[发明专利]发动机用缸套离子渗氮工艺及非渗氮部位屏蔽专用工装

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁零件表面热处理的方法，具体是涉及一种发动机用缸套离子渗氮工艺及非渗氮部位屏蔽专用工装。

背景技术

缸套是发动机的重要零件之一，它的性能质量直接影响着发动机的使用寿命。而发动机用缸套的工作环境较为恶劣，它是在无油干摩擦环境下与活塞环的往复运动，由于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，因此一般会选用双相不锈钢作为缸套材料，能够提高缸套运动副表面必须具有超强的耐磨性和耐腐蚀性，但是这种摩擦处于半干摩擦状态，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，容易造成缸套和活塞环的强烈磨损，所以对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。

目前为达到前述要求，长期以来都是通过渗氮工艺对气缸套内壁进行渗氮处理，有效地增强表面硬度，提高耐磨性。而离子渗氮工艺虽然提高了气缸表面硬度，具有超强的耐磨性，但是氮化层中具有较多的CrN析出，导致渗氮层基体的贫铬现象，破坏了双相不锈钢的耐蚀性能，且缸套渗氮层表面容易产生锈蚀现象，使得缸套运动副摩擦性能变差，导致发动机机功率下降，甚至缸套零件失效。

因此，如何能够提高渗氮层表面硬度、耐磨性等基层上，又能控制渗氮层中CrN的析出，保证良好的耐腐蚀性，满足发动机用缸套的使用要求是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机用缸套离子渗氮工艺，控制渗氮层中CrN的析出，提高缸套运动副表面耐磨性和耐腐蚀性，且离子渗氮后无需再对渗氮层进行磨削加工，只需对渗氮层进行抛光处理即可，简化了缸套生产工艺程序，缩短了渗氮保温时间，大幅度提高缸套的生产效率，提高产品质量，缩短生产周期。

本发明的另一个目的提供了一种离子渗氮工艺中对缸套进行非渗氮部位屏蔽的专用工装，不仅结构简单，还能有效地避免非渗氮区域或小孔结构发生变形，更优的是避免渗氮过程中产生尖角效应。

本发明提供的技术方案如下：

一种发动机用缸套离子渗氮工艺，包括：

S01、工件在离子渗氮前进行固溶和时效处理；

S02、对所述工件进行清洗处理；

S03、离子渗氮时对所述工件非渗氮部位采用专用工装进行屏蔽；

S04、将所述工件和所述专用工装装配好，放置入所述离子氮化炉真空容器内，所述真空容器内为阴极，所述真空容器的容器壁为阳极，关闭离子氮化炉的炉膛并启动真空泵进行真空；

S05、当真空抽至预先设定的数值时充入所需压力的氮氢混合气体；

S06、在所述真空容器的阴、阳极之间加入高电压脉冲直流电源，两极间稀薄气体被电离并产生辉光放电，氢和氮的正离子朝所述真空容器的阳极表面加速，轰击所述工件表面，氮离子从所述真空容器的阴极夺取电子还原为氮原子，所述氮原子与所述工件表面被轰击出的铁原子结合，形成FeN并沉积在工件表面上形成渗氮层。

优选地，在步骤S01中所述固溶的温度为1030℃～1050℃，保温时间1h～2h，且通过油冷或水冷进行冷却；

和/或；

在步骤S01中所述时效的温度为560℃～520℃，保温时间4h～8h。

本技术方案中通过固溶处理后能均匀材料组织，有利于后续离子渗氮处理。同时通过时效反应的目的是消除工件内部残余应力，有利于工件离子渗氮前后的尺寸变形控制。

优选地，在步骤S02中清洗方式采用超声波，所述超声波的频率为28KHZ～40KHZ，清洗溶液为水剂除油溶液。

本技术方案中，采用超声波进行清洗的目的是为了去除工件表面油渍和杂质，避免渗氮过程中由于油污而打弧，从而对工件表面造成凹坑缺陷。

优选地，在步骤S04中所述工件与所述专用工装装配后，关闭炉膛并启动真空泵进行真空，具体的所述炉膛内的温度控制在420℃～490℃，渗氮时间4h～8h，渗氮气压240Pa～280Pa。

本技术方案中能够有效地缩短渗氮保温时间，大幅度提高缸套的生产效率，提高产品质量，缩短生产周期。

优选地，在步骤S05中真空抽至预先设定的数值为小于10Pa，可以保证在绝对真空的环境下进行渗氮处理，有效地提高处理效果。

优选地，所述渗氮层表面硬度为HV1000～HV1200，渗层深度为0.02mm～0.10mm。

本技术方案通过上述的渗氮工艺能够有效地提高缸套硬度、耐磨性、抗蚀性和高的抗热疲劳强度等特点。