一种大理石斑纹气缸套及其制备方法与流程

本发明属于发动机配件技术领域，具体涉及一种大理石斑纹气缸套及其制备方法。

背景技术：

气缸套作为发动机的心脏部件，其和活塞环构成摩擦副，气缸套的耐磨和减磨特性直接关系到发动机持久耐用、排放环保等指标要求。

目前气缸套为提高耐磨性通常采用提高材料硬度的方法：在材料上加入大量合金，生成碳化物等硬质相提高材料硬度；通过表面处理方法，如高频淬火、激光合金化电镀松孔铬等。提高减磨性通常采用：1、调整缸套内孔网纹参数，改善润滑；2、通过表面处理在缸套表面增加减磨涂层，如硫化钼涂层、DLC涂层等。现有方法对于提高缸套耐磨性和减磨性很有效，但是大多数工艺成本较高，且耐磨性和减磨性配合性能有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种耐磨性和减磨性优良的大理石斑纹气缸套及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳2.7~3.4%，硫 ≤0.12%，硅1.8~2.6%，磷 0.1~0.4%，锰0.4~0.9%，铬0.2~0.5%，硼0.01-0.08%，铜0.25-1.5%，钼 0.1-0.6%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法，包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1480～1520℃；

②出炉前加入铁液重量0 .55～0 .65%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅钡钙孕育剂、硅锶孕育剂或硅钡孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

优选的，步骤④所述磷化处理步骤是：将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡2-6分钟，表面调整剂浸泡后气缸套放在磷化液中80-88℃下磷化12-15分钟或90-95℃下磷化8-11 分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡2-6分钟，表面调整剂浸泡后气缸套放在磷化液中80-88℃下磷化12-15分钟或90-95℃下磷化8-11 分钟，再次水洗，烘干。

本发明提供的磷化液之一是，由下述组分组成：马日夫盐30-40 g/L、硝酸钠15-25 g/L、氟化钠1-2 g/L，余量为水。

本发明提供的磷化液之二是，由下述组分组成：马日夫盐30-45 g/L、硝酸锌60-80 g/L、亚硝酸钠3-4 g/L、氟化钠1-2 g/L，余量为水。

本发明提供的磷化液之三是，由下述组分组成：硝酸锌80-100g/L、磷酸二氢锌30-40 g/L、亚硝酸钠1-2 g/L，余量为水。

所述步骤⑤中对气缸套铸件内孔进行抛光所用的抛光材料为软木砂条或纤维抛光布。

本发明中的表面调整剂采用现有常规的表面调整剂即可；优选的，所述表面调整剂为3-5wt%磷酸溶液。

本发明产生的有益效果是，通过在常用合金灰铸铁材料中加入适量P、B、Mo等元素，在离心铸造成型后，气缸套毛坯金相组织中形成多元磷共晶组织，然后通过对缸套成品进行磷化处理，在缸套表面形成磷酸盐转化膜；由于组织中的多元磷共晶组织电位较高、耐蚀性较强、不参与磷化反应，所以在缸套表面存在多元磷共晶组织处没有形成磷酸盐转化膜，所以在缸套磷化表面形成未磷化的大理石状斑纹。将磷化后的缸套内孔使用软木砂条或纤维布进行抛光，经抛光后的缸套内孔表面的大理石斑纹更加清晰。

在气缸套内孔表面的白色大理石斑纹组织为四元磷共晶组织，其中包含a-Fe、Fe₃P、Fe₃C、Mo₆C，其中Fe₃P、Fe₃C、Mo₆C均为硬质耐磨相，它们在缸套内孔表面起到耐磨支撑作用；斑纹以外的磷化膜本身就是良好的润滑剂，同时磷化膜可以贮存润滑油，起到良好的减磨润滑作用；在缸套内孔的大理石斑纹硬质相和磷化膜相互组合起来，使气缸套同时具有优良的耐磨性和优良的减磨性，大幅降低气缸套摩擦副的摩擦损耗，提高效率和使用寿命。

附图说明

图1为实施例1得到的气缸套基体组织金相图；

图2为实施例1得到的气缸套表面斑纹宏观图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳3.38%，硫0.11%，硅1.89%，磷 0.38%，锰0.43%，铬0.22%，硼0.018%，铜0.28%，钼 0.52%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1500℃；

②出炉前加入铁液重量0.6%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅锶孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤用纤维抛光布对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

步骤④所述磷化处理步骤是：将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡4分钟，再放在磷化液中85℃下磷化13分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡5分钟，再放在磷化液中85℃下磷化13分钟，再次水洗，烘干。磷化液由下述组分组成：马日夫盐35 g/L、硝酸钠20 g/L、氟化钠1.5 g/L，余量为水。表面调整剂为4wt%磷酸溶液。

本实施例制备得到的气缸套基体组织金相图如图1所示，气缸套表面斑纹宏观图如图2所示，在气缸套内孔表面的白色大理石斑纹组织为四元磷共晶组织，其中包含a-Fe、Fe₃P、Fe₃C、Mo₆C，其中Fe₃P、Fe₃C、Mo₆C均为硬质耐磨相，它们在缸套内孔表面起到耐磨支撑作用；斑纹以外的磷化膜本身就是良好的润滑剂，同时磷化膜可以贮存润滑油，起到良好的减磨润滑作用；在缸套内孔的大理石斑纹硬质相和磷化膜相互组合起来，使气缸套同时具有优良的耐磨性和优良的减磨性，大幅降低气缸套摩擦副的摩擦损耗，提高效率和使用寿命。

