CN111041399A - 一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法 - Google Patents

一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于柴油机技术领域，具体的说是一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法。本发明将缸套工作表面进行分区域处理将根据活塞环的运行工况将缸套分为火力岸区域，混合润滑区域、液力润滑区域，在混合润滑区域采用高速火焰喷涂工艺(HVOF)进行喷钼处理利用钼基涂层中的孔隙提高该区域的润滑油储存量改善该区域的润滑降低缸套‑活塞环的磨损，增加发动机的使用寿命降低拉缸风险，使其适应高爆发压力的使用条件，解决了现有缸套无法适应高爆发压力下缸套磨损过大问题。

Description

一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法
技术领域
本发明属于柴油机技术领域，具体的说是一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法。
背景技术
随着商用车节能减排的要求，降低商用车发动机油耗已经成为法规要求，目前降低发动机油耗降低柴油发动机提高爆发压力增加燃烧速率是主要的技术措施之一，在高爆发的条件下(＞250bar)带来的高温导致缸套一环上死点以上区域油膜缺失特别是在混合摩擦条件下零部件磨损加剧。活塞环-缸套是发动机最主要的摩擦副部件，活塞环在发动机冲程范围内在缸套中做高速的往复运动，在上死点区域活塞环的运动速度为零，该区域在发动机爆发行程中受高温燃气辐射影响温度超过160C°，达到机油蒸发与结焦温度不易形成油膜，发动机缸套在此区域磨损最大，在欧六排放后高爆发压力下(＞250bar),由于机械负荷、热负荷的进一步的恶化，缸套一环上死点区域磨损进一步加剧，使缸套的寿命大大降低，进而造成拉缸烧机油的等可靠耐久问题。现有普通平台网纹缸套该区域没有任何特殊处理，网纹的储油品能力有限，在高温燃气炙烤的条件下润滑油蒸发，特别在采用低粘度油的条件下，这一区域润滑条件进一步恶化，活塞环磨损加剧，无法适应高爆发压力的要求。
发明内容
本发明提供了一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法，缸套工作表面进行分区域处理将根据活塞环的运行工况将缸套分为火力岸区域，混合润滑区域、液力润滑区域，在混合润滑区域采用高速火焰喷涂工艺(HVOF)进行喷钼处理利用钼基涂层中的孔隙提高该区域的润滑油储存量改善该区域的润滑降低缸套-活塞环的磨损，增加发动机的使用寿命降低拉缸风险，使其适高爆发压力的使用条件，解决了现有缸套无法适应高爆发压力的问题。
本发明技术方案说明如下：
一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法，该工艺方法包括以下步骤：
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
所述涂层为铁基高铬钼材料，其中，C含量为0.4-0.6％，Mn含量为0.4-0.8％，Mo含量为2-3％,Cr含量为10-16％，Al2O3陶瓷颗粒含量为25-35％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为1.5-2％，涂层硬度300-600HV0.1；
步骤一和步骤三中所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为2600-3000℃，喷射速率为1-9kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤二中所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为0.6-1.0mm，喷砂气压为0.4-0.5MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
本发明的有益效果为：
本发明对缸套工作表面进行分区域处理，简化了喷涂工艺避免了全区域内表面涂层均匀度控制困难的问题，同时由于只对磨损较大区域进行喷涂处理，降低了产品的废品率与喷涂成本，在成本较全涂层方案大幅降低的同时，缸套的使用寿命、磨损量均无明显降低。在珩磨方面由于喷涂区域有限，并且钼基涂层的机械加工性能优异，无需采用单独珩磨工艺，仍采用平台珩磨工艺方式同其他喷涂缸套比较加工成本也大幅度降低。
具体实施方式
死点区域即混合润滑区域因为活塞在上下死点时运动速度为零，在环和缸套表面不能形成油膜，上死点附近因受燃气冲刷油膜更薄工作环境更恶劣是缸套磨损的最大区域，下死点区域因温度降低，工作环境富油，缸套的磨损量不大，因此提高上死点区域的耐磨性是解决高爆压下缸套过度磨损的关键。
上下死点活塞速度为零或接近零的区域为混合润滑区域，其余为液力润滑区域。
实施例一
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
所述涂层为铁基高铬钼材料，其中，C含量0.4％，Mn％含量0.4％，Mo含量为2％，Cr含量为10％，Al2O325％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为1.5％，涂层硬度300HV0.1；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为2600℃，喷射速率为1kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为0.6mm，喷砂气压为0.4MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为2600℃，喷射速率为1kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
实施例二
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
所述涂层为铁基高铬钼材料，其中，C含量0.5％，Mn％含量0.5％，Mo含量为3％，Cr含量为12％，Al2O330％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为1.75％，涂层硬度500HV0.1；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为2800℃，喷射速率为1kg/h，粒子速度至少700m/s。；
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为1.0mm，喷砂气压为0.5MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为2800℃，喷射速率为9kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
实施例三
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
所述涂层为铁基高铬钼材料，其中，C含量0.6％，Mn％含量0.6％，Mo含量为2％，Cr含量为10％，Al2O325％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为2％，涂层硬度600HV0.1；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7.5kg/h，粒子速度至少700m/s。；
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为0.8mm，喷砂气压为0.45MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
实施例四
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
所述涂层为铁基高铬钼材料，其中，C含量0.4％，Mn％含量0.6％，Mo含量为3％，Cr含量为14％，Al2O330％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为1.75％，涂层硬度450HV0.1；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7.5kg/h，粒子速度至少700m/s。；
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为0.6mm，喷砂气压为0.5MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
实施例五
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
所述涂层为铁基高铬钼材料，其中，C含量0.5％，Mn％含量0.7％，Mo含量为3％，Cr含量为14％，Al2O335％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为1.75％，涂层硬度450HV0.1；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7.5kg/h，粒子速度至少700m/s。；
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为0.6mm，喷砂气压为0.5MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
实施例六
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
所述涂层为铁基高铬钼材料，其中，C含量0.5％，Mn％含量0.8％，Mo含量为2％，Cr含量为16％，Al2O330％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为2％，涂层硬度600HV0.1；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7.5kg/h，粒子速度至少700m/s。；
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为0.6mm，喷砂气压为0.5MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为3000℃，喷射速率为7kg/h，粒子速度至少700m/s。
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
涂层处理的技术指标如下：
成品涂层厚度：0.15±0.05mm(磁性测厚仪或金相法检测)
涂层结合强度：≥30MPa(拉伸试验法测试)
涂层维氏硬度：HV0.3≥300(维氏硬度计检测)
涂层截面孔隙率：≤5％(金相法检测)。

