CN103834851A

CN103834851A - 一种缸套及缸套内孔表面处理方法

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Publication number: CN103834851A
Application number: CN201310583847.2A
Authority: CN
Inventors: 王季明; 张彩霞; 刘庆丰; 雷敬茂
Original assignee: SHIJIAZHUANG JINGANG KAIYUAN POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHIJIAZHUANG JINGANG KAIYUAN POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: CN103834851B

Abstract

本发明公开了一种缸套及缸套内孔表面处理方法，属于内燃机及其零部件制造领域。缸套由含Cr、Mo、Cu、Ni的多元低合金铸铁材料制成，缸套的内表面由内侧的硬化层和表面的硫化层构成，硬化层的硬度为46～50HRC，硬化层的厚度为0.4～2.6ｍｍ，硫化层厚度为0.001～0.005mm，硫化层表面的摩擦系数小于等于0.05。表面处理方法是对缸套内孔表面进行淬火处理和精加工后，再进行硫化处理。采用本发明的方法生产的缸套内表面的外层是硫化层，具有减磨作用，内层是针状马氏体和A型石墨组成的耐磨层，具有较高的硬度，采用本发明生产的缸套可以缩短缸套磨合时间，延长缸套使用寿命，尤其适用于中、重型柴油发动机。

Description

一种缸套及缸套内孔表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种缸套内孔的表面处理方法，属于内燃机及其零部件制造技术领域。

背景技术

汽缸套是主要用于汽油机、柴油机、工程机械、水泵等内燃机中的关键零部件，它的质量状况很大程度上决定了内燃机的大修周期。在气缸套的众多种类中，铸铁缸套的使用量还是最大的。但国内的工程车辆的工作环境条件恶劣，工地上多粉尘，发动机的工作转速变化幅度大，致使缸套的磨损严重，寿命较短。为解决上述问题，提高缸套的耐磨性，目前一般的方法是将铸造成型的缸套毛坯经过粗加工后进行采用高频、激光、盐浴等淬火处理方法提高缸套内表面的硬度，然后进行精加工，将缸套内表面经过珩磨、抛光等手段降低其表面粗糙度。或者通过镀铬等电镀方法提高表面硬度，还有一些技术（如申请号为200920299518.4、201120308085.1的中国专利文献）是通过在缸套内表面渗镀一层复合陶瓷薄膜，来达到提高了缸套的韧性、耐磨性、减磨性、抗氧化性和耐腐蚀性，延长了缸套的使用寿命的目的。

这些技术手段主要是从提高缸套内表面的硬度入手，通过提高硬度而提高耐磨性，但是硬度的提高是有限的，因此缸套的耐磨性和寿命的提高也不会特别巨大。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种缸套内孔的表面处理方法，使缸套内孔具有良好的耐磨性和减磨性，提高汽缸套的可靠性，能够在恶劣环境条件下，延长汽缸套的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种缸套，由含Cr、Mo、Cu、Ni的多元低合金铸铁材料制成，所述缸套的内表面由内侧的硬化层和表面的硫化层构成，硬化层的硬度为46～50HRC，硬化层的厚度为0.4～2.6ｍｍ，硫化层厚度为0.001～0.005mm，硫化层表面的摩擦系数小于等于0.05。

一种缸套内孔表面处理方法，包括对缸套内孔表面的淬火处理方法和对缸套内孔表面的精加工方法，在对缸套内孔表面进行淬火处理和精加工后，再进行硫化处理。

本发明的处理方法进一步改进在于：所述淬火处理是采用高频淬火工艺。

本发明的处理方法进一步改进在于：所述高频淬火工艺的处理频率为200～250KHz，使缸套硬化层的硬度为46～50HRC，硬化层的厚度为0.4～2.6ｍｍ。

本发明的处理方法进一步改进在于：所述硫化处理的硫化温度为180±10℃，保温时间为2小时，硫化层厚度为0.001～0.005mm。

本发明的处理方法进一步改进在于：所述缸套的材料为含Cr、Mo、Cu、Ni的多元低合金铸铁；材料的金相组织为在主要为珠光体的基体组织中均匀分布石墨，石墨的主体形状为A 型石墨，石墨的大小为3～7级，缸套材料的硬度为220～260HB，抗拉强度≥241Mpa。

本发明的处理方法进一步改进在于：所述A 型石墨的含量≥90%；基体组织中允许有磷共晶、少量碳化物及游离铁素体，其中游离铁素体数量小于等于金相显微镜视场面积的5%。

