CN113699359B - 一种汽车发动机活塞环的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车发动机活塞环的热处理方法，其包含加热阶段、淬火阶段及回火阶段三阶段的处理，通过对加热阶段、淬火阶段及回火阶段温度的控制，有效解决了同批次硬度落差大，金相组织容易出现过量铁素体的技术问题，经本发明热处理后的活塞环硬度为31‑35HRC，同一批活塞环硬度落差≤4HRC，同一活塞环的硬度差≤4HRC，金相组织为回火索氏体，铁素体小于5％，碳化物小于5％。

Description

一种汽车发动机活塞环的热处理方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种汽车发动机活塞环的热处理方法。
背景技术
活塞环是汽车动机的重要零件，在整个汽车制造中活塞环占基础地位，同时也是汽车产品后续服务的重要环节。它的主要功能是气密作用，并控制气缸壁油量，将活塞所受热量传递给气缸壁，其作用的优良与否对发动机功率，油耗及缸体寿命直接影响。随着发动机向高速和强化方向发展，活塞环的工作条件越来越苛刻，对性能也提出更高要求。作为活塞环材料，必须具备耐磨性、贮油性、热稳定性与抗疲劳强度。球墨铸铁是当前国内外汽车发动机活塞环的首选材料。选用优质球墨铸铁和采用先进热处理工艺是保证活塞环内在质量的关键。
日本理研活塞环公司(RIK EN)的球墨铸铁标准代表着活塞环的最高水平。RIK EN球墨铸铁活塞环，材质RIK20的化学成分为C 3.5-4.2％，Si 2.2-3.4％，Mn 0.2-0.8％，P≤0.2％，S≤0.05％。对RIK20活塞环进行热处理，技术要求为淬火后硬度﹥50HRC，回火后硬度30-37HRC，硬度落差(同批次)≤4HRC，金相组织为回火索氏体。
目前在材质RIK20活塞环热处理实际生产过程中遇到的技术难题是同批次硬度落差大，金相组织容易出现过量铁素体(超过5％)。
发明内容
本发明的目的在于提出一种汽车发动机活塞环的热处理方法，其可以解决背景技术中的技术难题。
为此，本发明采用以下技术方案，
一种汽车发动机活塞环的热处理方法，其包括以下步骤：
S1、加热阶段：将材质为RIK20的活塞环送入加热炉，依次进入I区-V区，控制各区的加热温度为：I区880±5℃，II区-IV区905±5℃，V区880±5℃；
S2、淬火阶段：经步骤S1加热后的活塞环进入油槽实施淬火，淬火油的油温为60-80℃，搅拌热循环淬火油；
S3、回火阶段：经步骤S2淬火之后活塞环进入回火炉，回火温度为545℃。
进一步地，步骤S1中，活塞环送入加热炉的加热时间为71min。
进一步地，步骤S1中，所述加热炉为保护气氛网带炉。
进一步地，步骤S2中，所述淬火油为超速光亮淬火油。
进一步地，步骤S2中，所述淬火油的油温为70℃。
进一步地，步骤S2中，对淬火油进行搅拌的搅拌速度为44HZ。
进一步地，步骤S2中，实施淬火的时间为7min。
进一步地，步骤S3中，回火时间为120min。
进一步地，经加热阶段、淬火阶段及回火阶段处理之后，所述活塞环的金相组织为回火索氏体，其中铁素体含量小于5％，碳化物小于5％。
本发明还提供了一种由上述的热处理方法处理得到的汽车发动机活塞环。
本技术方案与背景技术相比，至少具有如下优点：
1、本发明提供的加热炉淬火回火复合热处理工艺通过对加热阶段、淬火阶段及回火阶段温度的控制，能有效解决同批次硬度落差大，金相组织容易出现过量铁素体技术问题，热处理后的活塞环硬度为31-35HRC，同一批活塞环硬度落差≤4HRC，同一活塞环的硬度差≤4HRC，金相组织为回火索氏体，铁素体小于5％，碳化物小于5％；
2、本发明加热阶段活塞环在加热炉中各区的加热温度控制为I区880±5℃，II区-IV区905±5℃，V区880±5℃；既降低了生产成本，缩短了保温时间，又能保证球墨铸铁基体组织完全奥氏体化；
3、本发明通过控制淬火油油温为60-80℃，淬火冷却速度/淬火时间及高速搅拌，保证了淬火的均匀性，与加热阶段温度、回火阶段温度控制协同作用避免了热处理实际生产中同批次硬度差大的问题。
附图说明
图1为本发明提供的活塞环经淬火回火后的金相组织图(400X)。
具体实施方式
现有技术中存在材质RIK20活塞环热处理实际生产过程中同批次硬度落差大，金相组织容易出现过量铁素体(超过5％)的技术问题。
为此，本发明提供一种新的汽车发动机活塞环的热处理方法，以解决上述技术问题。
为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施方式的限制。
本发明提供了一种汽车发动机活塞环的热处理方法，能达到RIK20球墨铸铁活塞环热处理技术要求，能有效解决硬度落差及金相组织的技术问题，获得高质量的工艺产品。
