CN116590500A - 一种气缸盖座孔强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气缸盖座孔强化方法，包括：利用高频淬火设备对气缸盖座孔进行高频淬火；将所述淬火后的气缸盖进行回火；对所述回火后的气缸盖座孔进行氧氮化处理，以使处理后淬火区表层形成了深度为100‑150μm的复合强化层。本发明所述的一种气缸盖座孔强化方法，有效解决了缸盖座孔易磨损的问题，保证并提高了气缸盖的耐磨性，提高了产品质量，提高了该产品的可靠性。同时解决了一类结构紧凑类零件无法用镶嵌提高强度的难题，加工效率较高，取得了较好的效果。
Description
技术领域
本发明属于发动机加工技术领域，尤其是涉及一种气缸盖座孔强化方法。
背景技术
发动机存在需要尽量实现轻量化设计，但是动力系统具有大功率、高爆发压力等典型特点，为满足上述指标要求，对气缸盖座孔材料选取、热处理整体强度、强度一致、表面硬化层深度/硬度、硬层耐磨性等提出了很高的标准。气缸盖因设计结构紧凑，气门座圈与缸盖一体成型不再采用镶嵌工艺，而是采用气缸盖气门座孔局部硬化取代镶嵌座圈的方式。现有轻量化新型铸铁气缸盖气门座孔热处理制造基础技术的薄弱，限制了发动机整体性能的提升，与类似零件热处理先进制造技术存在较大差距。现有气缸盖座孔强化常使用气门座孔感应淬火处理工艺，但淬火后的座孔在与气门磨合时易磨损，不能满足发动机设计要求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种气缸盖座孔强化方法，以解决现有轻量化新型铸铁气缸盖气门座孔热处理效果不佳，影响气缸盖使用寿命的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种气缸盖座孔强化方法，包括：
利用高频淬火设备对气缸盖座孔进行高频淬火；
将所述淬火后的气缸盖进行回火；
对所述回火后的气缸盖座孔进行氧氮化处理，以使处理后淬火区表层形成了深度为100-150μm的复合强化层；其中，所述复合强化层包括氧氮化高硬化合物层和高频率火强化层，所述氧氮化高硬化合物层厚度需达到17-18μm，表层硬度需达到650HV0.025-700HV0.025。
进一步的，所述利用高频淬火设备对气缸盖座孔进行高频淬火，包括：
利用高频淬火设备对气缸盖进行预热2s；
预热完成后先静置气缸盖2s；
利用高频淬火设备对气缸盖进行加热，以实现对气缸盖座孔的高频淬火。
进一步的，所述将所述淬火后的气缸盖进行回火，包括：
对气缸盖进行回火，回火温度为400℃，处理时间为2h。
进一步的，所述对所述回火后的气缸盖座孔进行氧氮化处理，以使处理后淬火区表层形成了深度为100-150μm的复合强化层，包括：
对气缸盖座孔进行氧氮化处理，温度为540℃，处理时间为4h，介质浓度为35％-38％。
相对于现有技术，本发明所述的一种气缸盖座孔强化方法具有以下优势：
本发明所述的一种气缸盖座孔强化方法，有效解决了缸盖座孔易磨损的问题，保证并提高了气缸盖的耐磨性，提高了产品质量，提高了该产品的可靠性。同时解决了一类结构紧凑类零件无法用镶嵌提高强度的难题，加工效率较高，取得了较好的效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种气缸盖座孔强化方法流程图；
图2为本发明实施例所述的一种气缸盖座孔强化方法处理后气缸盖截面金相的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例所述的一种气缸盖座孔强化方法流程图，参见图1，这种方法，具体包括如下步骤：
步骤101、利用高频淬火设备对气缸盖座孔进行高频淬火。
具体的，上述利用高频淬火设备对气缸盖座孔进行高频淬火，具体包括如下步骤：
步骤1011、利用高频淬火设备对气缸盖进行预热2s。
步骤1012、预热完成后先静置气缸盖2s。
步骤1013、利用高频淬火设备对气缸盖进行加热，以实现对气缸盖座孔的高频淬火。
在实际应用过程中，需首先将气缸盖气门座圈孔进行高频淬火，高频淬火设备可以采用现有的数控高频淬火机床，数控高频淬火机床的淬火过程自动控制，可调整参数有：输出功率、预热时间、停顿时间、加热时间、感应器升起间隙等。本领域技术人员在实际使用过程中，可根据实际加工需要，通过设定参数中预热时间、停顿时间、以及感应器升起间隙为固定值，仅通过调整输出功率和加热时间来调整零件的淬硬层深度及硬度。
示例性的，例如使用的高频淬火设备最高功率是一百千瓦，则当高频淬火设备的输出功率设定为17％时，设定预热时间为2s，停顿时间为2s，加热时间为6s，感应器升起间隙为2mm。本领域技术人员也可以根据实际需要调整高频淬火设备的输出功率和加热时间，以实现对气缸盖座孔的高频淬火，使得气缸盖座孔处形成一定厚度的高频率火强化层，以便于后续的进一步强化处理。
步骤102、将所述淬火后的气缸盖进行回火。
具体的，上述将淬火后的气缸盖进行回火，包括：
对气缸盖进行回火，回火温度为400℃，处理时间为2h。
步骤103、对所述回火后的气缸盖座孔进行氧氮化处理，以使处理后淬火区表层形成了深度为100-150μm的复合强化层；其中，所述复合强化层包括氧氮化高硬化合物层和高频率火强化层，所述氧氮化高硬化合物层厚度需达到17-18μm，表层硬度需达到650HV0.025-700HV0.025。
示例性的，氧氮化高硬化合物层厚度需达到17.5μm，则复合强化层厚度为82.5-132.5μm。
