高的、接近Ac3的温度进行，此时奥氏体将在原奥氏体晶界、板条马氏体束界甚至束内等处形核并长成细小的颗粒状奥氏体，而且，由于第一次淬火形成的马氏体中有大量的位错和孪晶，使重新加热时形核部位增多，也有细化晶粒的作用。

再加上第二次加热时间较短，晶粒来不及长大，使晶粒细化。

循环快速加热淬火并回火后的强度比普通淬火回火提高3%，断面收缩率提高5%。

强度和塑性的同时提高，是由于奥氏体晶粒细化，循环加热淬火对高应力弹簧疲劳寿命的影响晶界面积增大，淬火后生成的马氏体尺寸变小。

晶界比晶内有更高的强度，位错由晶内滑移到晶界时，由于各晶粒之间的位向不同，增加了滑移阻力。

并且晶粒越细，裂纹扩展路程越曲折，因而所消耗的能量越大。

晶粒越细，单位体积内总晶界面积越大，有害杂质在晶界上偏析的平均浓度就越低，杂质的有害作用减轻，使韧性提高。

由于单位体积中晶粒数增多，同样的形变量可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，不致引起裂纹的过早萌生和发展，因而断裂前可产生较多的塑性形变量，提高了塑性。

减小马氏体尺寸确能提高强度，还不损失塑性。

汽车发动机零件的热处理工艺优化汽车作为现代社会重要的交通工具，其性能和可靠性在很大程度上取决于发动机的质量。

而发动机零件的热处理工艺则是决定其性能和寿命的关键因素之一。

本文将深入探讨汽车发动机零件热处理工艺的优化方法，以期提高发动机的整体性能和可靠性。

一、汽车发动机零件热处理的重要性汽车发动机在工作时，零件需要承受高温、高压、高摩擦等极端条件。

良好的热处理工艺能够改善零件的组织结构，从而提高其强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度等性能。

例如，曲轴是发动机中最重要的零件之一，它承受着周期性的弯曲和扭转应力。

通过合理的热处理，可以使曲轴表面获得高硬度和耐磨性，同时心部保持良好的韧性，从而提高其疲劳寿命。

二、当前汽车发动机零件热处理工艺存在的问题1、工艺参数控制不准确在热处理过程中，加热温度、保温时间、冷却速度等工艺参数的控制至关重要。

然而，由于设备精度、操作人员技术水平等因素的影响，实际生产中往往存在工艺参数控制不准确的情况，导致零件性能不稳定。

2、能源消耗大传统的热处理工艺通常需要消耗大量的能源，不仅增加了生产成本，也不符合节能环保的要求。

3、环境污染一些热处理工艺会产生废气、废水和废渣等污染物，对环境造成一定的危害。

4、残余应力问题热处理过程中产生的残余应力可能会导致零件变形、开裂等问题，影响其尺寸精度和使用性能。

三、汽车发动机零件热处理工艺优化的方向1、精确控制工艺参数采用先进的温度控制技术和自动化设备，如智能温控系统、激光加热等，实现对工艺参数的精确控制，提高零件性能的一致性和稳定性。

2、节能与环保推广应用新型的节能热处理设备和工艺，如真空热处理、感应热处理等，减少能源消耗和环境污染。

3、优化热处理工艺路线通过对零件的结构和性能要求进行分析，合理选择热处理工艺路线，如采用复合热处理工艺，将淬火、回火、渗碳等工艺有机结合，以达到最佳的性能效果。

4、减少残余应力采用预热处理、回火处理、喷丸处理等方法，有效降低热处理过程中产生的残余应力，提高零件的尺寸精度和使用性能。

气门挺柱生产工艺流程
气门挺柱是发动机的重要零部件之一，它的质量直接影响着发动机的性能和寿命。

气门挺柱的生产工艺流程如下：
1. 原材料选用：气门挺柱的主要材料是钢和铜，需选用高质量的原材料，确保材料的均匀性和强度。

2. 材料切割：根据气门挺柱的设计图纸，将选用的钢板和铜管进行切割，制作成所需的形状和尺寸。

3. 冷镦加工：将铜管进行冷镦加工，使其成为气门挺柱的中心支撑柱。

此过程中需要控制温度和压力，保证产品的精度和表面光洁度。

4. 热处理：对钢材进行热处理，以提高其强度和硬度。

热处理过程中需要控制温度和加热时间，保证产品质量。

5. 车削加工：根据设计图纸的要求，进行车削加工和孔的钻制，以确保气门挺柱的精度和尺寸。

6. 表面处理：对气门挺柱进行抛光和喷涂等表面处理工艺，提高其表面光洁度和防腐性。

7. 组装：将气门挺柱的各个部分进行组装，包括中心支撑柱、摇臂座、垫片和止动环等，以完成气门挺柱的生产工艺流程。

以上是气门挺柱的生产工艺流程，通过严格的品质控制和工艺流程的优化，可以生产出高质量的气门挺柱，为发动机的正常运转提供稳定的保障。

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1. 毛坯准备。

选择合格的毛坯，确保其尺寸、形状和材料符合要求。

节气门轴的生产工艺
节气门轴是发动机中的重要零部件，其生产工艺通常包括以下
几个步骤：
1. 材料准备，节气门轴通常由高强度合金钢材料制成，首先需
要对原材料进行挑选、切割和清洁处理，确保材料质量符合要求。

