本发明专利技术公开了一种适用于发动机气缸套的深层离子渗氮工艺，包括清洗工序、装炉工序、离子渗氮工序、出炉工序，装炉工序是在阴极盘上用导体柱支起一底支撑盘，气缸套均匀放置在底支撑盘上，在气缸套上部盖有顶板，顶板上和底支撑盘上对应气缸套的位置均开有通孔；离子渗氮工序是当炉内真空度达到50Pa以下时，电压设定在650V开始打弧，然后依次调大电压和占空比，在电压调到700V、打弧频度变弱后，向炉内通入氨气，当弧光基本消失、辉光稳定、电流不再增加时，将炉内电压调到750V，并在520℃保温15h，540℃保温25h，氨气流量为0.5-0.8L/min，真空度为500-800Pa，降温时使气缸套在辉光状态下缓慢降温，当温度降至300℃以下后，停炉停气冷却。本发明专利技术的离子渗氮工艺渗氮速度快、渗层深、能够满足发动机气缸套技术要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钢铁零件表面热处理的方法，具体是涉及一种离子渗氮工艺。
技术介绍
气缸套是发动机的重要零件之一。发动机的气缸套是活塞组往复运动的导向面，活塞环密封压力和活塞侧推力直接作用在气缸套内壁上，使缸套和活塞环受到强烈的摩擦，这种摩擦往往处于半干摩擦状态。尤其在润滑不良、进气污浊、冷却不当和燃烧不正常等情况下，会造成缸套和活塞环的强烈磨损。所以缸套内表面要求具有高的硬度、耐磨性 、抗蚀性和高的抗热疲劳强度等。要达到使用要求，长期以来都是对气缸套内壁进行渗氮处理。通过渗氮处理，可以增强表面硬度，提高耐磨性。成品气缸套内表面硬度要求S76HRA，氮化层深度要求O. 3 O. 6mm，氮化层脆性为I级，成品气缸套内径公差要求为O. 02mm。渗氮工艺主要有气体渗氮工艺和离子渗氮工艺，由于渗氮热处理后，气缸套必然存在变形，要想达到气缸套内径公差要求必须经过磨削加工。气体渗氮是将零件放入到通有氨气的渗氮炉内，在540°C左右使氮原子渗入到金属基体内。这种工艺技术存在着生产周期长、污染严重、产品变形大和产品合格率低等问题。长期以来，柴油机气缸套采用气体渗氮处理，这种方法不但存在着生产周期长、变形大、污染大和产品合格率低等问题，而且由于需要加大渗氮后内孔的磨削量，因此将渗氮层最最硬、耐磨、最具有防腐能力的表层已经磨掉。离子渗氮是一种在低于IO5Pa的渗氮气氛中，通入直流高压电，利用工件作为阴极，与阳极间稀薄含氮气体产生辉光放电进行渗氮的工艺。这种反应连续不断的进行，就在工件表面形成具有高硬度、高耐磨性的氮化物层。离子氮化设备由真空炉体工作室、真空维持及测量系统、渗氮介质供给系统、温度测量及控制系统和供电及控制系统等部分组成。离子氮化与气体氮化相比具有氮化速度快、能控制渗层组织、零件变形小、节能和环保等优点，但是离子渗氮的渗氮层深度一般较浅，对于气缸套这种工作环境恶劣零件来说，太浅的渗层往往不能承受巨大的压力和摩擦力的考验。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种渗氮速度快、渗层深、能够满足发动机气缸套技术要求的离子渗氮工艺。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种适用于发动机气缸套的深层离子渗氮工艺，包括以38CrMoAlA为气缸套材质、脉冲电源辉光离子氮化炉为离子渗氮设备、以液氨为氮离子气源的离子渗氮工艺，气缸套在氮化处理前调质处理，调质处理的回火温度为560-580°C，气缸套在氮化处理前的机械性能为σ b彡883 N/mm2、σ s ^ 736 N/mm2、δ 5 彡 10%、Ψ 彡 45%、A K ^ 78 J、HB =262 302、dB=3. 