CN108754294A - 一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺，包括气缸套本体及喷涂于气缸套本体外壁上的锌铝合金涂层，锌铝合金涂层厚为0.3‑1mm，锌铝合金中锌含量60‑70wt%，铝含量30‑40wt%；以重量百比分计，气缸套本体化学组成为：碳2.2%～2.5%，硅3.1%～3.5%，锰1.2%～1.5%，铬1.2%～1.8%,钼0.5%～0.8%，镍1.2%～1.5%，铜1.2%～1.5%，钨1.5%～1.8%，铌1.2%～1.5%，钒0.8%～1.0%，余量为铁，涉及发动机配件生产技术领域。该耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺，用此配方和方法制作的气缸套，耐磨、耐高温、耐腐蚀，适合现在的大马力发动机，比现有的其他气缸套能更好的适用恶劣的工作环境，产品稳定性大幅提高，降低发动机大修频率，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及发动机配件生产技术领域，具体为一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺。
背景技术
气缸套是发动机的易损件之一，其与活塞、活塞环、活塞销共同组成气缸四组件，气缸套作用是将气缸中燃料燃烧产生的压力通过曲柄连杆机构转化成机械能做功，其质量的好坏直接影响发动机的动力性、经济性和使用寿命，然而，发动机实际使用过程中，常产生严重的振动和噪音，发动机振动一定程度地引起湿式气缸套早磨、穴蚀、崩缸失效报废，再者湿式气缸套内壁受高温高压燃气作用，外壁受冷却水激冷作用也常导致其外壁化学腐蚀、电化学腐蚀及表面高温水泡的多次冲击穴蚀、崩缸失效报废。
如何能有效地降低发动机气缸套磨损和振动，减轻气缸套外壁腐蚀、穴蚀，即耐磨损的发动机合金气缸套一直是各缸套生产企业研究的方向，因此，研究耐磨损的发动机合金气缸套，具有深远的意义。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺，解决了现有发动机气缸套磨损和振动，气缸套外壁腐蚀、穴蚀的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺，所述耐磨损的发动机合金气缸套包括气缸套本体及喷涂于气缸套本体外壁上的锌铝合金涂层，锌铝合金涂层厚为0.3-1mm，锌铝合金中锌含量60-70wt%，铝含量30-40wt%；以重量百比分计，气缸套本体化学组成为：碳2.2%～2.5%，硅3.1%～3.5%，锰1.2%～1.5%，铬1.2%～1.8%,钼0.5%～0.8%，镍1.2%～1.5%，铜1.2%～1.5%，钨1.5%～1.8%，铌1.2%～1.5%，钒0.8%～1.0%，余量为铁。
本发明还公开了一种耐磨损的发动机合金气缸套生产工艺，具体包括如下步骤：
步骤一：准确称取各原料，采用水冷金属型离心铸造法生产气缸套毛坯，熔炼时，在一号炉中加入生铁，加热至800度，依次按比例加入硅铁，锰铁，铬铁，钼铁，镍铁，紫铜，增碳剂，然后将炉温升至1350-1400度，碳棒搅拌，打脏。在二号炉中（高频炉）加入钨铁，加热到3500度，持续半小时后使用。在三号炉中加入铌铁和钒铁，加热到2600度，持续半小时后使用。四号炉空炉加热至800度，按比例加入一号炉液体，将温度升至1600度左右，按比例同时加入二、三号炉液体，碳棒快速搅拌，然后进行毛坯的离心铸造；
步骤二：毛坯加工成半成品后，在硝酸酒精溶液中进行超声波处理，超声波处理结束后清洗吹干，进行200℃～220℃3小时去氢热处理；
步骤三：气缸套半成品预热至50℃～60℃后外表面喷涂锌铝合金层；
步骤四：进行内孔高频淬火处理，高频淬火后进行180℃～200℃3小时低温回火处理；精加工内孔后珩磨网纹即得所述耐磨损的发动机合金气缸套。
