一种高性能气缸套及其生产工艺和表面处理方法技术

本发明专利技术属于气缸套领域，尤其涉及一种高性能气缸套及其生产工艺和表面处理方法。本发明专利技术提供的气缸套包括：C 2.3～2.6％；Si 3.1～3.4％；P 0.5～0.8％；S 0～0.1％；Mn 1.6～1.9％；Cu 1.7～1.9％；Cr 0.5～0.9％；Nb 0.6～1.0％；余量的Fe。本发明专利技术提供的表面处理方法包括：对上述气缸套的表面依次进行磷化处理和硫氮碳共渗处理，得到表面处理后气缸套。本发明专利技术提供的气缸套具有高的抗拉强度，且在使用时不会出现严重积碳；本发明专利技术提供的表面处理方法可进一步提高气缸套的机械强度和降低气缸套在使用时的积碳情况，同时还能提升气缸套的抗穴蚀性、抗磨性和减摩性。

A high performance cylinder liner and its production process and surface treatment method

【技术实现步骤摘要】
一种高性能气缸套及其生产工艺和表面处理方法
本专利技术属于气缸套领域，尤其涉及一种高性能气缸套及其生产工艺和表面处理方法。
技术介绍
气缸套作为发动机主要配附件之一，是发动机A级关键零部件，其性能直接影响着发动机的动力性、可靠性、经济性、排放、噪音等技术要求，目前，灰铸铁气缸套的最高抗拉强度一般为350MPa左右，难以满足高性能发动机对于气缸套强度的要求。此外，现有灰铸铁气缸套还普遍存在着使用过程中普遍存在积碳严重，以及抗穴蚀性、抗磨性、减摩性、抗热疲劳性较差等问题。因此，急需研究高强度、高性能灰铸铁材质气缸套来解决以上强度低、性能差即失效问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高性能气缸套及其生产工艺和表面处理方法，本专利技术提供的气缸套具有高的抗拉强度，且在使用时不会出现严重积碳；本专利技术提供的表面处理方法可进一步提高气缸套的机械强度和降低气缸套在使用时的积碳情况，同时还能提升气缸套的抗穴蚀性、抗磨性和减摩性。本专利技术提供了一种气缸套，包括以下组分：余量的Fe。优选的，所述气缸套的基体组织包括珠光体、铁素体、碳化物和磷共晶。本专利技术提供了一种气缸套的生产工艺，包括以下步骤：a)、原料依次进行熔炼和孕育，得到待浇铸铁液；所述浇铸铁液包括2.3～2.6wt％的C、3.1～3.4wt％的Si、0.5～0.8wt％的P、0～0.1wt％的S、1.6～1.9wt％的Mn、1.7～1.9wt％的Cu、0.5～0.9wt％的Cr、0.6～1.0wt％的Nb和余量的Fe；b)、所述待浇铸铁液在离心浇铸机中进行浇铸后，出缸冷却，得到气缸套毛坯；c)、所述气缸套毛坯进行机加工，得到气缸套。优选的，步骤b)中，所述浇铸的温度为1450～1490℃；所述出缸的温度≥850℃。优选的，步骤b)中，所述冷却具体包括：先喷雾冷却至550℃以下，再空冷至15～35℃。本专利技术提供了一种气缸套的表面处理方法，包括以下步骤：A)、对上述技术方案所述的气缸套或上述技术方案所述工艺生产的气缸套的表面依次进行磷化处理和硫氮碳共渗处理，得到表面处理后气缸套。优选的，所述磷化处理为锰系磷化处理；所述磷化处理的温度为60～70℃，时间为1～2h。优选的，所述硫氮碳共渗处理的温度为480～520℃，时间为5～8h。优选的，还包括：对所述表面处理后气缸套的内壁进行抛光，得到抛光后气缸套；所述抛光使用的抛光液中含有PbS纳米粒。优选的，所述PbS纳米粒为二烷基二硫代磷酸修饰的PbS纳米粒。与现有技术相比，本专利技术提供了一种高性能气缸套及其生产工艺和表面处理方法。本专利技术提供的气缸套包括以下组分：C2.3～2.6wt％；Si3.1～3.4wt％；P0.5～0.8wt％；S0～0.1wt％；Mn1.6～1.9wt％；Cu1.7～1.9wt％；Cr0.5～0.9wt％；Nb0.6～1.0wt％；余量的Fe。本专利技术通过优化气缸套的成分组成，显著提升了气缸套的抗拉强度和弹性模量；同时，由于本专利技术提供的气缸套中含有一定量的P，这些磷元素在出缸快冷过程中一部分形成细小均匀分布的磷共晶，另一部分固溶于铁素体中形成富磷的铁素体，这些富磷的铁素体可在缸套内气体燃烧爆炸产生的高温下形成一层纳米级的富磷相，并均匀地涂挂于摩擦面，有效地隔离积碳层与基体，防止积碳；而且由于本专利技术提供的气缸套中含有一定量的Cu，这些铜元素在出缸快冷过程中，形成富铜的铁素体，这些富铜的铁素体可在缸套内气体燃烧爆炸产生的高温下形成一层纳米级的富铜相，并均匀地涂挂于摩擦面，有效地隔离积碳层与基体，进一步防止积碳。本专利技术提供的气缸套中含有一定量的Nb，这些铌元素一部分固溶于铁素体中形成富铌的铁素体，另一部分与碳结合形成含铌碳化物。本专利技术提供的气缸套的硬度＞300HBW，抗拉强度＞400MPa，弹性模量＞140GPa，金相组织石墨由100％A型石墨组成，基体组织由40～50％(体积百分数)珠光体、40～45％(体积百分数)铁素体以及少量的碳化物和磷共晶组成，装机使用后的拉缸时间＞750s。