[發明專利]氣缸蓋氣門座激光強化工藝

有效

• 申請號: 201010133805.5
• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN102199698A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 虞鋼;孫培培;鄭彩云;寧偉健;何秀麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C21D9/00
• 分類號: C21D9/00;C21D1/09
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明屬于激光強化技術領域，特別涉及氣缸蓋氣門座的激光強化工藝。

背景技術

氣缸蓋作為發動機工作過程中密封燃燒室和控制發動機氣體交換的精密零件，是保證發動機動力性、經濟性、可靠性、耐久性的重要因素。發動機工作過程中，氣門座圓錐面受高硬度的進、排氣門750次/min的頻繁撞擊，進氣門座的工作溫度可達300～400℃，排氣門座的工作溫度可達700～900℃。進氣門座主要受反復沖擊的機械負荷，排氣門座除受反復沖擊的機械負荷外，還受高溫氧化氣體的腐蝕以及熱應力、錐面熱箍應力和燃燒時氣體壓力等共同作用。這些高溫、高壓、干摩擦及往復沖擊載荷作用極易造成氣門座損壞。以往解決此類損壞的方法是在氣門座上鑲嵌氣門座圈，定時檢修和更換配套摩擦付(氣門和氣門座)，以防造成漏氣使發動機不能工作。但是由此造成的額外問題，包括氣門座圈的松脫、下陷以及定時檢修等，使我們不得不考慮另外的途徑來解決氣門座損壞問題。

激光強化技術自20世紀80年代產生以來，以其高密度、微小變形、自動化控制等特點，已經逐漸發展成為高能束表面熱處理的重要手段。針對現代發動機高功率密度、高緊湊和輕量化特點，要求氣缸蓋氣門座區域配合精密、結構緊湊且具有高硬度、高耐磨性，因此探討激光強化技術處理氣門座表面工藝十分必要。

發明內容

本發明提供一種氣缸蓋氣門座強化工藝，其目的在于使氣缸蓋氣門座錐面獲得一定硬度和深度的硬化層，提高氣門座的耐磨性和耐腐蝕性。

為實現上述目的本發明的氣缸蓋氣門座激光強化工藝，具體步驟為：1)對待處理氣缸蓋氣門座進行清洗預處理；2)將氣缸蓋氣門座劃分不同處理區域，根據處理區域、氣門座的不同和所需處理后氣門座的硬度值調整激光處理參數；3)根據步驟2)的處理參數對氣門座進行激光強化處理；4)處理完畢，對氣門座進行輔助降溫。

進一步，步驟1)中清洗預處理使用丙酮清洗劑清洗待處理氣缸蓋氣門座表面，使各個氣門座清潔狀態保持一致，不得出現影響激光強化的污漬。

進一步，步驟2)中激光強化處理采用的激光器為固體激光器或者氣體激光器。

進一步，所述激光器發出的激光為連續激光或者脈沖激光。

進一步，所述激光處理參數包括激光功率、掃描速度、聚焦透鏡焦距和離焦量。

進一步，所述氣缸蓋氣門座為帶有與水平面有一夾角的圓錐面。

進一步，步驟3)中激光強化處理具體為：將氣缸蓋固定在可旋轉機床上，調整激光器激光的入射角度，令激光垂直輻照氣門座。

進一步，激光強化處理過程中，采用比氣門座圓錐面寬度更大的光斑。

進一步，激光強化處理之后進一步包括對氣缸蓋氣門座進行后續研磨加工。

進一步，氣缸蓋氣門座根據不同邊緣幾何構造劃分成不同的處理區域，將最易聚熱區域定義為慢散熱區，采用相對較低的激光功率700-900W；將相對不易聚熱區域定義為較慢散熱區，采用相對較高激光功率800-1000W；將散熱較好區域定于為快散熱區，采用相對最高的激光功率900-1000W。

進一步，進出氣門座所需硬化層深度與掃描速度和激光功率有關，對于所需硬化層深度較大的排氣門座，采用相對較高功率或較低速度，對于所需硬化層深度較小的進氣門座，采用相對較低功率或較高速度。

本發明提供的氣缸蓋氣門座激光強化工藝，可使氣門座達到高耐磨性要求，符合現代發動機高功率密度、高緊湊和輕量化特點。

附圖說明

圖1為氣缸蓋氣門座激光強化裝置示意圖；

圖2a為氣缸蓋氣門座俯視圖；

圖2b為圖2a中1-1剖視圖；

圖3為氣缸蓋的示意圖；

圖4a為實施例中氣缸蓋進氣門座強化后的剖面硬化層形貌圖；

圖4b為實施例中氣缸蓋排氣門座強化后的剖面硬化層形貌圖。

具體實施方式

激光強化技術作為一種高密度、微小變形和易實現自動化控制的高能束表面熱處理重要手段，應用在本發明氣缸蓋氣門座表面強化過程中，其材料強化原理是：激光照射到材料表面，其中一部分能量被反射，一部分能量被材料吸收使材料表面迅速升溫并達到相變溫度以上。當激光移走，利用材料自身的傳熱能力或者進行輔助降溫措施(氣冷、水冷等)，使溫度快速冷卻到馬氏體相變溫度以下獲得硬化層。本發明強化所用激光既可以是連續激光，也可以是脈沖激光；激光器既可以是固體激光器(如Nd:YAG激光器)，也可以是氣體激光激光器(如CO₂激光器)。