本發明專利技術公開了一種適用于發動機氣缸套的深層離子滲氮工藝，包括清洗工序、裝爐工序、離子滲氮工序、出爐工序，裝爐工序是在陰極盤上用導體柱支起一底支撐盤，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；離子滲氮工序是當爐內真空度達到50Pa以下時，電壓設定在650V開始打弧，然后依次調大電壓和占空比，在電壓調到700V、打弧頻度變弱后，向爐內通入氨氣，當弧光基本消失、輝光穩定、電流不再增加時，將爐內電壓調到750V，并在520℃保溫15h，540℃保溫25h，氨氣流量為0.5-0.8L/min，真空度為500-800Pa，降溫時使氣缸套在輝光狀態下緩慢降溫，當溫度降至300℃以下后，停爐停氣冷卻。本發明專利技術的離子滲氮工藝滲氮速度快、滲層深、能夠滿足發動機氣缸套技術要求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術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。
技術介紹
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S76HRA，氮化層深度要求O. 3 O. 6mm，氮化層脆性為I級，成品氣缸套內徑公差要求為O. 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°C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IO5Pa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。
技術實現思路
本專利技術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，本專利技術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°C，氣缸套在氮化處理前的機械性能為σ b彡883 N/mm2、σ s ^ 736 N/mm2、δ 5 彡 10%、Ψ 彡 45%、A K ^ 78 J、HB =262 302、dB=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??；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°C，開始進入保溫階段； 保溫階段是在520°C保溫15h，然后升溫到540°C保溫25h，保溫過程中氨氣流量控制在O. 5-0. 8L/min，真空度控制在500_800Pa，達到保溫時間時，減小氨氣流量，調低電壓、調小占空比繼續維持輝光，使氣缸套在輝光狀態下緩慢降溫，當溫度降至300°C以下后，停爐停氣冷卻，當氣缸套實際溫度降至150°C以下出爐。本專利技術的底支撐盤上均布有凹槽，凹槽內放置有底支撐座，氣缸套配合放置在底支撐座上，氣缸套外面套裝有屏蔽套；所述頂板與底支撐盤設置有支撐桿。所述脈沖電源輝光離子氮化爐內測溫熱電偶的測溫頭的周圍設置3個Φ50Χ120的圓鋼柱。由于采用了上述技術方案，本專利技術取得的技術進步是本專利技術的方法滲氮速度快、滲層深、能夠滿足發動機氣缸套技術要求。與氣體氮化相比本專利技術的離子氮化工藝，滲氮時間可以縮短20h左右，生產周期比氣體氮化要縮短三分之一左右。經多次重復實驗證明，利用本專利技術的方法生產的發動機氣缸套的變形均在允許范圍之內，與氣體氮化相比變形小的多。從金相組織來看，本專利技術的方法所得的滲氮層的擴散層中呈脈狀分布的氮化物量少，且細小、不連續，組織均勻致密，脆性小。將氣缸套進行臺架對比考核試驗發現，本專利技術的方法生產的氣缸套符合發動機氣缸套成品技術要求。本專利技術方法的離子氮化成品表面硬度高于氣體氮化，使用性能略優于氣體氮化，進而提高了缸套的使用壽命。本專利技術的裝爐方式使爐內氣缸套分布均勻，蓋在氣缸套上面的頂板可以減少氣缸套的散熱速度，支撐桿的設置可以對頂板有一定的支撐作用，防止頂板對氣缸套施加過大的壓力，減小氣缸套的變形。同時頂板和底支撐盤上對應通孔，有利于滲氮氣氛流動。氣缸套外面套裝的屏蔽套，可以防止氣缸套外表面發生滲氮，使氣缸套的后續機械加工工藝簡化。測溫熱電偶的測溫頭的周圍設置圓鋼柱的目的是使測溫熱電偶附近溫度盡可能地接近爐內缸套實際溫度。附圖說明圖I是本專利技術的裝爐方式示意圖；其中，I、底支撐盤，2、頂板，3、底支撐座，4、屏蔽套，5、氣缸套，6、中間支撐座，7、支撐桿，8、導體柱，9、陰極盤。圖2是氣體滲氮(510°C 12h+570°C 48h)的滲氮層500倍金相組織照片。圖3是本專利技術方法所得的滲氮層500倍金相組織照片，按國家標準GB/T11354-1989《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相檢驗》檢測擴散層中氮化物級別為I 2級。具體實施例方式適用于發動機氣缸套的深層離子滲氮工藝，氣缸套材質為38CrMoAlA，氣缸套氮化后表面硬度> 80HRA，成品氣缸套表面硬度> 76HRA ;氮化層脆性為I級；氣缸套氮化后氮化層深度O. 52-0. 80mm,成品氣缸套氮化層深度O. 3-0. 6mm ;氮化后內孔尺寸偏差要求在O. 09 mm以內，本實施例中氮化后氣缸套的內孔尺寸要求Φ 149. 68-Φ 149. 77 mm。滲氮設備為LDMC-150型脈沖電源輝光離子氮化爐，該設備可輸出O 1000V連續可調電壓，爐體有效工作尺寸為Φ 1200Χ 1300mm，鐘罩內壁配置雙層隔熱屏，內隔熱屏材質為不銹鋼，外隔熱屏材本文檔來自技高網...
【技術保護點】
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σb≥883？N/mm2、σs≥736？N/mm2、δ5≥10%、ψ≥45%、ΑΚ≥78？J、HB？=262～302？、dB=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槽內浸泡2min～4min，晾干，再進入第二道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（8）均衡支起一底支撐盤（1），氣缸套均勻放置在底支撐盤（1）上，在氣缸套上部蓋有頂板（2），頂板（2）上和底支撐盤（1）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??；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；保溫階段是在520℃保溫15h，然后升溫到540℃保溫25h，保溫過程中氨氣流量控制在0.5？0.8L/min，真空度控制在500？800Pa，達到保溫時間后，減小氨氣流量，調低電壓、調小占空比繼續維持輝光，使氣缸套在輝光狀態下緩慢降溫，當溫度降至300℃以下后，停爐停氣冷卻，當氣缸套實際溫度降至150℃以下即可出爐。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：
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