本专利技术提供的表面处理方法包括以下步骤：A)、对上述气缸套的表面依次进行磷化处理和硫氮碳共渗处理，得到表面处理后气缸套。本专利技术提供的表面处理方法首先对气缸套表面进行磷化处理，在其表面形成多孔式结构的磷化层，之后对形成磷化层的气缸套表面进行硫氮碳共渗处理。硫氮碳共渗过程中，由于具有活性的氮原子、碳原子进入气缸套基体组织中，将会使基体中的部分铌析出，尤其在气缸套内外壁表面接触到的活性的氮原子、碳原子较多，因此，在气缸套表面将会形成纳米级的碳化铌及氮化铌析出相，这些富铌析出相复合在磷化层上，具有较高的硬度，高硬度的纳米级富铌析出相可以有效地防止气缸套外壁穴蚀的产生；且高硬度的纳米级富铌析出相可以有效地提高气缸套内壁的耐磨性；此外，氮碳硫共渗形成的FeS可降低磷化层的摩擦因数，从而改善缸套的减摩性。实验结果表明，采用本专利技术提供的方法进行表面处理后的气缸套表面具有5～10μm的膜层，表面处理后气缸套的表面硬度＞700HV，装机使用后的油摩擦摩擦系数小于0.135，平稳摩擦系数小于0.56，活塞环磨损量＜0.0027g，缸套磨损量＜0.001g，拉缸时间＞11000s。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的气缸套毛坯件的金相组织100×观察图；图2是本专利技术实施例1提供的气缸套毛坯件的金相组织500×观察图；图3是本专利技术提供的表面处理后气缸套的500×剖面图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种气缸套，包括以下组分：余量的Fe。本专利技术提供的气缸套为铸铁材质，包括C、Si、P、S、Mn、Cu、Cr、Nb和Fe。其中，C的含量为2.3～2.6wt％，具体可为2.3wt％、2.35wt％、2.4wt％、2.45wt％、2.5wt％、2.55wt％、2.56wt％或2.6wt％；Si的含量为3.1～3.4wt％，具体可为3.1wt％、3.15wt％、3.2wt％、3.25wt％、3.29wt％或3.3wt％；P的含量为0.5～0.8wt％，具体可为0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％或0.8wt％；S的含量为0～0.1wt％，具体可为0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％或0.1wt％；Mn的含量为1.6～1.9wt％，具体可为1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％或1.9wt％；Cu的含量为1.7～1.9wt％，具体可为1.7wt％、1.75wt％、1.8wt％、1.85wt％或1.9wt％；Cr的含量为0.5～0.9wt％，具体可为0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％或0.9wt％；Nb的含量为0.6～1.0wt％，具体可为0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％、0.8wt％、0.85wt％、0.9wt％、0.95wt％或1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气缸套，包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.一种气缸套，包括以下组分：2.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述气缸套的基体组织包括珠光体、铁素体、碳化物和磷共晶。3.一种气缸套的生产工艺，包括以下步骤：a)、原料依次进行熔炼和孕育，得到待浇铸铁液；所述浇铸铁液包括2.3～2.6wt％的C、3.1～3.4wt％的Si、0.5～0.8wt％的P、0～0.1wt％的S、1.6～1.9wt％的Mn、1.7～1.9wt％的Cu、0.5～0.9wt％的Cr、0.6～1.0wt％的Nb和余量的Fe；b)、所述待浇铸铁液在离心浇铸机中进行浇铸后，出缸冷却，得到气缸套毛坯；c)、所述气缸套毛坯进行机加工，得到气缸套。4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于，步骤b)中，所述浇铸的温度为1450～1490℃；所述出缸的温度≥850℃。5.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，李海霞，徐超，曹红星，张勇，
申请(专利权)人：中原内配集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41