鈦合金閥門(mén)開(kāi)發(fā)時(shí)的最大課題是耐磨性表面處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)。TiN涂層、Mo注射層及Cr噴鍍等表面處理均成本高、且難以長(zhǎng)時(shí)間維持其耐磨性，不適合大批量生產(chǎn)。最適宜的方法就是氧化處理，即在鈦中固溶高濃度的氧，其硬度上升，內(nèi)部得到了較厚的硬化層。氧化處理基本上是在大氣中高溫區(qū)加熱并保溫的單純熱處理。但抗蠕變性能低的Ti-6Al-4V制閥屬通常的退火組織，在處理中因自重易發(fā)生變形。抗蠕變性?xún)?yōu)良的針狀組織為閥的基本組織，但這種組織的延性及疲勞性能較低。因此在β區(qū)加熱后，通過(guò)控制各種冷卻條件，防止粗大的α相在晶界析出，就可得到很微細(xì)的針狀組織，在確保高延展性及與等軸組織一樣的疲勞性的同時(shí)成功控制了氧化處理時(shí)的蠕變變形。采用從實(shí)際制造過(guò)程中閥軸部切出的試樣，評(píng)價(jià)了其拉伸性能，拉伸性能高達(dá)980MPa以上，延伸率也高達(dá)12%以上。并確認(rèn)，即便是針狀組織也得到了不遜色于等軸材的高的疲勞特性。使用中暴露在高溫下的排氣閥使用的代表性合金是Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si(6242S)。但二輪車(chē)較四輪車(chē)閥更易長(zhǎng)期暴露在高溫區(qū)，所以又選用了耐熱性更好的TImetaL1100(Ti-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)。該合金在實(shí)用鈦合金中是耐熱性最好合金之一，但其耐用溫度約為600℃，而二輪排氣閥則要求要有800℃左右的耐熱性，所以必須選擇最佳的熱處理?xiàng)l件，再探討是否適用。因此在不同的熱處理?xiàng)l件下，評(píng)價(jià)了在室溫~800℃下的拉伸特性、耐高溫蠕變特性，沖擊特性及疲勞特性，以把握最好的材料特性匹配，并在合適的條件下制作發(fā)動(dòng)機(jī)閥。

 

施以氧化硬化層以提高閥的耐磨性，但若條件控制得不好，確保的疲勞性能有可能出現(xiàn)極端降低。因此把握最佳的熱處理?xiàng)l件特別重要。因此在670~820℃的溫度范圍施以1~16h的大氣熱處理，在測(cè)定表面性狀及表層部硬度分布的同時(shí)調(diào)查氧化處理?xiàng)l件對(duì)疲勞性能的影響。施以最佳熱處理的www.chattanoogadent.com在室溫~700℃的溫度范圍，其0.2%屈服強(qiáng)度高于普通鋼制排氣閥材SUH35，在800℃附近兩者基本相同。該合金在800℃下的疲勞性能與SUH35也相同。最擔(dān)心的抗高溫蠕變性能也優(yōu)于SUH35。也就是說(shuō)對(duì)該合金處理以適當(dāng)?shù)臒崽幚?，就可確保閥的各種特性。圖2所示為在不同的溫度下的施以1h氧化處理的試樣的表層硬度分布。圖3所示為在670℃及820℃下不同時(shí)間的氧化處理試樣的表層硬度分布。隨著處理溫度的升高，氧在鈦合金內(nèi)部的擴(kuò)散距離增長(zhǎng)，在更深層就可得到高硬度值。如，在這次試驗(yàn)條件的溫度范圍內(nèi)，在最高溫長(zhǎng)時(shí)間的820℃下，4h氧化處理的試樣約為50μm，在最低溫短時(shí)間的670℃，1h處理的試樣硬化厚度約為10μm。在表面生成的氧化蝕刻（Ti02），氧就從這里擴(kuò)散到基體中，在蝕刻正下方最表層部的硬度無(wú)論在哪種條件下施以熱處理其硬度均是相同的。然而在顯微維氏硬度測(cè)定可能表層到數(shù)μm的深度，在不同的熱處理?xiàng)l件下確認(rèn)有較大的硬度差。同時(shí)在一部分的高溫長(zhǎng)時(shí)間的氧化處理?xiàng)l件下，氧化硬化層產(chǎn)生了裂紋，這說(shuō)明氧化處理不合適。

 

按照上述的順序所得的氧化硬化層厚度與處理?xiàng)l件的關(guān)系，在實(shí)際生產(chǎn)中按照這個(gè)數(shù)據(jù)制作了施以氧化處理的發(fā)動(dòng)機(jī)閥，并評(píng)價(jià)了疲勞性能及耐磨性。圖4所示為制作的閥施以重復(fù)彎曲應(yīng)力測(cè)定的氧化處理閥的S-N曲線(xiàn)。該試驗(yàn)方法可參照文獻(xiàn)9。氧化硬化層一增厚，疲勞強(qiáng)度就降低，在670℃處理材中接近未氧化處理的材料則得到了高疲勞強(qiáng)度。在選擇氧化處理?xiàng)l件應(yīng)考慮耐磨性，在考慮到閥的耐磨壽命與要求疲勞特性時(shí)應(yīng)決定合適的氧化處理?xiàng)l件。