CN2334885Y - 等离子束硬化的内燃机气缸套 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种内燃机气缸套,其特征是气缸套内层含有用常压等离子束处理后的>0.01—0.16mm厚的硬化层。这种气缸套耐磨损、寿命长,而且生产效率高、变形小、成本低、生产过程中无污染。

Description

等离子束硬化的内燃机气缸套
本实用新型涉及一种内燃机用的气缸套，属于机械制造领域。
内燃机一方面要满足日益严格的环保要求，另一方面又要满足用户低油耗、低噪声、低售价、长寿命、高可靠的需求，因此必须不断改善燃烧效率，从而导致了缸压与燃烧温度的不断提高，这就对活塞、活塞环、气缸套质量提出了越来越高的要求。目前解决的方案是在原气缸套材质中加入合金元素以提高硬度，但是由于气缸套使用时需要耐磨的仅仅是内表面，而在冶炼时合金元素是均匀分布于整个缸套中的，因此造成了合金元素的浪费，同时也带来了冶炼和切削加工上的困难，导致废品率上升，刀具消耗增加，成本提高。下面的各种气缸套内孔表面强化技术也都有一定缺陷：1．浸渗碳化硅技术，其缺陷是高硬度的碳化硅质点加剧了活塞环的磨损；2．电镀硬铬或复合镀层，其缺陷是生产效率低，有环境污染；3．等离子喷涂耐磨合金粉末，缺陷是合金粉末散失率高，成本高；4．盐浴硝基渗碳氮及中频淬火，其缺陷是能耗大，效率低，缸套变形大；5．内壁激光相变硬化，其工艺流程为：热碱煮-冷水洗-热水洗-磷化(黑化)-冷水洗-干燥-激光热处理-精珩磨，缺陷为黑化工序产生环境污染，生产线投资大，工作稳定性差，维护费用高，光电热转换效率低，对生产环境要求高，生产效率低，且处理后表面粗糙，增加了后续的附加衍磨量及油石条消耗，使生产成本进一步提高，另外对操作工人要求也较高。
本实用新型的目的在于克服上述生产加工方法的不足，提出一种其内壁含有用常压等离子束处理的硬化层的气缸套。
本实用新型的构造特征是在一般金属气缸套的内层含有用常压等离子束处理后的＞0-0.16mm厚的硬化层。其加工方法是用氮气或氩气在等离子炬中电离放电产生的等离子束流在气缸套内壁表面快速扫描，所用等离子炬的放电形式为转移弧式放电，即氮气或氩气在等离子炬的中心阴极和作为阳极的工件之间放电。
根据以下加工方法，可在一般金属气缸套的内层获得三种不同的硬化层。
1．用氮或氩的等离子束流在加工成型至最终尺寸后的气缸套内表面作螺旋状快速扫描，氮或氩的流量为每分钟10-50升，最好是20-40升/分钟，等离子炬的输出功率为1-6千瓦，最好是2-4千瓦，等离子束流的直径为0.5-5mm，最好是1-3mm，等离子炬喷嘴距气缸套内表面距离为1-20mm，最好是2-10mm，扫描线速度为25-50米/分钟，最好是30-40米/分钟，扫描带为螺旋状的淬火硬化带，淬火硬化带之间未硬化的带宽为0-10毫米，即形成了淬火硬化层。扫描后可经衍磨或抛光，也可直接安装使用。
2．用氮或氩的等离子束流在加工成型并留有一定磨量的气缸套内表面作螺旋状快速扫描，氮或氩的流量为每分钟10-50升，最好是20-40升/分钟，等离子炬的输出功率为1-6千瓦，最好是2-4千瓦，等离子束流的直径为0.5-5mm，最好是1-3mm，等离子炬喷嘴距气缸套内表面距离为1-20mm，最好是2-10mm，扫描线速度为5-25米/分钟，最好是10-20米/分钟，扫描带为螺旋状的熔凝硬化带，熔凝硬化带之间未硬化的带宽为0-10毫米，即形成了熔凝硬化层。扫描后必需经衍磨后再安装使用。