通过研究氧氮化处理的温度、时间和介质浓度，与高频感应淬火强化区形成最佳匹配，获得高强韧和良好高温稳定性的高硬度Fe-N化合物层和高强韧扩散层，达到复合强化层表面粗糙度≤Ra0.8μm、表面硬度550HV-700HV、整体强化处理后缸盖基体性能不下降等指标，从而达到座圈耐磨的目的。而氧氮化处理可以进一步提高高频率火强化层的硬度，表层硬度达到650HV0.025-700HV0.025，有利于提高气门座的使用寿命。
具体的，上述对回火后的气缸盖座孔进行氧氮化处理，以使处理后淬火区表层形成了深度为100-150μm的复合强化层，包括：对气缸盖座孔进行氧氮化处理，温度为540℃，处理时间为4h，介质浓度为35％-38％。
在实际应用过程中，由于氧氮化处理温度为540℃-580℃，低于铸铁材料的相变温度，处理过程中不发生组织转变，因此不产生组织应力。此外，氧氮化处理包括350℃的氧化工序，减缓了高温工件的冷却速率，降低了热应力的产生。因此，氧氮化处理是一种微变形强化技术，对基体材料的抗拉强度、屈服强度、断裂延伸率等性能影响较小。本实施例选择的温度为540℃，处理时间为4h，介质浓度为35％-38％，可以有效形成氧氮化高硬化合物层。示例性的，介质可以采用现有的甲酰胺或尿素的水溶液，介质浓度即为相应甲酰胺或尿素在水溶液中的浓度。
此外，由于氧氮化后表面可能会存在0.01-0.02mm的镀层，已加工的气门导管孔、定位销孔、配合面等的位置坐标、直径、厚度发生变化，尺寸超差。针对这种情况需对原数控加工工艺流程进行评估、合理调整加工工序；同时对已加工的部位进行物理防护如石墨填充物等进行保护，保证成品缸盖的加工精度。本领域技术人员可以根据实际需要自行选择调整，在这里不再赘述。
氧氮化处理后，缸盖座孔情况分析：
气缸盖氧氮化按照设定的工艺参数对缸盖进行整体氧氮化处理，完成对缸盖样件的解剖试样硬度、金相组织分析、处理后已加工孔的直径变化情况等。结果如下：
表面硬度测试结果如表1所示。由表1可得，氧氮化后，主要磨损部位座圈锥面的表面硬度由500-550HV0.2提升至637-771HV0.2，有一定的提升；火力面等未高频淬火部位，由240-260HV0.2提升至625-676HV0.2，表面硬度提升明显。
表1表面硬度测试结果(HV0.2)
| 高频淬火部位(座圈锥面) | 未高频淬火部位(火力面) | |
| 氧氮化前 | 500-550 | 240-260 |
| 氧氮化后 | 637-771 | 625-676 |
截面金相如图2所示，金相组织致密、无异常。图2(a)为氧氮化后火力面(即气缸盖本体)的截面金相，可见金相组织为珠光体+铁素体，氧氮化后形成的化合物层均匀、完整，金相组织无法观察出明显的扩散层。图2(b)为高频淬火+氧氮化后座圈锥面的截面金相，可见金相组织仍为高频感应淬火后形成的马氏体组织，氧氮化后形成的化合物层均匀、完整，而扩散层不明显。
气缸盖整体氧氮化后组织无异常，表面和截面硬度均得到了不同程度的提升。且表面生成硬度高、耐磨性好、具有红硬性的化合物层，有助于提升缸盖锥面座圈的高温耐磨性能。经过部件试验后，发现磨损件为气门(如下表2所示)，座孔基本不磨损，达到了座孔耐磨性指标。
表2座孔与气门配合磨合情况
缸盖氧氮化处理后导管、定位销孔、缸盖厚度等的变化情况如下表3，按先加工工序顺序基本不影响缸盖的装配使用，部分销孔可在数控加工时适当加大尺寸0.005，保证缸盖最终尺寸要求，示例性的，如下表3所示。
表3
由上表3可见，对气缸盖座孔进行高频淬火、回火后，进行整体氧氮化处理，无论座孔或缸盖本体性能均可满足本型号发动机要求。
本实施例所述的一种气缸盖座孔强化方法，有效解决了缸盖座孔易磨损的问题，保证并提高了气缸盖的耐磨性，提高了产品质量，提高了该产品的可靠性。同时解决了一类结构紧凑类零件无法用镶嵌提高强度的难题，加工效率较高，取得了较好的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种气缸盖座孔强化方法，其特征在于，包括：
利用高频淬火设备对气缸盖座孔进行高频淬火；
将所述淬火后的气缸盖进行回火；
对所述回火后的气缸盖座孔进行氧氮化处理，以使处理后淬火区表层形成了深度为100-150μm的复合强化层；其中，所述复合强化层包括氧氮化高硬化合物层和高频率火强化层，所述氧氮化高硬化合物层厚度需达到17-18μm，表层硬度需达到650HV0.025-700HV0.025。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用高频淬火设备对气缸盖座孔进行高频淬火，包括：
利用高频淬火设备对气缸盖进行预热2s；
预热完成后静置气缸盖2s；
利用高频淬火设备对气缸盖进行加热，以实现对气缸盖座孔的高频淬火。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述淬火后的气缸盖进行回火，包括：
对气缸盖进行回火，回火温度为400℃，处理时间为2h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述回火后的气缸盖座孔进行氧氮化处理，以使处理后淬火区表层形成了深度为100-150μm的复合强化层，包括：
对气缸盖座孔进行氧氮化处理，温度为540℃，处理时间为4h，介质浓度为35％-38％。
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