專利名稱：一種鑄鐵氣缸套的表面處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄鐵氣缸套的生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鑄鐵氣缸套的表面處理工藝。
背景技術(shù)：
鑄鐵由于其特殊的微觀組織結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有優(yōu)異的鑄造性能、良好的切削加工性能、減振性、耐磨性等，所以大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套都選用鑄鐵材質(zhì)。為了進(jìn)一步提高其機(jī)械性能，通常在鑄造時(shí)還要加入錳、鉻、銅、鎳、鉬等合金，但是在應(yīng)用于如大海里的輪船、沙漠地帶、工程機(jī)械、發(fā)電機(jī)組等惡劣環(huán)境時(shí)，這些性能還不能滿足使用要求，所以還需通過(guò)特殊的表面處理來(lái)提高其內(nèi)孔工作表面性能。氣體氮化就是表面處理工藝的一種。目前在我國(guó)氣體滲氮在鋼件上的應(yīng)用有很大發(fā)展，但是在氣缸套領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，由于氣缸套材料的特殊性，生產(chǎn)中氣體滲氮工藝較難掌握，滲氮層硬度控制及深度控制不夠成熟。根據(jù)調(diào)研，現(xiàn)國(guó)內(nèi)氣缸套行業(yè)還沒(méi)有低合金鑄鐵氣缸套氣體滲氮工藝的研究開(kāi)發(fā)。由于滲氮后氣缸套內(nèi)孔表面有較嚴(yán)格的網(wǎng)紋要求，一般滲氮后內(nèi)孔由于粗糙度較粗需要精珩磨，但是由于滲氮技術(shù)不過(guò)關(guān)，表面脆化裂變現(xiàn)象不能解決，在珩磨過(guò)程中容易出現(xiàn)表面崩脫現(xiàn)象，所以制約了氣體滲氮技術(shù)的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，克服目前鑄鐵氣缸套經(jīng)氣體氮化工藝處理后效果不理想的缺陷。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，將鑄鐵氣缸套依次進(jìn)行氣體滲氮以及氣體軟氮化處理。氣體滲氮是一種普通的工藝，只要是選擇合適的溫度和時(shí)間形成白亮層(ε相)即可。本發(fā)明優(yōu)選按照以下步驟進(jìn)行氣體滲氮
將半成品鑄鐵氣缸套置于滲氮爐中從室溫升溫至380-490°C后保溫l_2h，升溫至 550-575°C保溫 2-5 小時(shí)。每次升溫時(shí)升溫速率為1_2°C /min ；從第一次保溫開(kāi)始，通入氨氣，氨氣流量為 200-300L/min,升溫至550-575 V的過(guò)程中保持同樣的氨氣流量；550-575 V保溫過(guò)程中， 氨氣流量保持為150-300L/min。其中，還可以如下操作將半成品缸套裝入爐內(nèi)后，室溫往滲氮爐里充入氮?dú)庵脫Q爐子里的空氣，氮?dú)饬髁?00-400L/min，時(shí)間30-90min ；室溫升溫至380-490°C過(guò)程中，繼續(xù)通入氮?dú)猓髁?0-100L/min。以上為氣體滲氮過(guò)程，由于在滲氮過(guò)程中只用氨氣，滲氮所形成的ε相(Fe3N)會(huì)很硬，維氏硬度> Ην900，不利于后續(xù)加工，而本發(fā)明后續(xù)氣體軟氮化的目的主要是為了降低硬度，采用的技術(shù)手段即在白亮層的表面形成一層軟化層以適合后續(xù)加工。氣體滲氮處理后升溫至580-590°C，升溫速率為0. 2-1 °C /min,氨氣流量為 150-300L/min。所述的氣體軟氮化處理為將氣缸套在滲氮爐中通入氮?dú)獾耐瑫r(shí)于580-590°C保溫 20-80min。具體的，若滲氮爐中僅通入氮?dú)猓獨(dú)獾牧髁繛?-60L/ (min · m3)。若滲氮爐中同時(shí)通入氨氣和氮?dú)?，氮?dú)夂桶睔饪偭髁繛?0-200L/min，氮?dú)怏w積比例為20-80%，其余為氨氣。氣體軟氮化處理后，降溫至150°C以下出爐，降溫速度1_2°C /min，氮?dú)饬髁?50-200L/min。目前的鑄鐵氣缸套之所以產(chǎn)生表面脆化、開(kāi)裂現(xiàn)象，一方面是由于鑄鐵含有大量的游離碳，這些碳在鑄鐵里呈網(wǎng)狀分布，對(duì)鑄鐵材料起割裂作用；另外由于氣體滲氮是利用氨氣在高溫下分解產(chǎn)生的氮原子和鑄鐵里的鐵原子相結(jié)合產(chǎn)生!^e3N和!^e4N硬質(zhì)相，滲氮缸套利用這些硬質(zhì)相來(lái)提高缸套的耐磨性，但是氨氣(NH3)在分解過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生氫氣H2, 這些氫在滲氮過(guò)程中會(huì)和游離碳石墨結(jié)合產(chǎn)生烷類氣體，由于鑄鐵滲氮是在500-600°C下進(jìn)行，在此溫度下強(qiáng)度很低，所以烷類氣體產(chǎn)生的氫壓把石墨周圍的組織頂起形成鼓泡現(xiàn)象。