5 3· 75，其特征在于所述离子渗氮工艺包括清洗工序、装炉工序、离子渗氮工序、出炉工序，所述清洗工序是首先将气缸套上的毛刺、锈迹用机械方法清理干净，然后将气缸套在第一道清洗剂(JA0206溶剂型清洗剂)槽内浸泡2min 4min，晾干，再进入第二道清洗剂(JA0206溶剂型清洗剂)槽内进行第二次清洗，再用清水漂洗干净并立即风干或烘干； 所述装炉工序是将清洗好的气缸套放置在脉冲电源辉光离子氮化炉的阴极盘上，放置过程中首先在阴极盘上用导体柱均衡支起一底支撑盘，气缸套均匀放置在底支撑盘上，在气缸套上部盖有顶板，顶板上和底支撑盘上对应气缸套的位置均开有通孔； 所述离子渗氮工序包括抽真空、打弧、升温、保温阶段，当脉冲电源辉光离子氮化炉内真空度达到50Pa以下时，将设备电压设定在650V，调节占空比、点燃辉光开始打弧，打弧初期电流表指示值应接近零位，当打弧频率减弱时，继续调大占空比，如此反复，直到占空比为70%、打弧频度再变弱后，将占空比调节为零并将电压调到700V，然后再逐渐调大占空比继续打弧；当占空比再到70%并且打弧频度变弱后，向脉冲电源辉光离子氮化炉内通入氨气,继续打弧,此时炉内温度开始升高； 所述升温，是在上述打弧过程中，弧光基本消失、辉光稳定、电流不再增加时，加大炉内氨气的通入量，通过调整占空比、电阻档位，使氮化炉继续升温，并将炉内电压调到750V，直·到炉内温度达到520°C，开始进入保温阶段； 保温阶段是在520°C保温15h，然后升温到540°C保温25h，保温过程中氨气流量控制在O. 5-0. 8L/min，真空度控制在500_800Pa，达到保温时间时，减小氨气流量，调低电压、调小占空比继续维持辉光，使气缸套在辉光状态下缓慢降温，当温度降至300°C以下后，停炉停气冷却，当气缸套实际温度降至150°C以下出炉。本专利技术的底支撑盘上均布有凹槽，凹槽内放置有底支撑座，气缸套配合放置在底支撑座上，气缸套外面套装有屏蔽套；所述顶板与底支撑盘设置有支撑杆。所述脉冲电源辉光离子氮化炉内测温热电偶的测温头的周围设置3个Φ50Χ120的圆钢柱。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是本专利技术的方法渗氮速度快、渗层深、能够满足发动机气缸套技术要求。与气体氮化相比本专利技术的离子氮化工艺，渗氮时间可以缩短20h左右，生产周期比气体氮化要缩短三分之一左右。经多次重复实验证明，利用本专利技术的方法生产的发动机气缸套的变形均在允许范围之内，与气体氮化相比变形小的多。从金相组织来看，本专利技术的方法所得的渗氮层的扩散层中呈脉状分布的氮化物量少，且细小、不连续，组织均匀致密，脆性小。将气缸套进行台架对比考核试验发现，本专利技术的方法生产的气缸套符合发动机气缸套成品技术要求。本专利技术方法的离子氮化成品表面硬度高于气体氮化，使用性能略优于气体氮化，进而提高了缸套的使用寿命。本专利技术的装炉方式使炉内气缸套分布均匀，盖在气缸套上面的顶板可以减少气缸套的散热速度，支撑杆的设置可以对顶板有一定的支撑作用，防止顶板对气缸套施加过大的压力，减小气缸套的变形。同时顶板和底支撑盘上对应通孔，有利于渗氮气氛流动。气缸套外面套装的屏蔽套，可以防止气缸套外表面发生渗氮，使气缸套的后续机械加工工艺简化。测温热电偶的测温头的周围设置圆钢柱的目的是使测温热电偶附近温度尽可能地接近炉内缸套实际温度。附图说明图I是本专利技术的装炉方式示意图；其中，I、底支撑盘，2、顶板，3、底支撑座，4、屏蔽套，5、气缸套，6、中间支撑座，7、支撑杆，8、导体柱，9、阴极盘。图2是气体渗氮(510°C 12h+570°C 48h)的渗氮层500倍金相组织照片。