一种灰铸铁气缸套及其气体渗氮生产工艺

摘要

一种灰铸铁气缸套及其气体渗氮生产工艺，属于气缸套技术领域，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳：3.0-3.6%，硅：2.0-2.8%，磷：0.1-0.4%，0＜硫＜0.12%，锰：0.5-1.0%，铜：0.2-0.5%，0＜钛＜0.06%，0＜钒＜0.04%，余量为铁。本发明的灰铸铁气缸套组织为片状石墨（A型石墨大于50%）；基体为珠光体（数量大于95%）+铁素体+少量弥散分布的碳化物和磷共晶。在缸套上进行渗氮处理，获得氮化层厚度为0.15-0.35mm，氮化层硬度为600-800HV气缸套。本发明的渗氮灰铸铁气缸套具有硬度高、抗磨性高、耐磨性能好等优点。

说明书

技术领域

本发明属于气缸套领域，具体涉及一种灰铸铁气缸套及其气体渗氮生产工艺。

背景技术

目前，目前生产的灰铸铁气缸套，机械性能不高，工作区域硬度比钢质缸套低，但是钢质缸套具有成本高，寿命低、减磨性能差的缺陷，如何使两种材质的缸套的优点结合一起，使之获得更好耐磨机械性能，是亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种灰铸铁气缸套及其气体渗氮生产工艺。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种灰铸铁气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳（C）：3.0-3.6%，硅（Si）：2.0-2.8%，磷（P）：0.1-0.4%，0＜硫（S）＜0.12%，锰（Mn）：0.5-1.0%，铜（Cu）：0.2-0.5%，0＜钛（Ti）＜0.06%，0＜钒（V）＜0.04%，余量为铁（Fe）。

上述的灰铸铁气缸套的气体渗氮生产工艺，包括如下步骤：

（1）按比例进行配料，用中频无芯感应电炉进行熔炼，控制铁液出炉温度为1480℃-1520℃，出炉前对铁液进行两次孕育剂处理，第一次处理使用75硅铁孕育剂且加入量为铁液质量的0.5%-0.6%，第二次处理使用硅锶孕育剂且加入量为铁液质量的0.12%-0.2%，然后用金属型湿涂料离心铸造常规工艺制备气缸套铸件；

（2）对气缸套铸件进行渗氮处理：

a）将气缸套铸件装框沉入氮化炉中，将炉内空气抽至-0.9MPa以下后通入氨气；

b）当炉内气压升至正值后打开排气阀，并调节液氨气流量为1-3m³/min；

c）将氮化炉升温至480℃并保温10分钟，再在1个小时内升温至550℃，并在550℃保温3-4个小时，氨分解率控制在20-30%，调节氨气流量至2m³/min以下；然后将炉温升至560℃保温30分钟，氨分解率控制在40-60%；

d）开启热交换系统将氮化炉降温至150℃后，关闭氨气流量阀，打开氮化炉取出气缸套铸件，自然冷却至室温即得氮化层厚度为0.15-0.35mm，氮化层硬度为600-800HV的灰铸铁气缸套。

本发明的灰铸铁气缸套组织为片状石墨（A型石墨大于50%）；基体为珠光体（数量大于95%）+铁素体+少量弥散分布的碳化物和磷共晶；氮化层厚度为0.15-0.35mm，氮化层硬度为600-800HV气缸套。

本发明的灰铸铁气缸套具有硬度高、抗磨性高、耐磨性能好等优点，本发明的气体氮化工艺具有下述优点：

1.在一般灰铸铁汽缸套上进行渗氮，开辟了一种新的灰铸铁汽缸套渗氮方法；

2.和正常的气体氮化工艺相比，本方法具有时间短、范围广、成本低优势；

3.将普通气体氮化工艺的20小时以上缩短至5个小时以内，可以对灰铸铁进行气体氮化，普通气体氮化只能对合金钢材进行有效的氮化工作；

4.氮化工艺的过程控制等参数范围适用于直径小于120mm，薄厚2-10mm灰铸铁缸套。

附图说明

图1为本发明灰铸铁缸套的金相组织图，图中条状分布的为石墨，基体为珠光体。

图2为本发明气缸套工作区域渗氮层的金相组织图，图中白色区域为渗氮层，浅灰色为过渡区，层片状为珠光体基体。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

一种灰铸铁气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计（%）：C：3.6，Si：2.8，P：0.4，S：0.01，Mn：0.5，Cu：0.2，：Ti：0.04，V：0.01，余量为Fe。

上述的灰铸铁气缸套的气体渗氮生产工艺，包括如下步骤：

（1）按比例进行配料，用中频无芯感应电炉进行熔炼，控制铁液出炉温度为1485℃，出炉前对铁液进行两次孕育剂处理，第一次处理使用75硅铁孕育剂且加入量为铁液质量的0.5%，第二次处理使用硅锶孕育剂且加入量为铁液质量的0.2%，用金属型湿涂料离心铸造常规工艺制备气缸套铸件；

（2）对气缸套铸件进行渗氮处理：

a）将气缸套铸件装框沉入氮化炉中并锁死炉盖，将炉内空气抽至-0.9MPa后通入氨气；

b）当炉内气压升至正值后打开排气阀，并调节液氨气流量为1-3m³/min；

c）将氮化炉升温至480℃并保温10分钟，再在1个小时内升温至550℃，并在550℃保温3-4个小时，氨分解率控制在20-30%，调节氨气流量至2m³/min以下；然后然后将炉温升至560℃保温30分钟，氨分解率控制在40-60%；

d）开启热交换系统将氮化炉降温至150℃后，关闭氨气流量阀，打开氮化炉取出气缸套铸件自然冷却至室温即得氮化层厚度为0.15-0.35mm，氮化层硬度为600-800HV的灰铸铁气缸套。

实施例2

一种灰铸铁气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计（%）：C：3.0，Si：2.0，P：0.1，S：0.04，Mn：1.0，Cu：0.5，Ti：0.03，V：0.03，余量为Fe。

上述的灰铸铁气缸套的气体渗氮生产工艺，包括如下步骤：

（1）按比例进行配料，用中频无芯感应电炉进行熔炼，控制铁液出炉温度为1505℃，出炉前对铁液进行两次孕育剂处理，第一次处理使用75硅铁孕育剂且加入量为铁液质量的0.6%，第二次处理使用硅锶孕育剂且加入量为铁液质量的0.12%，然后用金属型湿涂料离心铸造常规工艺制备气缸套铸件；

（2）对气缸套铸件进行渗氮处理：

a）将气缸套装铸件框沉入氮化炉中，将炉内空气抽至-0.9MPa后通入氨气；

b）当炉内气压升至正值后打开排气阀，并调节液氨气流量为1-3m³/min；

c）将氮化炉升温至480℃并保温10分钟，再在1个小时内升温至550℃，并在550℃保温3-4个小时，氨分解率控制在20-30%，调节氨气流量至2m³/min以下；然后将炉温升至560℃保温30分钟，氨分解率控制在40-60%；

d）开启热交换系统将氮化炉降温至150℃后，关闭氨气流量阀，打开氮化炉取出气缸套铸件自然冷却至室温即得氮化层厚度为0.15-0.35mm，氮化层硬度为600-800HV的灰铸铁气缸套。