而正是這些鼓泡在后續(xù)珩磨中受珩磨力脆化、開(kāi)裂、脫落，形成網(wǎng)絡(luò)狀孔洞，這些孔洞會(huì)嚴(yán)重影響氣缸套的表面網(wǎng)紋。而本發(fā)明通過(guò)氣體軟氮化工藝在氣體滲氮后的氣缸套表面形成一層軟化層，后續(xù)珩磨加工時(shí)此軟化層便于加工，同時(shí)也克服了氣體滲氮后氣缸套表面脆化裂變對(duì)珩磨的影響。本發(fā)明所述的鑄鐵氣缸套可為灰鑄鐵氣缸套等。另外本發(fā)明雖是針對(duì)鑄鐵的，但根據(jù)鋼件的滲氮技術(shù)要求，本發(fā)明也適用于鋼件。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的表面處理工藝獲得的鑄鐵氣缸套不僅能夠滿足滲氮層硬度(滲氮后的表面硬度為Hv700-900)、深度要求，而且滲氮珩磨后還能保證工件內(nèi)表面網(wǎng)紋要求，且無(wú)脆化崩脫現(xiàn)象。


圖1為效果對(duì)比中未進(jìn)行氣體軟氮化處理的氣缸套珩磨前表面的微觀照片； 圖2為效果對(duì)比中未進(jìn)行氣體軟氮化處理的氣缸套珩磨后表面的微觀照片；
圖3為實(shí)施例1獲得的氣缸套滲氮層珩磨前微觀圖片；
圖4為實(shí)施例1獲得的成品氣缸套表面珩磨后的微觀圖片；
圖5、圖6分別為實(shí)施例1獲得的成品氣缸套表面珩磨前、后滲氮層斷面顯微圖片。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此 實(shí)施例1
一種灰鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，將半成品灰鑄鐵氣缸套置于滲氮爐中，升溫至 420°C，升溫速率2°C /min ;420°C保溫2小時(shí)充入氨氣，流量250L/min。升溫至650°C，升溫速率2°C /min，氨氣流量250L/min ；650°C保溫4小時(shí)滲氮，氨氣流量250L/min。升溫至585°C，氨氣流量250L/min，升溫速率0. 7°C /min。585°C保溫50min，氮?dú)?氨氣總流量 130L/min,氮?dú)獗壤?0%，氨氣比例50%。降溫至小于150°C出爐，降溫速度2V /min,氮?dú)饬髁?30L/min。所有廢氣通過(guò)中和爐處理后排入大氣，即用天然氣把廢氣點(diǎn)燃后無(wú)害排放。獲得的氣缸套表面滲氮層硬度為Hv (50g) 890，深度為10um。珩磨后工件內(nèi)表面能滿足網(wǎng)紋要求，且無(wú)脆化崩脫現(xiàn)象。實(shí)施例2
一種灰鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，將半成品灰鑄鐵氣缸套置于滲氮爐中，升溫至 380°C，升溫速率1°C /min ；380°C保溫1小時(shí)充入氨氣，流量200L/min。升溫至550°C， 升溫速率1°C /min，氨氣流量200L/min ；550°C保溫3小時(shí)滲氮，氨氣流量150L/min。升溫至580°C，氨氣流量150L/min，升溫速率0. 3°C /min。580°C保溫20min，氮?dú)饬髁?0L/ (min · m3)。降溫至小于150°C出爐，降溫速度1°C /min，氮?dú)饬髁?0L/min。所有廢氣通過(guò)中和爐處理后排入大氣，即用天然氣把廢氣點(diǎn)燃后無(wú)害排放。獲得的滲氮層的硬度為Hv (50g)830，深度為7um。珩磨后工件內(nèi)表面能滿足網(wǎng)紋要求，且無(wú)脆化崩脫現(xiàn)象。實(shí)施例3
一種灰鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，將半成品灰鑄鐵氣缸套裝入爐內(nèi)，室溫往滲氮爐里充入氮?dú)庵脫Q爐子里的空氣，氮?dú)饬髁?00L/min，時(shí)間90min。升溫至490°C，升溫速率 2°C/min，氮?dú)饬髁?00L/min ； 490°C保溫2小時(shí)充入氨氣，流量300L/min。升溫至575°C， 升溫速率2°C /min,氨氣流量300L/min ；575°C保溫5小時(shí)滲氮，氨氣流量300L/min。升溫至 590°C，氨氣流量 300L/min，升溫速率 1°C /min。590°C保溫 80min，氮?dú)饬髁?5L/(min ·ι 3)。 降溫至小于150°C出爐，降溫速度2V /min，氮?dú)饬髁?00L/min。所有廢氣通過(guò)中和爐處理后排入大氣，即用天然氣把廢氣點(diǎn)燃后無(wú)害排放。獲得的滲氮層的硬度為Hv (50g)850，深度為Sum。珩磨后工件內(nèi)表面能滿足網(wǎng)紋要求，且無(wú)脆化崩脫現(xiàn)象。效果對(duì)比
