CN1570179A

CN1570179A - 环保型es合金铸铁气缸套

Info

Publication number: CN1570179A
Application number: CN 03132031
Authority: CN
Inventors: 郑永芹; 张顺先; 王泽民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-01-26

Abstract

本发明涉及一种环保型ES合金铸铁气缸套，可应用于各类发动机中。本发明针对国家2004年开始实施的汽车尾气排放达欧II排放标准要求，为降低发动机气缸运转噪声，尾气达欧II以上环保排放提供高性能的气缸套环境支撑。采用热风铁屑熔化炉与电炉熔炼双联熔炼，PC控制金属模离心浇注工艺技术，获得一种新型多元合金铸铁材质，金相组织石墨形态A型为主，3/4/5，硬度值HB260－HB280，抗拉强度300－330MPa，分别高出国标25％，和33％；关键尺寸机加工IT6级精度，高于国标IT7级精度，具有良好的装配性能；内孔使用外包式液性夹紧，珩磨方式采用双向双进给珩磨技术，网纹规则清晰，检测参数多于国内采用的标准，石墨裸露率达40％。

Description

环保型ES合金铸铁气缸套

技术领域

本发明涉及一种环保型ES合金铸铁气缸套，适用于各类发动机配套。

背景技术

2004年，我国开始实施的汽车尾气排放达欧II排放标准，欧II排放标准主要检测的排放物为一氧化碳、碳氢化合物、氧化氮、固体排放物，这些排放物不包含对气缸套的直接要求，对其它零部件也无要求，但作为提供发动机动力中心的气缸套与其它部件却是影响排放的关键零部件，气缸套影响发动机排放因素主要有耐磨性能、配副性能、气密性能，抗振性能。

目前，气缸套制造业普通采用的是高磷铸铁及硼铸铁为主，其中高磷铸铁因磷对气缸摩擦副具有一定的减磨效果，八十年代以前，普遍用高磷铸铁取代普通灰铸铁HT200，虽材质中的磷共晶有较强的硬度，但若磷元素继续增加，反析出游离态磷元素，降低了材质的硬度及抗拉强度，使气缸套的耐磨性能较差；硼铸铁因含硼复合物或游离块状含硼碳化物作为硬质相的存在，材质硬度及抗拉强度较好，对耐磨性能有一定帮助，因此目前被国内气缸套制造业普遍采用，但同样因该硬质相的存在，不利于与活塞、活塞环的配副。

在机加工方面，普遍采用的为IT7级精度，虽能满足一般装配要求，但在用于欧II排放环保要求较高的发动机上，会存在因装配精度误差引起的振动与配副性能下降，从而影响使用效果和产生噪声。

在内孔加工，分两种形式，其一采用单一珩磨工艺，珩磨网纹参数要求较低，仅对Ra作出相应要求，其二为简单的平台网纹珩磨，其中参数要求也较为粗浅，仅对Ra/Rsk/Rvk/tp值，以及网纹数量，网纹深度作了相应要求，在油膜形成过程中，无法形成均匀稳定的减摩层，因此影响到整个发动机欧II以上级别环保排放。

发明内容

为了满足发动机欧II以上级别环保排放对气缸套的性能要求，以及船用柴油发动机工作环境及自救性对气缸套材质的特殊要求，本发明提供了一种可以为发动机尾气环保排放提供必要的性能支撑的环保型气缸套。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

材质化学成分(％)：C：3.0-3.2；Si：1.0-1.65；Mn：0.1-0.35；P：0.15-0.40；S：0.04Max；Cr：0.2-0.4；Mo：0.2-0.35；Cu：0.40-0.80；Sn：0.1-0.3。

通过采用热风铁屑熔化炉与电炉熔炼工艺，PC金属模离心浇注工艺，对浇注工艺进行程序化控制，获得A型石墨3/4/5及珠光体等金相组织，从材质成分到金相组织上提高气缸套的抗拉强度及硬度，其中国内标准规定硬度值为HB210，抗拉强度200MPa，而本环保型ES合金铸铁气缸套硬度值达到HB260-HB280，抗拉强度达到300-350MPa，硬度值高出25％，抗拉强度值高出50MPa。

本发明产品用于对装配精度有影响的尺寸加工精度采用IT6级，精度等级高于国标规定的7级精度。内壁采用独特的双向双进给平台网纹珩磨技术，形成规则清晰的平台网纹，为气缸系统在工作过程中提供良好的油膜形成条件，保证气缸套与活塞、活塞环运动构件间始终保持一层油膜层，防止基体直接接触磨损，缩短发动机气缸跑合时间，降低气缸油耗，减少气缸间基体磨损颗粒脱落，并抑制了积碳的形成，从而最终改善发动机尾气排放质量，为发动机尾气排放达欧II排放标准提供了必要的性能支撑。

本发明对平台珩磨从加工机理到网纹微观结构检测进行了研制，形成一套完整的珩磨技术体系，对汽车类中低速、重载类气缸套，船用柴油机类实施双向双进给平台网纹珩磨，对其中的Mr1/Mr2/Rpk/Rvk/Rk/Wt/tp及石墨裸露率等各类技术参数作出新的技术规定。