2. 热处理，经过材料准备后，需要进行热处理工艺，包括加热、保温和冷却等步骤，以提高材料的硬度、强度和耐磨性。

3. 粗加工，在热处理后，对材料进行粗加工，包括车削、铣削、钻孔等工艺，将原材料加工成初步形状。

4. 精密加工，节气门轴需要经过精密加工工艺，包括磨削、镗孔、拉削等工序，以确保轴的尺寸精度和表面光洁度。

5. 表面处理，节气门轴的表面通常需要进行镀层或涂层处理，
以提高其耐腐蚀性和耐磨性。

6. 总装调试，最后将经过精密加工和表面处理的零部件进行总
装，包括安装轴承、齿轮等配件，并进行调试和检测。

以上是节气门轴的一般生产工艺流程，不同厂家和型号的节气门轴可能会有所不同，但整体工艺流程大致相似。

在生产过程中，质量控制和工艺改进也是非常重要的环节，以确保最终产品的质量和性能符合要求。

气门生产工艺流程管理
具体步骤如下：
步骤一、制造气门头；
步骤二、制造气门杆，所述气门杆为中空结构；
步骤三、将步骤一制备得到的气门头和步骤二制备得到的气门杆进行熔接，密封气门杆中空部位；
步骤四、对气门头部进行淬火；
步骤五、对步骤四中淬火后的气门头部回火；
步骤六、对气门整体进行淬火回火；
步骤七、对步骤六中进行淬火回火的气门进行磨削。

2.根据权利要求1所述的一种气门的制造方法，其特征在于：对于磨削后的气门进行多功能检测，包括气门漏气、跳动。

不同的扫描速度的变化对熔覆层质量有明显影响，适合的扫描速度使熔覆层连续，平整、光滑、无气孔，扫描速度过快会导致熔覆层不连续，呈断续的粒珠状，有空洞。

影响排气门激光熔覆层质量的其它因素还有保护气体的压力大小，试验发现，保护气体压力过大，会使表面粗糙度增加，表面不平整光滑，产生折皱。

保护气体压力过小，一是熔覆层表面达不到防氧化目的，会使空气中的氧参与激光与粉末的作用，使熔覆层产生缺陷。

镜头的污染也会有影响。

因为光束和保护气同轴，既起到保护熔池的作用，也起到保护镜头的作用。

在激光处理过程中，难免有飞溅现象，保护气可以防止熔渣飞贱到聚焦透镜上，所以保护气体的压力
大小也是不可忽视的。

气门嘴加工工艺一、气门嘴加工工艺流程气门嘴是发动机中的重要组成部分，它直接影响着发动机的工作效率和性能。

因此，在气门嘴的加工过程中，需要经历以下几个主要的工艺步骤：1. 材料准备：选择合适的材料，常见的有高速钢、硬质合金等。

根据气门嘴的要求选择合适的材料，确保其机械性能和耐磨性。

2. 加工前准备：对材料进行切割、锻造或铸造等工艺处理，获得符合要求的初始形状。

3. 粗加工：通过车削、铣削等方法，将初始形状加工成接近最终形状的半成品。

这一步骤要求加工精度较低，主要是为了降低后续加工的难度。

4. 热处理：对粗加工后的气门嘴进行淬火、回火等热处理工艺，以提高其硬度和耐磨性。

5. 精密加工：通过磨削、铣削等方法，将半成品加工成最终形状。

这一步骤要求加工精度较高，以确保气门嘴的密封性和工作效率。

6. 表面处理：对加工好的气门嘴进行表面处理，如喷涂、镀铬等，以提高其耐腐蚀性。

7. 检验与调试：对加工好的气门嘴进行检验，确保其尺寸、形状和性能符合要求。

同时，还需要进行装配和调试，确保气门嘴能够正常工作。

二、气门嘴加工常见方法气门嘴加工常见的方法主要有以下几种：1. 车削法：利用车床进行气门嘴的车削加工，通过旋转刀具对工件进行切削，得到所需的形状和尺寸。

2. 磨削法：利用磨床进行气门嘴的磨削加工，通过砂轮对工件进行磨削，达到精密加工的要求。

3. 铣削法：利用铣床进行气门嘴的铣削加工，通过旋转刀具对工件进行切削，得到所需的形状和尺寸。

4. 火花机械加工法：利用火花机械加工中的电火花放电原理，对工件进行形状加工，适用于加工复杂形状的气门嘴。

5. 激光加工法：利用激光切割技术对工件进行加工，具有高精度、高效率的特点，适用于加工高难度的气门嘴。

三、气门嘴加工中的注意事项在气门嘴的加工过程中，需要注意以下几点：1. 选择合适的工艺方法和加工设备，确保加工效率和质量。

2. 控制加工精度，尤其是气门嘴的密封面和导向面的加工精度，以确保其密封性和工作效率。