以實(shí)施例1中的方法進(jìn)行表面處理，但只做滲氮處理后即降溫出爐，其他相同。滲氮后獲得的氣缸套表面粗糙度Ra=L 74 μ m，珩磨前的照片如圖1所示，可見(jiàn)表面開(kāi)裂現(xiàn)象較嚴(yán)重。珩磨后的照片如圖2所示，氣缸套表面孔洞較多。實(shí)施例1加入了軟氮化工藝，圖3為滲氮層微觀圖片，可見(jiàn)鼓泡現(xiàn)象明顯減少，表面粗糙度Ra=L 2 μ m ；圖4為拋光后的成品氣缸套表面微觀圖片，其粗糙度Ra < 0. 5 μ m。圖5、圖6分別為表面珩磨前后滲氮層斷面顯微圖片，圖5中的黑色的薄層是本發(fā)明工藝形成的軟化層；1為黑色的多空區(qū)域Y相(Fe4N)，硬度較低，后續(xù)珩磨中去除，有利于后續(xù)加工。2為滲氮白亮層ε相(Fe3N)，硬度高，主要是為氣缸套工作過(guò)程中起耐磨作用。3為擴(kuò)散層，主要由部分的滲氮組織和機(jī)體組織形成，要求距表面0. 065mm處硬度大于 Hv450。從圖6可以看到，表面軟化層組織被加工掉了。
權(quán)利要求
1.一種鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，將鑄鐵氣缸套依次進(jìn)行氣體滲氮以及氣體軟氮化處理。
2.如權(quán)利要求1所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，所述的氣體軟氮化處理為將氣缸套在滲氮爐中通入氮?dú)獾耐瑫r(shí)于580-590°C保溫20-80min。
3.如權(quán)利要求2所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，滲氮爐中僅通入氮?dú)猓獨(dú)獾牧髁繛?-60L/ (min · m3)。
4.如權(quán)利要求2所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，滲氮爐中同時(shí)通入氨氣和氮?dú)?，氮?dú)夂桶睔饪偭髁繛?0-200L/min，氮?dú)怏w積含量為20_80%，其余為氨氣。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，氣體軟氮化處理后，降溫至150°C以下出爐，降溫速度1_2°C /min，氮?dú)饬髁?0-200L/min。
6.如權(quán)利要求5所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，所述的氣體滲氮處理為將半成品鑄鐵氣缸套置于滲氮爐中室溫升溫至380-490°C后保溫1-池，之后升溫至 550-575°C保溫 2-5 小時(shí)。
7.如權(quán)利要求6所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，每次升溫時(shí)升溫速率為1_2°C /min ；從第一次保溫開(kāi)始，通入氨氣，氨氣流量為200-300L/min，升溫至550-575 °C的過(guò)程中保持同樣的氨氣流量；550-575 °C保溫過(guò)程中，氨氣流量保持為 150-300L/min。
8.如權(quán)利要求7所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，氣體滲氮處理后升溫至580-590°C，升溫速率為0. 2-I0C /min，氨氣流量為150_300L/min。
9.如權(quán)利要求8所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，將半成品缸套裝入爐內(nèi)后，室溫往滲氮爐里充入氮?dú)庵脫Q爐子里的空氣，氮?dú)饬髁?00-400L/min，時(shí)間 30-90min ；室溫升溫至380-490°C過(guò)程中，繼續(xù)通入氮?dú)?，流?0_100L/min。
10.如權(quán)利要求5所述的鑄鐵氣缸套的表面處理工藝，其特征在于，所述的鑄鐵氣缸套為灰鑄鐵氣缸套。
全文摘要
本發(fā)明屬于鑄鐵氣缸套的生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鑄鐵氣缸套的表面處理工藝。將鑄鐵氣缸套進(jìn)行氣體滲氮以及氣體軟氮化處理。本發(fā)明的表面處理工藝獲得的鑄鐵氣缸套不僅能夠滿足滲氮層硬度、深度要求，而且滲氮珩磨后還能保證工件內(nèi)表面網(wǎng)紋要求，且無(wú)脆化崩脫現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C23C8/26GK102230150SQ20111017096
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者劉書勝, 原紅軍, 李志杰, 王中營(yíng), 王海軍, 王鵬, 閻濤 申請(qǐng)人:河南中原吉?jiǎng)P恩氣缸套有限公司