具体实施方式

一、热加工实施方式：

热风高效铁屑熔炼炉与中频感应炉双联熔炼→金属模覆膜砂衬套→PC控制离心浇铸→退火处理或自然时效。

1、铁屑高效双联熔炼

本发明中，设计了具有一种高效热风铁屑熔炼炉，对铸造工艺进行改进，直接使用铁铁屑为主要原料取代传统的利用生铁。该炉在结构上吸收了目前行业中铁屑熔炼先进处理技术，在热风升温处理技术中，引用内燃机工作设计理念，采取空气混合CO生成可燃气体，通过气体自燃升温，可使热风温度达400-600℃，改善了熔炼炉的熔炼条件。

在电炉的选型上，选择可以控制熔炼过程发生氧化反应的高效节能中频感应炉，用其合金配比调质精炼，避免电炉中氧化反应造成的原料损耗和动力消耗，使切屑全部被利用，减小了熔炼排放污染；在熔炼过程中，运用快速光谱分析仪对铁水进行实时监控，严格控制C、Si、Mn、S、P、B等化学成分在铁水中的熔炼转换和出铁水过程中穿插双重脱硫措施，为出炉浇注创造了良好的条件，从而确保铸件质量。

2、金属模覆膜砂衬套结构改造

在传统铸造工艺中，为了避免金属模两端的白口存在，采用加长铸件毛坯，再通过割料的工艺方案，外圆为避免激冷现象，采用加厚涂料层，缩短浇铸时间来解决，这些方案不但铸件毛坯浪费严重，而且增加了机加工的工艺过程，同时不利于浇铸过程中材质金相组织的有效形成，此类状况也是目前我国气缸套制造业存在的顽疾。针对这一问题，本发明覆膜砂成型衬套方案，结合生产工效，合理调整浇铸工艺参数，该工艺方案可促进金相组织石墨形态、珠光体等有益形成。

3、实施PC控制的一人多工位浇注

本发明通过PC控制，对浇注工艺进行程序化控制，对工艺参数进行严格的控制，促进金相组织按照设计要求，避免了人为条件的制约，同时实现一人多工位浇注的新型浇注管理模式，配合金属模覆膜砂成型衬套方案，有效地实现对浇铸工艺参数的控制和及时调整。

4、增加热处理工序

在我国传统工艺中，一般均不重视气缸套的热处理工序的设置，还不能认清热处理工序对提高气缸套材质及机械性能的意义，本发明中，在粗加工之后设置热处理工序，主要根据品种分两种方式：自然时效和等温退火处理。通过该工序，对材质进行了合理的调质，消除了铸造及粗加工两种内应力，保证了后道工序尺寸的稳定可靠。

二、机加工实施方式：

本发明技术机加工过程关键尺寸精度采用IT6级。加工手段方面，选用精良设备的同时，配置高精度工装和高性能刀具，选用了CBN刀具、陶瓷刀具，用数控机床加工及以车代磨技术，内孔采用高速镗技术。在检测仪器方面，采用数控实时监控技术，同时注重控制加工过程尺寸精度和形位公差精度；

三、内孔平台网纹珩磨实施方式：

加工过程中，检测手段使用气动量仪或数字显示自动测量；珩磨夹具设计，采用外包式液压塑性夹具，保证工艺基准与设计基准重合；珩磨方式采用双向双进给珩磨加工技术，获得规则清晰的平台网纹，检测参数新增Mr1/Mr2/石墨裸露率等检测参数。通过合理的平台网纹的深沟槽储油，在活塞、活塞环与气缸套的配副表面形成油膜，从而达到降低机油耗、缩短气缸摩擦副间跑合时间，延长气缸套内壁使用寿命的目的。

其中珩磨网纹参数具体要求：网纹参数Rz/DIN＝12um Rk＝1.5-3.5um Rpk＝max1.0Rvk＝2.5-5um Mr1＝3-8％ Mr2＝75-85％网纹间横向夹角角度45-65°，石墨裸露率40％，表面变形≤6um。

Claims

1.一种环保型ES合金铸铁气缸套，应用于各类发动机中。其特征是：一种新型多元合金铸铁材质，关键尺寸机加工精度达IT6级，内壁平台网纹，石墨裸露率40％。

2.根据权利要求1所述的气缸套，其特征是：化学成分(％)：C：3.0-3.2；Si：1.0-1.65；Mn：0.1-0.35；P：0.15-0.40；S：0.04Max；Cr：0.2-0.4；Mo：0.2-0.35；Cu：0.40-0.80；Sn：0.1-0.3。

3.根据权利要求1所述的气缸套，其特征是：金相组织中石墨形态A型主为，3/4/5级，珠光体98％以上。

4.根据权利要求1所述的气缸套，其特征是：关键尺寸机加工精度达IT6级。

5.根据权利要求1所述的气缸套，其特征是：内壁平台网纹参数要求：Rz/DIN＝12umRk＝1.5-3.5um Rpk＝max1.0 Rvk＝2.5-5um Mr1＝3-8％ Mr2＝75-85％网纹间横向夹角角度45-65°，石墨裸露率达40％，表面变形≤6um。