优选的，步骤二中在硝酸酒精溶液中进行超声处理是指在8-10v%的硝酸酒精溶液中进行超声波处理，超声波频率为30kHz，处理时间1小时以上。
（三）有益效果
本发明提供了一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺。具备以下有益效果：
（1）、该耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺，与现有一般灰铸铁及球墨铸铁气缸套相比，通过用此配方和方法制作的气缸套，耐磨、耐高温、耐腐蚀，适合现在的大马力发动机，比现有的其他气缸套能更好的适用恶劣的工作环境，产品稳定性大幅提高，降低发动机大修频率，提高使用寿命。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种技术方案：
实施例1
一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺，包括气缸套本体及喷涂于气缸套本体外壁上的锌铝合金涂层，锌铝合金涂层厚为0.3-1mm，锌铝合金中锌含量70wt%，铝含量30wt%；以重量百比分计，气缸套本体化学组成为：碳2.3%，硅3.2%，锰1.3%，铬1.4%,钼0.6%，镍1.3%，铜1.4%，钨1.6%，铌1.3%，钒0.9%，余量为铁。
上述耐磨损的发动机合金气缸套生产工艺：
步骤一、准确称取各原料，采用水冷金属型离心铸造法生产气缸套毛坯，熔炼时，在一号炉中加入生铁，加热至800度，依次按比例加入硅铁，锰铁，铬铁，钼铁，镍铁，紫铜，增碳剂，然后将炉温升至1350-1400度，碳棒搅拌，打脏。在二号炉中（高频炉）加入钨铁，加热到3500度，持续半小时后使用。在三号炉中加入铌铁和钒铁，加热到2600度，持续半小时后使用。四号炉空炉加热至800度，按比例加入一号炉液体，将温度升至1600度左右，按比例同时加入二、三号炉液体，碳棒快速搅拌，然后进行毛坯的离心铸造，浇铸温度1450℃-1490℃，转速1600-1800转/分。
步骤二、气缸套毛坯机加工成半成品后，气缸套半成品在8-10v%的硝酸酒精溶液（其中硝酸的浓度为65wt%，酒精为无水乙醇，纯度＞99%）中进行超声波处理，所使用超声波频率30KHz，处理时间1小时，使缸套外表面裸露石墨全部脱落形成无石墨分布的金属表层，处理后的缸套立即使用酒精进行清洗并采用常温吹风至酒精完全挥发，处理后进行200℃3小时去氢热处理。
步骤三：所述的气缸套半成品预热至50℃后外壁表面进行表面热喷涂锌铝高阻尼合金涂层，喷涂层厚0.3-1mm，结合强度大于60MPa ，锌铝合金中，锌含量70%，铝含量30%。
步骤四：所述的气缸套半成品内孔采用EFD高频淬火机床进行高频淬火处理，功率48KHz，高频淬火机床的感应圈移动速度400mm/s，气缸套自转速度200 mm/s；高频淬火后进行180℃3小时低温回火处理；精加工内孔后珩磨网纹即得所述高阻尼高性能合金气缸套成品。成品缸套磨损面硬度50HRC，气缸套成品内壁磨损面淬火层厚度0.2-0.5mm，基体组织为马氏体+铜锰复合析出物颗粒Mn2Cu+富铜残余奥氏体，缸套整体抗拉强度＞600MPa，延伸率＞3%。
实施例2
一种耐磨损的发动机合金气缸套及其工艺，包括气缸套本体及喷涂于气缸套本体外壁上的锌铝合金涂层，锌铝合金涂层厚为0.3-1mm，锌铝合金中锌含量60wt%，铝含量40wt%；以重量百比分计，气缸套本体化学组成为：碳2.4%，硅3.2%，锰1.4%，铬1.5%,钼0.7%，镍1.4%，铜1.5%，钨1.7%，铌1.4%，钒1%，余量为铁。
上述耐磨损的发动机合金气缸套生产工艺：
步骤一、准确称取各原料，采用水冷金属型离心铸造法生产气缸套毛坯，熔炼时，在一号炉中加入生铁，加热至800度，依次按比例加入硅铁，锰铁，铬铁，钼铁，镍铁，紫铜，增碳剂，然后将炉温升至1350-1400度，碳棒搅拌，打脏。在二号炉中（高频炉）加入钨铁，加热到3500度，持续半小时后使用。在三号炉中加入铌铁和钒铁，加热到2600度，持续半小时后使用。四号炉空炉加热至800度，按比例加入一号炉液体，将温度升至1600度左右，按比例同时加入二、三号炉液体，碳棒快速搅拌，然后进行毛坯的离心铸造，浇铸温度1450℃-1490℃，转速1600-1800转/分。