实施例2

一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳2.7%，硫 0.12%，硅1.8%，磷 0.1%，锰0.4%，铬0.5%，硼0.08%，铜1.5%，钼 0.6%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法，包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1520℃；

②出炉前加入铁液重量0.55%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅钡钙孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤用软木砂条对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

步骤④所述磷化处理步骤是：将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡2分钟，再放在磷化液中88℃下磷化12分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡2分钟，再放在磷化液中88℃下磷化12分钟，再次水洗，烘干。磷化液由下述组分组成：马日夫盐30 g/L、硝酸锌80 g/L、亚硝酸钠3 g/L、氟化钠1g/L，余量为水。表面调整剂为3wt%磷酸溶液。

实施例3

一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳3.1%，硫 0.1%，硅2.2%，磷 0.2%，锰0.6%，铬0.4%，硼0.04%，铜0.5%，钼 0.4%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1480℃；

②出炉前加入铁液重量0.65%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅钡孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤用纤维抛光布对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

步骤④所述磷化处理步骤是将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡6分钟，再放在磷化液中80℃下磷化15分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡6分钟，再放在磷化液中80℃下磷化15分钟，再次水洗，烘干。磷化液由下述组分组成：硝酸锌80g/L、磷酸二氢锌40 g/L、亚硝酸钠1 g/L，余量为水。表面调整剂为5wt%磷酸溶液。

实施例4

一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳3.4%，硫 0.1%，硅2.6%，磷 0.4%，锰0.9%，铬0.2%，硼0.01%，铜0.25%，钼 0.1%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法，包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1480～1520℃；

②出炉前加入铁液重量0.65%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅锶孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤用软木砂条对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

步骤④所述磷化处理步骤是：将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡5分钟，再放在磷化液中90℃下磷化11 分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡5分钟，再放在磷化液中90℃下磷化11 分钟，再次水洗，烘干。马日夫盐45 g/L、硝酸锌60 g/L、亚硝酸钠4 g/L、氟化钠2 g/L，余量为水。表面调整剂为3.5wt%磷酸溶液。

实施例5

一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳2.7%，硫 0.11%，硅1.9%，磷 0.25%，锰0.75%，铬0.35%，硼0.07%，铜1.3%，钼 0.25%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法，包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1490℃；

②出炉前加入铁液重量0.55%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅锶孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤用纤维抛光布对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

步骤④所述磷化处理步骤是：将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡4分钟，再放在磷化液中95℃下磷化8分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡4分钟，再放在磷化液中95℃下磷化8 分钟，再次水洗，烘干。磷化液由下述组分组成：马日夫盐45 g/L、硝酸锌60 g/L、亚硝酸钠4 g/L、氟化钠2 g/L，余量为水。表面调整剂为4.5wt%磷酸溶液。

实施例6

一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳3.1%，硫 0.11%，硅2.2%，磷 0.25%，锰0.6%，铬0.35%，硼0.05%，铜0.75%，钼 0.4%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法，包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1510℃；

②出炉前加入铁液重量0.58%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅锶孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤用软木砂条对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

步骤④所述磷化处理步骤是：将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡3分钟，再放在磷化液中92℃下磷化10分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡3分钟，再放在磷化液中92℃下磷化10 分钟，再次水洗，烘干。磷化液由下述组分组成：硝酸锌100g/L、磷酸二氢锌30 g/L、亚硝酸钠2 g/L，余量为水。表面调整剂为4.5wt%磷酸溶液。

实施例7

一种大理石斑纹气缸套，所述气缸套材料的化学组成按如下重量百分比计：碳2.9%，硫 0.1%，硅2.4%，磷 0.3%，锰0.7%，铬0.3%，硼0.06%，铜1.2%，钼 0.4%，余量为铁。

所述大理石斑纹气缸套的制备方法，包括以下步骤：

①按比例进行配料，用变频感应电炉熔炼配料获得铁液，控制铁液出炉温度为1505℃；

②出炉前加入铁液重量0.62%的孕育剂处理，所述孕育剂为硅锶孕育剂；

③采用金属型湿涂料离心铸造常规工艺生产气缸套；

④将气缸套进行磷化处理；

⑤用纤维抛光布对磷化处理后的的气缸套内孔进行抛光；

⑥对步骤⑤抛光后的气缸套进行再次磷化处理。

步骤④所述磷化处理步骤是：将步骤③生产的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡2分钟，再放在磷化液中85℃下磷化12分钟，再次水洗，烘干；所述步骤⑥再次磷化处理步骤是：将步骤⑤处理后的气缸套除油，水洗，然后在表面调整剂中浸泡6分钟，再放在磷化液中95℃下磷化10分钟，再次水洗，烘干。磷化液由下述组分组成：马日夫盐30 g/L、硝酸锌80 g/L、亚硝酸钠3 g/L、氟化钠1 g/L，余量为水。表面调整剂为3.5wt%磷酸溶液。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。