第3章 柴油机配气机构气门热处理

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/HRC

4Cr9Si2 4Cr10Si2Mo

5Cr8Si2 5Cr8Si3 1030~10507#机

械油

或0#

柴

油，

温度

不大

于

80/º

C

54

550

590

610

630

650

670

690

710循环水，

温度小

于50/ºC

41~45

35~40

33~38

31~36

29~35

28~33

26~31

24~30

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

8Cr20Si2Ni1040~1070

650 670 690 71034~39 32~37 30~37 28~33

9Cr18Mo2V1060~1080

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。

2.对直径7mm以下的气门，建议采用比推荐的回火温度高10~20ºC，这是考虑到其抗回火稳定性强的原因。

3.同一支气门硬度差要在4HRC以内，硬度测量以三个硬度的平均值为准，两点之间的距离在20mm以上，来确保硬度的真实性。

4.对回火后圆柱面硬度低于工艺要求的气门，不要轻易做出重新淬火的结论，应认真对待，以最终切平面作为唯一的判定依据。

5.对出炉后硬度高于工艺要求的气门，二次回火的温度即使维持原温度，也能将硬度降下来，在于回火索氏体经过一次回火后，其金相组织结构又发生了变化的结果。

6.气门料杆和同直径气门的热处理工艺相同，均必须避免表面脱碳和氧化现象发生，即气门的表面状态和化学成分没有改变，负责将会直接影响其使用寿命。

7.对于气门要求回火后硬度在40HRC以上的马氏体耐热钢整体气门，为防止热处理后变形太大、硬度高造成调质困难、容易造成杆部断裂或气门盘部端面锤击掉块，通常在热处理前750ºC左右保温2h进行退火处理，降低气门热成形后盘部的硬度，将杆部直线度和锥面跳动控制在0.10mm以下，则极大减轻了热处理后校直的负担，加快了生产进度，目前国内气门制造行业广泛推广了该工艺方法，取得了明显的经济效益和社会效益。

需要说明的是网带式保护气氛淬火与回火炉，可实现光亮淬火，生产效率高、质量

稳定，机械化和自动化程度高，因此在标准件行业中已经比较普及，但大多为中碳钢的热处理，在高温下（1000ºC以上）工作的网带炉的应用较少，其原因是在高温下的网带变形和损坏严重。经过热处理设备厂家引进国外的部分网带新材料，基本解决了问题，目前国内气门制造厂已经将该设备用于马氏体耐热钢和中碳合金钢的热处理，取得了较好的经济效益和社会效益，热处理效率提高10倍以上，节约了大量的人力、物力和财力，为气门制造行业的大批量生产奠定了良好的基础。

（2）整体（或大头）奥氏体耐热钢的热处理：该类钢的碳化物呈弥散分布，其热处理方式为固溶+时效处理或仅时效处理，一般晶粒度4~10级，在700ºC一下具有良好的强度、硬度和较好的抗腐蚀性能。该类材料如加热温度小于980ºC，则

表面形成裂纹，当温度超过1200ºC，因大量晶间存在M

7C

3

的薄片沉淀晶界而出现

裂纹。时效处理后的平面硬度为23~38HRC，层状析出物 15%。热处理工艺流程为固溶（或仅时效处理）→调质→时效处理→抛丸→调质。固溶气门盐浴炉的热处理工艺规范如图3-2所示。