本发明的处理方法进一步改进在于：所述缸套的材料的化学成分及其重量百分含量为Ｃ 2.5~3.5％、Si 1.5～2.6%、Mn 0.4～1.0%、P≤0.1%、S≤0.1%、Cr≤0.3%且不为零、Ni≤0.9%且不为零、Cu≤1%且不为零、Mo≤0.2%且不为零、Sn 0.04～0.1%。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

采用本发明的方法生产的缸套内表面的外层是硫化层，具有减磨作用，内层是针状马氏体和A型石墨组成的耐磨层，具有较高的硬度，采用本发明生产的缸套可以缩短缸套磨合时间，延长缸套使用寿命，尤其适用于中、重型柴油发动机。

本发明通过对现有汽缸套内孔结构的改进，对内孔进行高频淬火硬化处理后，缸套内孔表面硬度达到46～50HRC，提高一倍以上，而淬火硬化层的厚度在0.4mm时，硬化层的抗磨抗压能力进一步增强，抗压延长缸套使用寿命3倍以上。精加工后再进行硫化处理，厚度只需在0.001～0.005mm之间，硫化处理后缸套内表面的摩擦系数可由未硫化处理前的0.15减小到硫化处理后的0.05，可以减少缸套表面的摩擦系数1/3以上。内层抗磨外层减磨的表面处理组织, 可以减少缸套在高温条件和润滑不足的情况下，缸套的抗擦伤性能。硫化层的主要成分是FeS, FeS是密排六方结构，近似与石墨组织，可以降低摩擦系数，并且有良好的迁移性，可以填平补齐缸套内孔摩擦表面，起固体润滑剂的作用，可进一步缩短缸套磨合时间。

并且通采用内孔高频淬火处理后再进行硫化减磨处理, 在缸套内孔形成一种抗磨和减磨相结合的复合处理层，缸套磨合时间达1/2以上，发动机的磨合期可以缩短1/2，延长缸套使用寿命3倍以上。

附图说明

图1是本发明的缸套毛坯材料的石墨形态金相照片（100倍）；

图2是是本发明的缸套毛坯材料的基体金相组织照片（500倍）；

图3是缸套表面淬火层的基体金相组织照片（500倍）；

图4是缸套硫化层的金相组织照片（500倍）；

图5是缸套硫化层能谱图。

具体实施方式

本发明的缸套由含Cr、Mo、Cu、Ni的多元低合金铸铁材料制成铸铁缸套，缸套的材料的化学成分及其重量百分含量为：Ｃ 2.5～3.5％、Si 1.5～2.6%、Mn 0.4～1.0%、P≤0.1%、S≤0.1%、Cr≤0.3%且不为零、Ni≤0.9%且不为零、Cu≤1%且不为零、Mo≤0.2%且不为零、Sn 0.04～0.1%。

所述缸套的内表面由内侧的硬化层和表面的硫化层构成，是将铸造的缸套毛坯经过机械加工后，对缸套内孔表面先进行高频淬火处理，在高频淬火之前，缸套材料的金相组织为在主要为珠光体的基体组织中均匀分布石墨，石墨的主体形状为A 型石墨，石墨的大小为3～7级，A 型石墨的含量≥90%；基体组织中除珠光体外，还允许有少量磷共晶、少量碳化物及游离铁素体，其中游离铁素体数量小于等于金相显微镜视场面积的5%，缸套的硬度应该在220～260HB之间；缸套的材料抗拉强度≥241Mpa。

高频淬火后在缸套内表面先形成一层硬化层，硬化层的硬度为46～50HRC，硬化层的厚度为0.4～2.6ｍｍ。然后在经过对缸套内孔表面进行精磨、珩磨、抛光后，再进行硫化处理，最终在缸套表面形成一层厚度为0.001～0.005mm的硫化层，硫化层表面的摩擦系数小于等于0.05。

加工本发明的缸套的方法，主要是将经过铸造成型的缸套毛坯经过机械加工后，对缸套内孔进行表面处理，所谓表面处理方法包括对缸套内孔表面的淬火处理方法和硫化处理方法；在对缸套内孔表面进行高频淬火处理后，对缸套内孔表面的精加工，精加工后，再进行硫化处理。

淬火处理是采用高频淬火，高频淬火工艺的处理频率为200～250KHz，淬火深度应大于0.4mm。淬火后进行回火，回火后的缸套内表面硬化层的硬度为46～50HRC，硬化层的厚度在0.4～2.6mm之间。