图3是本专利技术方法所得的渗氮层500倍金相组织照片，按国家标准GB/T11354-1989《钢铁零件渗氮层深度测定和金相检验》检测扩散层中氮化物级别为I 2级。具体实施例方式适用于发动机气缸套的深层离子渗氮工艺，气缸套材质为38CrMoAlA，气缸套氮化后表面硬度> 80HRA，成品气缸套表面硬度> 76HRA ;氮化层脆性为I级；气缸套氮化后氮化层深度O. 52-0. 80mm,成品气缸套氮化层深度O. 3-0. 6mm ;氮化后内孔尺寸偏差要求在O. 09 mm以内，本实施例中氮化后气缸套的内孔尺寸要求Φ 149. 68-Φ 149. 77 mm。渗氮设备为LDMC-150型脉冲电源辉光离子氮化炉，该设备可输出O 1000V连续可调电压，炉体有效工作尺寸为Φ 1200Χ 1300mm，钟罩内壁配置双层隔热屏，内隔热屏材质为不锈钢，外隔热屏材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于发动机气缸套的深层离子渗氮工艺，包括以38CrMoAlA为气缸套材质、脉冲电源辉光离子氮化炉为离子渗氮设备、以液氨为氮离子气源的离子渗氮工艺，气缸套在氮化处理前调质处理，调质处理的回火温度为560？580℃，气缸套在氮化处理前的机械性能为σb≥883？N/mm2、σs≥736？N/mm2、δ5≥10%、ψ≥45%、ΑΚ≥78？J、HB？=262～302？、dB=3.5～3.75，其特征在于：所述离子渗氮工艺包括清洗工序、装炉工序、离子渗氮工序、出炉工序，所述清洗工序是首先将气缸套上的毛刺、锈迹用机械方法清理干净，然后将气缸套在第一道清洗剂槽内浸泡2min～4min，晾干，再进入第二道清洗剂槽内进行第二次清洗，再用清水漂洗干净并立即风干或烘干；所述装炉工序是将清洗好的气缸套放置在脉冲电源辉光离子氮化炉的阴极盘上，放置过程中首先在阴极盘上用导体柱（8）均衡支起一底支撑盘（1），气缸套均匀放置在底支撑盘（1）上，在气缸套上部盖有顶板（2），顶板（2）上和底支撑盘（1）上对应气缸套的位置均开有通孔；所述离子渗氮工序包括抽真空、打弧、升温、保温阶段，当脉冲电源辉光离子氮化炉内真空度达到50Pa以下时，将设备电压设定在650V，调节占空比、点燃辉光开始打弧，打弧初期电流表指示值应接近零位，当打弧频率减弱时，继续调大占空比，如此反复，直到占空比为70%、打弧频度再变弱后，将占空比调节为零并将电压调到700V，然后再逐渐调大占空比继续打弧；当占空比再到70%并且打弧频度变弱后，向脉冲电源辉光离子氮化炉内通入氨气，继续打弧，此时炉内温度开始升高；所述升温，是在上述打弧过程中，弧光基本消失、辉光稳定、电流不再增加时，加大炉内氨气的通入量，通过调整占空比、电阻档位，使氮化炉继续升温，并将炉内电压调到750V，直到炉内温度达到520℃，开始进入保温阶段；保温阶段是在520℃保温15h，然后升温到540℃保温25h，保温过程中氨气流量控制在0.5？0.8L/min，真空度控制在500？800Pa，达到保温时间后，减小氨气流量，调低电压、调小占空比继续维持辉光，使气缸套在辉光状态下缓慢降温，当温度降至300℃以下后，停炉停气冷却，当气缸套实际温度降至150℃以下即可出炉。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯涛，王冬雁，王华庭，李胜利，李世宇，胡卫中，
申请(专利权)人：河北华北柴油机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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