Claims (4)

1.一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套的工艺方法，其特征在于，该工艺方法包括以下步骤：
步骤一、在缸套活塞环运动上死点区域，进行高速火焰喷涂涂层处理，涂层区域距缸套顶面为10-15毫米，涂层区域高度为20毫米；在缸套活塞环上死点区域缸套磨损最大处进行喷涂减摩涂层；
步骤二、对步骤一中的喷涂区域的所有表面进行喷砂粗化处理；
步骤三、对步骤二中经过处理的喷涂区域再进行高速火焰喷涂处理，形成涂层并填满；
步骤四、喷涂后缸套经过自然冷却后进行精镗处理，后进行珩磨网纹加工。
2.根据权利要求1所述的一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套工艺，其特征在于，所述涂层为铁基高铬钼材料，其中Mo含量为2-3％,Cr含量为10-16％，Al2O3陶瓷颗粒含量为25-35％，其余为铁粉；所述涂层空隙率为1.5-2％，涂层硬度300-600HV0.1。
3.根据权利要求1所述的一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套工艺，其特征在于，步骤一和步骤三中所述高速火焰喷涂采用HVOF高速火焰喷涂，气体温度为2600-3000℃，喷射速率为1-9kg/h，粒子速度至少700m/s。
4.根据权利要求1所述的一种适应高爆压下高耐磨性车用柴油机气缸套工艺，其特征在于，步骤二中所述喷砂粗化处理使用激冷钢砂，所述激冷钢砂尺寸为0.6-1.0mm，喷砂气压为0.4-0.5MPa，喷砂后表面粗糙度大于Rz60，清洁度Sa3。
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