[其他]高速柴油机缸孔激光热处理工艺

说明书

本发明属于高能热处理范畴，激光热处理技术领域。

直到提出本发明为止，发动机气缸体缸孔或气缸套内表面处理工艺有：表面氮化、三元共渗、电接触表面淬火、挤压碳化硅、电子束表面热处理、表面喷涂、表面松孔镀铬以及缸套和汽油机缸体缸孔激光热处理等方式。由于表面化学处理需直接对气缸体缸孔进行加热，工艺复杂，耗费能源大，缸孔变形大，废品率高，常用于厚壁湿式气缸套。电子束表面热处理工艺，工件必须置于真空中加工，成本高。表面喷涂，表面与基体结合处容易剥落，加速磨损，效果不理想。表面松孔镀铬，适用于薄壁钢质气缸套，直接对缸孔镀铬，工件过大，工艺难以实现。挤压碳化硅，工艺要求严格，质量不易保证，效果不稳定。电接触表面淬火，变形大，使用效果一般。汽油机气缸体缸孔激光热处理工艺不能直接用于柴油机气缸体热处理。

本工艺的目的是，用千瓦级CO₂激光束直接对原镶干式硼铸铁气缸套的高速柴油发动机气缸体缸孔内表面进行扫描，提高缸孔表面硬度，延长使用寿命，省去原硼铸铁气缸套。

本工艺的特征是：磷化前将气缸体缸孔精镗至气缸套内孔尺寸，留珩磨余量0.01～0.03mm;气缸体材质为普通灰铸铁，冲天炉熔炼，砂型铸造;其螺距的变化规律，是根据所建数学模型按线性规律变化，其磨损值的数学模型，是将缸孔处理长度分为五阶，每段建立各自的数学模型，在微处理机控制下，激光束功率按各段的数学模型呈非线性或线性关系变化。

本工艺的具体内容是：

1.气缸体缸孔激光处理前，进行黑化处理，为提高激光吸收率以适应大批量、流水线生产的要求，黑化工艺采用一种快速磷化剂及其相应的快速磷化工艺，在常温下，工件经过清洗后，可一次磷化成膜，磷化膜均匀，工易简单，节拍快。

2.由于柴油机缸体水套壁薄，砂型铸造、壁厚不均匀，激光常规处理后变形过大，形成废品。为了控制缸孔变形以及针对高速柴油机缸孔实际最大磨损点在上止点附近的特点，建立起磨损值的数学模型，激光扫描轨迹采用不等螺距螺旋线扫描轨迹，在扫描过程中，激光束功率按上述数学模型与扫描轨迹呈非线性或线性关系变化，使缸孔变形控制在允许范围内，这样有利于发动机大修时镗孔，还可减少刀具的磨损。

本工艺与厚壁湿式气缸套激光热处理工艺相比，该气缸套用于拖拉机发动机上，发动机转速低，属于中低速柴油机。气缸套为电炉熔炼，离心浇铸，气缸套质量好，壁厚均匀。本工艺处理的高速柴油机气缸体为冲天炉熔炼，砂型铸造，发动机转速比拖拉机用发动机转速高1/3以上，因而工艺实现的难度大;本工艺与汽油机气缸体激光处理工艺相比，两种发动机的压缩比不同，柴油机的热负荷比汽油机高得多，同时柴油燃烧后生成物形成的腐蚀磨损比汽油机亦大得多。汽油机气缸体激光处理的目的是提高原灰铸铁缸孔的使用寿命（与普通灰铸铁缸孔进行的对比试验），本工艺是取代硼铸铁气缸套（与硼铸铁气缸套进行的对比试验），工艺水平起点不同。

本工艺的最大优点是热处理变形小，可以省去原硼铸铁气缸套，特别适用于腐蚀磨损较大的高速柴油机气缸体缸孔表面处理。经台架和装车道路运行结果证明，本工艺处理的高速柴油机气缸体缸孔，使用寿命已超过硼铸铁气缸套。用户因此延长了整机大修里程，生产厂减少了加工工序，节省了设备投资，发动机省去一种零件，降低了产品成本，因此本工艺具有显著的生产效益和社会效益。