[发明专利]耐磨、配体性好的汽缸套合金铸铁

说明书

本发明涉及一种发动机汽缸套，特别是关于离子热处理具有硬质相的新型汽缸套合金铸铁。

目前，国内外通常使用的发动机汽缸套，有以下几类：

第一类是用氮化钢、氮化铸铁或灰铸铁，经气体渗氮、离子渗氮、或离子碳氮钛共渗，使表面形成硬度较高的渗氮层，达到耐磨效果。但这类汽缸套的减磨性较差，其耐磨性和配付性均有待改善。

第二类是含有硬质相的合金铸铁汽缸套，如以磷化物或硼化物等硬质相为骨架，这些硬质相较为耐磨;而基体为珠光体及少量铁素体，硬度低，较易磨损。当基体磨去一部分后，即可贮油起润滑作用，从而减磨。但由于基体硬度较低易磨损，使硬质相突出，随后经磨损和折断生成硬质相磨粒，又加速了磨损。苏联专利SU-692888公开了一种类似成份的铸铁，化学成份为：C3.3～3.80%，Si2.10～2.60%，Mn0.30～0.80%，Cu0.10～0.60%，B0.005～0.08%，Cr0.1～0.50%，Ni0.05～0.50%，P0.05～0.20%，Ti0.001～0.30%，Al0.001～0.1%，其余为Fe。试验证明，当铝的含量小于0.1%时，容易产生皮下气孔，硼小于0.02%时，硬质相较少，性能不好。

另外还有激光热处理和挤渗碳化硅颗粒的汽缸套，其磨损机理与硬质相合金铸铁相近。

本发明的目的是克服上述产品的缺点，得到一种新型耐磨、配付性好的发动机汽缸套。

为了达到上述目的，本发明在含硼合金铸铁的基础上进行改进，增加利于渗氮的元素铝的含量，得到一种新的化学成份的合金铸铁，该铸铁具有较高硬度的硬质相，再将离子热处理作用于上述成份的铸铁制成的缸套上。工艺过程如下：

配料-熔铸-清砂-粗加工-热处理-精加工-离子热处理-清理包装。

本发明缸套成份与现有技术的成份对比见表1。

在本发明缸套的合金铸铁中，基体以珠光体为主，铁素体含量小于10%，石墨呈A型或B型分布的中小片状，硼碳化物和复合磷共晶呈均匀网孔分布，为硬质相。由于铝含量提高，促进渗氮，使氮化物如s相（Fe_2-3N）和γ′相（Fe₄N）作为支撑相在硬质相周围形成。这样，使磨损机理发生实质性进展，由于支撑相的硬度随基体成份和处理工艺不同而不同，在基体相硬度（HV200～300）和硬质相硬度（＞HV900）之间变化。由于支撑相比基体相硬而耐磨，但比硬质相硬度略低、耐磨程度较差，而易于形成贮油机构。这种贮油机构比普通硬质相合金铸铁生成之贮油机构保存时期更长，因支撑相的存在保护了硬质相，使硬质相不易断裂出磨粒，使耐磨机构能长期保存。由于减磨机构和耐磨机构的长期保存，从而大幅度提高了汽缸套的耐磨性和配付性。

作为一个实施例，采用工频炉熔铸出下列成份的合金铸铁：C3.32%，Si2.80%，Mn1.10%，P0.45%，B0.04%，Al0.50%，S0.028%。经离心铸造出毛坯后清砂，再粗加工和热处理，精加工离子渗氮（793～813°K，保温10～20小时），得到渗层深度为0.13～0.20mm。

本发明的汽缸套与其他现有技术之产品相比，其耐磨性和配付性显著优于后者，对比快磨试验结果见表2。

装机试验结果证明：在施工现场用硼铸铁缸套之S195柴油机，工作1000小时后汽缸套磨损值为0.10mm，本工艺缸套工作了3000小时后汽缸套磨损值为0.03～0.04mm，目前已工作6000小时还在正常工作。

表1

成份（%）

元素本发明成份SU692888成份

C3.1～3.83.3～3.8

Si2.1～2.62.1～2.6

Mn0.7～1.30.3～0.8

B0.02～0.080.005～0.08

P0.15～0.500.05～0.20

S＜0.1

Al0.3～1.00.001～0.1

Cu/0.10～0.60

Cr/0.1～0.5

Ni/0.05～0.50

Ti/0.001～0.30