硫化处理的硫化温度为180±10℃，保温时间为2小时，硫化层厚度为0.001～0.005mm。

下面以一具体实施例来说明本发明的缸套加工过程的主要技术参数。

1、缸套毛坯材质要求：

1.1、化学成分为：C 3.0％、Si 2.0%、Mn 0.7%、P 0.08%、S 0.07%、Cr 0.3%、Ni 0.9%、Cu 1%、Mo 0.2%、Sn 0.07%。

1.2、缸套本体硬度为220～260HB，同一只缸套硬度差不大于30HB；抗拉强度≥ 241MPa。

1.3、金相要求：基体组织应为珠光体，允许有磷共晶、少量碳化物及游离铁素体，其中游离铁素体数量应小于等于显微镜视场面积的5%，磷共晶和碳化物也应小于等于视场面积的5%；石墨形状为A 型，A 型石墨含量为90%，另外还有10%的B型、D型、E型石墨。石墨的大小3～7级，且分布均匀。

2、缸套铸造过程中，采用中频炉熔化铁水，离心铸造生产汽缸套毛坯，粗加工后进行高频处理。

3、高频淬火处理：

3.1、高频处理设备：淬火机床为GCLS500数控淬火机床，加热电源为晶体管感应加热电源。

3.2、高频处理工艺：电源振荡频率采用200～250KHz；淬火机床转速50rpm～200rpm（根据汽缸套大小选择调整）；高频淬火后进行回火处理，回火温度为220-240℃，保温时间2小时。

3.3、高频处理后缸套硬化层硬度为HRC46-50；高频处理后硬化层金相组织细针状回火马氏体；高频处理后缸套的硬化层深度为0.6～2.6mm。

高频淬火前，缸套内孔单边预留珩磨余量0.15～0.20mm，高频淬火后缸套的变形缩量应控制在0.3mm以内。

4、高频处理后进行珩磨精加工，珩磨加工后的成品进行硫化处理；

5、缸套硫化处理：

5.1、硫化处理设备：辉光离子硫化炉；

5.2、硫化处理工艺：硫化温度180±10℃，时间2小时；

5.3、硫化处理层深度0.001～0.005mm。

本实施例的硫化层组分定量分析如下表。

本发明的缸套内孔表面处理方法还可以在上述实施例的基础上对具体工艺参数、化学成分含量、组织形态及含量、机械性能进行拓展，而达到本发明所要求保护的技术方案，实现本发明的目的。

Claims

1.一种缸套，由含Cr、Mo、Cu、Ni的多元低合金铸铁材料制成，其特征在于：所述缸套的内表面由内侧的硬化层和表面的硫化层构成，硬化层的硬度为46～50HRC，硬化层的厚度为0.4～2.6ｍｍ，硫化层厚度为0.001～0.005mm，硫化层表面的摩擦系数小于等于0.05。

2.一种缸套内孔表面处理方法，包括对缸套内孔表面的淬火处理方法和对缸套内孔表面的精加工方法，其特征在于：在对缸套内孔表面进行淬火处理和精加工后，再进行硫化处理。

3.根据权利要求2所述的缸套内孔表面处理方法，其特征在于：所述淬火处理是采用高频淬火工艺。

4.根据权利要求3所述的缸套内孔表面处理方法，其特征在于：所述高频淬火工艺的处理频率为200～250KHz，使缸套硬化层的硬度为46～50HRC，硬化层的厚度为0.4～2.6ｍｍ。

5.根据权利要求2所述的缸套内孔表面处理方法，其特征在于所述硫化处理的硫化温度为180±10℃，保温时间为2小时，硫化层厚度为0.001～0.005mm。

6.根据权利要求2～5任一项所述的缸套内孔表面处理方法，其特征在于所述缸套的材料为含Cr、Mo、Cu、Ni的多元低合金铸铁；材料的金相组织为在主要为珠光体的基体组织中均匀分布石墨，石墨的主体形状为A 型石墨，石墨的大小为3～7级；缸套材料的硬度为220～260HB，抗拉强度≥241Mpa。

7.根据权利要求6所述的缸套内孔表面处理方法，其特征在于所述A 型石墨的含量≥90%；基体组织中允许有磷共晶、少量碳化物及游离铁素体，其中游离铁素体数量小于等于金相显微镜视场面积的5%。

8.根据权利要求6所述的缸套内孔表面处理方法，其特征在于所述缸套的材料的化学成分及其重量百分含量为Ｃ 2.5～3.5％、Si 1.5～2.6%、Mn 0.4～1.0%、P≤0.1%、S≤0.1%、Cr≤0.3%且不为零、Ni≤0.9%且不为零、Cu≤1%且不为零、Mo≤0.2%且不为零、Sn 0.04～0.1%。