柴油機(jī)氣門焊接新型工藝研究

摘 要：文章研究了異種材料焊接后的熱處理工藝性能，通過DOE實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，選取了可以同時滿足一種材料的熱處理工藝，為后續(xù)的工藝改進(jìn)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：摩擦焊接；熱處理；機(jī)械性能

1 項(xiàng)目背景

本公司一種材料氣門焊接的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝是氣門閥頭和桿部分別熱處理后，然后在定長、摩擦焊接，之后再去應(yīng)力。然而，對于一些小氣門，在閥頭生產(chǎn)過程中，往往要加長落料長度，才能超過電鐓夾持長度，滿足電鐓要求，之后再將加長的部分割掉，這樣勢必造成材料的浪費(fèi)。因此，經(jīng)過公司工藝人員的討論，為節(jié)省不必要的浪費(fèi)，想通過工藝改進(jìn)，解決落料必須加長的問題，即先將落料好的頭部與桿部棒料現(xiàn)行摩擦焊接之后在進(jìn)行電鐓。為了證實(shí)該方案的可行性，本課題應(yīng)運(yùn)而生。

2 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)過程中分別對該異種材料的摩擦焊接氣門進(jìn)行了工藝研究，此兩種材料分別是GH4080和4Cr10Si2Mo。對于這幾種材料現(xiàn)有的熱處理工藝如表1所示。

從中不難發(fā)現(xiàn)，對于這兩種不同的材料，其熱處理工藝有相似部分，亦有不同之處，對于如何處理其中的異同，我們分析如下：

（1）GH4080固溶后，以空冷～水冷的冷卻速度均可滿足工藝要求，為了與其材料同步，根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們統(tǒng)一采用1030℃×45min+油冷工藝；（2）時效/回火熱處理是這兩種材質(zhì)的最大不同之處，故而我們分別對這兩種材料進(jìn)行試驗(yàn)，其工藝如表2所示。

（3）通過分析，由于GH4080熱處理工藝對時間要求較高，主要是因?yàn)镃r等合金的均勻化遠(yuǎn)比C原子的擴(kuò)散速度慢得多，因此時間也是一個不容忽視的重要因素，所以，我們嘗試統(tǒng)一采用960min的熱處理時間，故而只需測試4Cr10Si2Mo在相應(yīng)的熱處理溫度內(nèi)是否能滿足工藝要求即可，同時，考慮到時間加長的因素，故而增加了700℃的試驗(yàn)，而剔除了760℃的試驗(yàn)。（4）為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述分析，我們通過DOE分析，分別對兩種材質(zhì)兩因子（時間，溫度）取兩水平的全因子試驗(yàn)，同時進(jìn)行三次中心點(diǎn)試驗(yàn)，以期通過對比驗(yàn)證其正確性。（5）由于GH4080材料除了機(jī)械性能有要求外，對于熱處理后的晶粒度亦有要求，即晶粒度細(xì)于或等于5級，晶粒度差異不超過3級，因此，對于不同的熱處理工藝，還需進(jìn)行晶粒度的檢測。

3 試驗(yàn)結(jié)果

通過以上試驗(yàn)，我們得到以下結(jié)果，如表3。

通過以上試驗(yàn)，我們將結(jié)果與對應(yīng)材料的工藝性能要求進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)其性能皆可以滿足要求。材料機(jī)械性能要求如表4所示。

而對于焊接之后經(jīng)熱處理后的摩擦焊棒，對應(yīng)的機(jī)械性能如表5所示。

通過本次實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，GH40804+Cr10Si2Mo在720℃×960min和740℃×960min時可以滿足工藝要求，而從焊縫斷口來看720℃縮頸明顯，說明塑性比740℃時好，故綜合考慮，我們認(rèn)為選取720℃×960min是比較合理的。同時，對于該條件下GH4080的晶粒度進(jìn)行檢測，結(jié)果為6～8級，滿足工藝要求。

4 結(jié)束語

通過本次實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為，采用合適的熱處理工藝，改變摩擦焊接和熱處理工藝順序的工藝改進(jìn)是可行的。

另外，對于此次工藝改進(jìn)我們認(rèn)為：（1）雖然此次工藝改進(jìn)從實(shí)驗(yàn)角度上看，我們認(rèn)為是可行的，但是還需經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，只有通過實(shí)踐大量的、嚴(yán)格檢驗(yàn)后，方可在日后的生產(chǎn)中大量使用；（2）對于此次實(shí)驗(yàn)，我們只考慮了兩種材質(zhì)的機(jī)械性能以及GH4080的晶粒度，而這些也是工藝文件中明確規(guī)定的基本要求，所以我們認(rèn)為此次工藝改進(jìn)還需對這兩種材質(zhì)在不同條件下的組織進(jìn)行檢測，以便從微觀角度得到更優(yōu)的選擇結(jié)果；（3）此次工藝改進(jìn)后，由于摩擦焊接之后棒料表面粗糙度，尤其是焊縫附近，將受到嚴(yán)重影響，如何消除此影響，還需進(jìn)一步研究。

通過本次實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為本次工藝改進(jìn)是可以滿足設(shè)計要求的，若工藝被采用后，將在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，大大增加市場產(chǎn)品開發(fā)的品種，尤其是對于市場需求量大的一種材質(zhì)小氣門的生產(chǎn)，意義重大，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益也非常可觀。同時，本更改工藝通過后，可以大大減少產(chǎn)品生產(chǎn)時材料的浪費(fèi)，因此，不論是從經(jīng)濟(jì)角度還是從產(chǎn)品開發(fā)的角度來講，本更改工藝都具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T1221-2007.耐熱鋼棒[S].

[2]Q/QS16-016-2008.16V240ZJB型柴油機(jī)氣門[S].

[3]TB/T1617-1985.熱處理通用技術(shù)條件[S].

[4]GB/T12773-2008.內(nèi)燃機(jī)用鋼及合金棒材[S].

[5]ISO683-15.內(nèi)燃機(jī)用閥門鋼[S].