步骤二、气缸套毛坯机加工成半成品后，气缸套半成品在8-10v%的硝酸酒精溶液（其中硝酸的浓度为65wt%，酒精为无水乙醇，纯度＞99%）中进行超声波处理，所使用超声波频率30KHz，处理时间1小时，使缸套外表面裸露石墨全部脱落形成无石墨分布的金属表层，处理后的缸套立即使用酒精进行清洗并采用常温吹风至酒精完全挥发，处理后进行200℃3小时去氢处理。
步骤三：所述的气缸套半成品预热至50℃后外壁表面进行热喷涂锌铝合金，喷涂层厚0.3-1mm，结合强度大于60MPa，锌铝合金中，锌含量60%，铝含量40%。
步骤四：所述的气缸套半成品内孔采用EFD高频淬火机床进行高频淬火处理，功率48KHz，高频淬火机床的感应圈移动速度500mm/s，气缸套自转速度100 mm/s，高频淬火后进行180℃3小时低温回火处理；精加工内孔后珩磨网纹即得所述高阻尼高性能合金气缸套，该气缸套成品磨损面硬度41HRC；气缸套成品内壁磨损面淬火层厚度0.41mm，基体组织为马氏体+铜锰复合析出物颗粒Mn2Cu+富铜残余奥氏体，整体抗拉强度＞600MPa，延伸率＞3%。
经过与现有的球墨铸铁气缸套实验室检测对比得：
这种耐磨损的发动机合金气缸套硬度最高提升25%，抗拉强度最高提升14.92%，通过用此配方和方法制作的气缸套，耐磨、耐高温、耐腐蚀，适合现在的大马力发动机，比现有的其他气缸套能更好的适用恶劣的工作环境，产品稳定性大幅提高，降低发动机大修频率，提高使用寿命。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种耐磨损的发动机合金气缸套，其特征在于：所述耐磨损的发动机合金气缸套包括气缸套本体及喷涂于气缸套本体外壁上的锌铝合金涂层，锌铝合金涂层厚为0.3-1mm，锌铝合金中锌含量60-70wt%，铝含量30-40wt%；以重量百比分计，气缸套本体化学组成为：碳2.2%～2.5%，硅3.1%～3.5%，锰1.2%～1.5%，铬1.2%～1.8%,钼0.5%～0.8%，镍1.2%～1.5%，铜1.2%～1.5%，钨1.5%～1.8%，铌1.2%～1.5%，钒0.8%～1.0%，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨损的发动机合金气缸套生产工艺，其特征在于：所述具体包括如下步骤：
步骤一：准确称取各原料，采用水冷金属型离心铸造法生产气缸套毛坯，熔炼时，在一号炉中加入生铁，加热至800度，依次按比例加入硅铁，锰铁，铬铁，钼铁，镍铁，紫铜，增碳剂，然后将炉温升至1350-1400度，碳棒搅拌，打脏。
3.在二号炉中（高频炉）加入钨铁，加热到3500度，持续半小时后使用。
4.在三号炉中加入铌铁和钒铁，加热到2600度，持续半小时后使用。
5.四号炉空炉加热至800度，按比例加入一号炉液体，将温度升至1600度左右，按比例同时加入二、三号炉液体，碳棒快速搅拌，然后进行毛坯的离心铸造；
步骤二：毛坯加工成半成品后，在硝酸酒精溶液中进行超声波处理，超声波处理结束后清洗吹干，进行200℃～220℃3小时去氢热处理；
步骤三：气缸套半成品预热至50℃～60℃后外表面喷涂锌铝合金层；
步骤四：进行内孔高频淬火处理，高频淬火后进行180℃～200℃3小时低温回火处理；精加工内孔后珩磨网纹即得所述耐磨损的发动机合金气缸套。
6.根据权利要求2所述的一种耐磨损的发动机合金气缸套生产工艺，其特征在于：步骤二中在硝酸酒精溶液中进行超声处理是指在8-10v%的硝酸酒精溶液中进行超声波处理，超声波频率为30kHz，处理时间1小时以上。
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