该热处理方法包括以下步骤：
S1、加热阶级
将材质为RIK20的球墨铸铁活塞环送入网带炉生产线的加热炉，依次进入I区-V区，控制各区的加热温度为：I区880±5℃，II区-IV区905±5℃，V区880±5℃，活塞环送入加热炉的加热时间具体为71min。
球墨铸铁活塞环加热是为了得到奥氏体，需加热到临界转变温度AC1以上30-50℃。加热阶段选择的加热温度取决于球墨铸铁的化学成分及和原始组织，由于硅含量不同，AC1点也不同，本发明针对的RIK20的球墨铸铁活塞环硅含量为2.2-3.4％，加热温度可选取850-900℃。
本发明采用的保护气氛网带炉生产线(生产厂家：苏州工业园区姑苏科技有限公司，型号CST-860)，活塞环依次进入网带炉的I区-V区，进入I区时活塞环还是常温态，选用880℃加热；尔后在II区-IV区采用905℃加热，V区采用880℃加热，880℃为淬火温度，选择此加热淬火温度，是为了防止金相组织出现过量铁素体。
在进行热处理工艺设计时既要保证球墨铸铁基体组织完全奥氏体化，又要从经济角度考虑，降低生产成本，缩短保温时间。为此，通过多次试验选定了较高的加热淬火温度，较短的保温时间。
S2、淬火阶段
经步骤S1加热后的活塞环进入油槽实施淬火，具体选用的淬火油为超速光亮淬火油(出光淬火油厂生产，型号US)，淬火油温为60-80℃，搅拌热循环淬火油，搅拌速度为44HZ。
淬火温度为880℃，由于球墨铸铁淬透性较低，要选择冷却速度合适的淬火油，以使工件淬透，保证工件的金相组织，硬度均匀，变形小，本案选定淬火使用油温为60-80℃，进一步优选为70℃，高速搅拌，淬火时间为7min。
S3、回火阶段
活塞环经步骤S2淬火之后进入回火炉，控制回火温度为545℃，回火时间为120min。该回火温度是根据回火后硬度要求30-37HRC，通过多次试验选定而得。
采用本发明提供热处理工艺对汽车发动机球墨铸铁活塞环进行热处理之后，硬度为31-35HRC，同一批硬度落差≤4HRC，同一活塞环的硬度差≤4HRC，金相组织为回火索氏体(参照图1可知，本发明处理后的金相组织完全为索氏体)，铁素体小于5％，碳化物小于5％。
本发明解决了背景技术中关于球墨铸铁活塞环在热处理实际生产中同批次硬度差大，金相组织出现过量铁素体的问题：防止同批次的硬度差大问题，一通过保证加热均匀性，在优选加热淬火温度及保温时间前提下，使球墨铸铁完全奥氏体化；二通过保证淬火均匀性，控制淬火油温，淬火冷却速度及高速搅拌；三通过将加热淬火温度精度控制在±5℃，即905±5℃，880±5℃，三者配合协同解决；防止金相组织出现过量铁素体问题，一方面通过提高加热淬火温度，另一方面通过采取淬火均匀性措施。
球墨铸铁活塞环经本发明调质处理，可获得高韧性和高强度相结合的良好的综合机械性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车发动机活塞环的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、加热阶段：将材质为RIK20的活塞环送入加热炉，依次进入I区-V区，各区的加热温度控制为：I区880±5℃，II区-IV区905±5℃，V区880±5℃，所述加热炉为保护气氛网带炉，材质RIK20的化学成分为C 3.5-4.2％，Si2.2-3.4％，Mn 0.2-0.8％，P≤0.2％，S≤0.05％；
S2、淬火阶段：经步骤S1加热后的活塞环进入油槽实施淬火，淬火油的油温为60-80℃，搅拌热循环淬火油；
S3、回火阶段：经步骤S2淬火之后活塞环进入回火炉，回火温度为545℃；
经热处理后的活塞环硬度为31-35HRC，同一批活塞环硬度落差≤4HRC，金相组织为回火索氏体，铁素体小于5％，碳化物小于5％。
2.根据权利要求1所述的汽车发动机活塞环的热处理方法，其特征在于：步骤S1中，活塞环送入加热炉的加热时间为71min。
3.根据权利要求1所述的汽车发动机活塞环的热处理方法，其特征在于：步骤S2中，淬火油为超速光亮淬火油。
4.根据权利要求1所述的汽车发动机活塞环的热处理方法，其特征在于：步骤S2中，淬火油的油温为70℃。
5.根据权利要求1所述的汽车发动机活塞环的热处理方法，其特征在于：步骤S2中，对淬火油进行搅拌的搅拌速度为44HZ。
6.根据权利要求1所述的汽车发动机活塞环的热处理方法，其特征在于：步骤S2中，实施淬火的时间为7min。
7.根据权利要求1所述的汽车发动机活塞环的热处理方法，其特征在于：步骤S3中，回火时间为120min。
8.一种由权利要求1-7中任一项所述的热处理方法处理得到的汽车发动机活塞环。
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