3．在气缸套内壁先涂一层含有碳、氮、硼、磷、硫、硅、稀土、钛、钒、铬、钨、铌等元素物质的涂料，然后用氮或氩的等离子束流在气缸套内表面作螺旋状快速扫描，氮或氩的流量为每分钟10-50升，最好是20-40升/分钟，等离子炬的输出功率为1-6千瓦，最好是2-4千瓦，等离子束流的直径为0.5-5mm，最好是1-3mm，等离子炬喷嘴距气缸套内表面距离为1-20mm，最好是2-10mm，扫描线速度为25-50米/分钟，最好是30-40米/分钟，扫描带为螺旋状的多元共渗合金淬火硬化带，硬化带之间未硬化的带宽为0-10毫米，即形成了多元共渗合金硬化层。扫描后可经衍磨或抛光，也可直接安装使用。
用上述方法处理的气缸套产生以下积极效果：
按照上述方法1处理后，气缸套内壁表面产生厚度为0.01-0.10mm、硬度值为HRC40-60的硬化层，使气缸套的耐磨损寿命提高。
按照上述方法2处理后，气缸套内壁表面产生厚度为0.05-0.20mm、硬度值为HRC50-65的硬化层，衍磨后硬化层厚度＜0.15mm，使气缸套的耐磨损寿命提高。
按照上述方法3处理后，气缸套内壁表面产生厚度为0.05-0.16mm、硬度值为HRC60-70的硬化层，不仅使气缸套的耐磨损寿命明显提高，而且磨擦系数降低，相应提高了配摩副活塞环的使用寿命。
与其他气缸套硬化方法相比较，本实用新型的优点为：缸套内壁表面层的耐磨硬化效果明显，生产效率高，成本低，生产过程中无环境污染，缸套变形小。
附图1为本实用新型的剖面图，图中1-气缸套体，2-硬化层。
本实用新型的实施例如下：
实施例1
用氮的等离子束流在95型柴油机硼合金铸铁气缸套(1)内表面作螺旋状快速扫描，氮气流量为30升/分钟，等离子炬的输出功率为2千瓦，等离子束流的直径为3mm，等离子炬喷嘴距气缸套内表面距离为4mm，扫描线速度为30米/分钟，螺旋状的淬火硬化带之间未硬化部分的宽度为4毫米，硬化层(2)的深度为0.06mm，表层硬度为HRC55，扫描后直接安装使用，耐磨损寿命提高0.5倍。
实施例2
用氮的等离子束流在95型柴油机硼合金铸铁气缸套(1)内表面作螺旋状快速扫描，氮气流量为30升/分钟，等离子炬的输出功率为2.5千瓦，等离子束流的直径为2mm，等离子炬喷嘴距气缸套内表面距离为2mm，扫描线速度为15米/分钟，螺旋状的熔凝硬化带之间未硬化部分的宽度为4毫米，硬化层(2)的深度为0.16mm，表层硬度为HRC60，扫描后经衍磨再安装使用，耐磨损寿命提高0.6倍。
实施例3
用氩等离子束流在95型柴油机硼合金铸铁气缸套(1)内表面作螺旋状快速扫描，扫描前先在气缸套内壁表面涂一层由60％石墨粉、25％稀土、10％脱水硼砂、2％钛粉、2％钨粉、1％硫脲组成的涂料，氩气流量为35升/分钟，等离子炬的输出功率为3千瓦，等离子束流的直径为2.5mm，等离子炬喷嘴距气缸套内表面距离为3mm，扫描线速度为30米/分钟，螺旋状的淬火硬化带之间未硬化部分的宽度为2毫米，硬化层(2)的深度为0.16mm，表层硬度为HRC67，扫描后直接安装使用，耐磨损寿命提高1倍。

Claims (2)

1．一种内燃机气缸套，其特征在于气缸套的内层含有经常压等离子束处理后的0.01-0.16mm厚的硬化层，硬化层为常压等离子束淬火硬化层，或者为常压等离子束熔凝硬化层，或者为常压等离子束多元共渗合金硬化层。
2．如权利要求1所述的气缸套，其特征在于气缸套的内层经常压等离子束处理后的硬化层为螺旋状硬化带，硬化带之间未硬化的宽度为0-10毫米，即硬化带之间无间隙至最大间隙为10毫米。
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