[發明專利]適用于發動機氣缸套的深層離子滲氮工藝

有效

• 申請號: 201210433872.8
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102888582A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 馮濤;王冬雁;王華庭;李勝利;李世宇;胡衛中
• 申請（專利權）人: 河北華北柴油機有限責任公司
• 主分類號: C23C8/38
• 分類號: C23C8/38;C23C8/02
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張明月

技術領域

本發明涉及一種鋼鐵零件表面熱處理的方法，具體是涉及一種離子滲氮工藝。

背景技術

氣缸套是發動機的重要零件之一。發動機的氣缸套是活塞組往復運動的導向面，活塞環密封壓力和活塞側推力直接作用在氣缸套內壁上，使缸套和活塞環受到強烈的摩擦，這種摩擦往往處于半干摩擦狀態。尤其在潤滑不良、進氣污濁、冷卻不當和燃燒不正常等情況下，會造成缸套和活塞環的強烈磨損。所以缸套內表面要求具有高的硬度、耐磨性、抗蝕性和高的抗熱疲勞強度等。要達到使用要求，長期以來都是對氣缸套內壁進行滲氮處理。通過滲氮處理，可以增強表面硬度，提高耐磨性。成品氣缸套內表面硬度要求≥76HRA，氮化層深度要求0.3～0.6mm，氮化層脆性為1級，成品氣缸套內徑公差要求為0.02mm。滲氮工藝主要有氣體滲氮工藝和離子滲氮工藝，由于滲氮熱處理后，氣缸套必然存在變形，要想達到氣缸套內徑公差要求必須經過磨削加工。

氣體滲氮是將零件放入到通有氨氣的滲氮爐內，在540℃左右使氮原子滲入到金屬基體內。這種工藝技術存在著生產周期長、污染嚴重、產品變形大和產品合格率低等問題。長期以來，柴油機氣缸套采用氣體滲氮處理，這種方法不但存在著生產周期長、變形大、污染大和產品合格率低等問題，而且由于需要加大滲氮后內孔的磨削量，因此將滲氮層最最硬、耐磨、最具有防腐能力的表層已經磨掉。

離子滲氮是一種在低于10⁵Pa?的滲氮氣氛中，通入直流高壓電，利用工件作為陰極，與陽極間稀薄含氮氣體產生輝光放電進行滲氮的工藝。這種反應連續不斷的進行，就在工件表面形成具有高硬度、高耐磨性的氮化物層。離子氮化設備由真空爐體工作室、真空維持及測量系統、滲氮介質供給系統、溫度測量及控制系統和供電及控制系統等部分組成。離子氮化與氣體氮化相比具有氮化速度快、能控制滲層組織、零件變形小、節能和環保等優點，但是離子滲氮的滲氮層深度一般較淺，對于氣缸套這種工作環境惡劣零件來說，太淺的滲層往往不能承受巨大的壓力和摩擦力的考驗。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種滲氮速度快、滲層深、能夠滿足發動機氣缸套技術要求的離子滲氮工藝。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種適用于發動機氣缸套的深層離子滲氮工藝，包括以38CrMoAlA為氣缸套材質、脈沖電源輝光離子氮化爐為離子滲氮設備、以液氨為氮離子氣源的離子滲氮工藝，氣缸套在氮化處理前調質處理，調質處理的回火溫度為560-580℃，氣缸套在氮化處理前的機械性能為σ_b≥883?N/mm²、σ_s≥736?N/mm²、δ₅≥10%、ψ≥45%、Α_Κ≥78?J、HB?=262～302?、d_B=3.5～3.75，其特征在于：所述離子滲氮工藝包括清洗工序、裝爐工序、離子滲氮工序、出爐工序，

所述清洗工序是首先將氣缸套上的毛刺、銹跡用機械方法清理干凈，然后將氣缸套在第一道清洗劑（JA0206溶劑型清洗劑）槽內浸泡2min～4min，晾干，再進入第二道清洗劑（JA0206溶劑型清洗劑）槽內進行第二次清洗，再用清水漂洗干凈并立即風干或烘干；

所述裝爐工序是將清洗好的氣缸套放置在脈沖電源輝光離子氮化爐的陰極盤上，放置過程中首先在陰極盤上用導體柱均衡支起一底支撐盤，氣缸套均勻放置在底支撐盤上，在氣缸套上部蓋有頂板，頂板上和底支撐盤上對應氣缸套的位置均開有通孔；

所述離子滲氮工序包括抽真空、打弧、升溫、保溫階段，當脈沖電源輝光離子氮化爐內真空度達到50Pa以下時，將設備電壓設定在650V，調節占空比、點燃輝光開始打弧，打弧初期電流表指示值應接近零位，當打弧頻率減弱時，繼續調大占空比，如此反復，直到占空比為70%、打弧頻度再變弱后，將占空比調節為零并將電壓調到700V，然后再逐漸調大占空比繼續打弧；當占空比再到70%并且打弧頻度變弱后，向脈沖電源輝光離子氮化爐內通入氨氣，繼續打弧，此時爐內溫度開始升高；

所述升溫，是在上述打弧過程中，弧光基本消失、輝光穩定、電流不再增加時，加大爐內氨氣的通入量，通過調整占空比、電阻檔位，使氮化爐繼續升溫，并將爐內電壓調到750V，直到爐內溫度達到520℃，開始進入保溫階段；