內(nèi)燃機用蠕墨鑄鐵活塞環(huán)的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機零部件領域，特別涉及一種內(nèi)燃機用蠕墨鑄鐵活塞環(huán)。
【背景技術】
[0002] 近年，隨著延長汽車用發(fā)動機壽命以及提高燃油效率的市場要求，對該發(fā)動機所 使用的活塞環(huán)提出了寬度小且重量輕、低張力且摩擦損失小的要求。此處，活塞環(huán)被安裝在 活塞上，用于實現(xiàn)汽缸內(nèi)中的活塞的平滑往復運動，以及對高溫的燃燒氣體進行密封。安裝 有活塞環(huán)的活塞使汽缸內(nèi)形成燃燒室，從而該燃燒室內(nèi)的燃料的燃燒所產(chǎn)生的爆炸壓力轉 化為曲軸的旋轉。因此，要求安裝于活塞的活塞環(huán)具有能夠承受該燃燒室中的爆炸沖擊，以 及能夠長時間地、穩(wěn)定地密封高溫的燃燒氣體的功能。如果活塞環(huán)無法實現(xiàn)這種密封性的 提高時，將造成發(fā)動機輸出功率的降低或耗油量的增加等。為了提高上述的耐沖擊性和氣 密性，在活塞環(huán)中，存在能避免初始運行時的異常磨損的材質(zhì)、或可有效地防止氣體的泄漏 (漏氣）并適用于潤滑理論的形狀等與發(fā)動機的特征相對應的各種種類。例如，對于柴油發(fā) 動機用活塞來說，隨著根據(jù)近年的排放控制措施而導致的內(nèi)燃機的燃燒壓力增大，活塞受 到的載荷增大，由于必須能承受這樣的嚴苛的使用條件，因此活塞環(huán)槽的材質(zhì)成為鋼制或 者鑄鐵制。因此，當安裝與活塞環(huán)槽材質(zhì)相同的活塞環(huán)時，容易發(fā)生粘著磨損。為了抑制該 粘著磨損的發(fā)生，柴油發(fā)動機用活塞上所安裝的活塞環(huán)的形狀構成為，該活塞環(huán)的上表面 和/或下表面?zhèn)染哂泻驮摶钊h(huán)槽相同的傾斜角度的形狀。如果，活塞和活塞環(huán)之間發(fā)生 粘著磨損，則活塞環(huán)上下表面和活塞的活塞環(huán)槽之間的密封性變差，造成發(fā)動機輸出功率 的降低或耗油量的增大等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種內(nèi)燃機用蠕墨鑄鐵活塞 環(huán)，使活塞環(huán)在高溫下能長期持續(xù)地維持防止粘著的效果，解決汽缸內(nèi)周面的接觸面磨損 不均勻的問題，同時，通過改變活塞環(huán)的合金元素，優(yōu)化制造工藝，來提高活塞環(huán)本身的綜 合性能，使活塞環(huán)更經(jīng)久耐用。
[0004] 本發(fā)明采用的技術方案如下：一種內(nèi)燃機用蠕墨鑄鐵活塞環(huán)，包括活塞環(huán)本體， 所述活塞環(huán)本體的上表面、下表面和朝活塞環(huán)槽的一面覆蓋有一層防粘膜，活塞環(huán)本體與 汽缸接觸的一面設有一層耐磨層，所述防粘膜包括第一皮膜和第二皮膜，所述第一皮膜覆 蓋在所述第二皮膜上，所述第二皮膜覆蓋在活塞環(huán)本體上，所述耐磨層沿著活塞環(huán)本體與 汽缸接觸的一面延伸形成第一舌部和第二舌部，所述第一舌部的外周面形成鼓出的圓筒形 狀，并在所述活塞環(huán)本體與汽缸接觸的一面形成開口部，所述第二舌部的外周面形成鼓出 的圓筒形狀，并在所述活塞環(huán)本體與汽缸接觸的一面形成開口部，即在耐磨層中部形成一 間隙。
[0005] 由于上述結構的設置，可以減小活塞環(huán)與活塞之間摩擦力，進而減緩粘接現(xiàn)象的 發(fā)生，即第一皮膜由聚四氟乙烯組成，聚四氟乙烯具有抗酸抗堿、抗各種有機溶劑的特點， 幾乎不溶于所有的溶劑，同時，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點，它的摩擦系數(shù)極低，應用廣 泛，用作防粘層是最理想的材料，因此，能夠通過初期的與環(huán)槽表面之間的滑動而在短時間 內(nèi)除去環(huán)槽表面的突起，同時不會大幅損傷環(huán)槽表面。在活塞環(huán)中，活塞的上下運動和燃燒 壓力會使活塞環(huán)的上下側面叩擊環(huán)槽表面，即當活塞往下運動時，活塞環(huán)槽的上側面與防 粘膜上表面發(fā)生叩擊滑蹭，當活塞往上運動時，活塞環(huán)槽的下側面與防粘膜下表面發(fā)生叩 擊滑蹭，兩種運動都會讓活塞環(huán)受到強的應力。但是，在本發(fā)明的活塞環(huán)中，由于在早期除 去環(huán)槽表面的突起而不損傷環(huán)槽表面，因此，環(huán)槽表面對活塞環(huán)的防粘膜的攻擊性也在早 期降低。并且，防粘膜使得與環(huán)槽表面間的叩擊滑蹭所引起的應力被緩和，故聚防粘膜得以 長期維持，能夠持續(xù)維持優(yōu)異的防止粘著的效果。將活塞環(huán)本體與汽缸接觸的一面設置一 層耐磨層，即耐磨層與汽缸內(nèi)壁接觸，一方面可以提高活塞環(huán)的耐磨性，另一方面，耐磨層 設置成第一舌部和第二舌部的緣由是，由于第一舌部的外周面以及第二舌部的外周面分別 形成為圓筒形狀，因此在第一舌部的外周面以及第二舌部的外周面上分別存在有圓筒中央 部。因此，通過第一舌部或者第二舌部的圓筒中央部確保了活塞環(huán)的密封性，從而抑制了燃 燒廢氣從燃燒室側向曲柄室側穿過。其結果為，活塞環(huán)的耐久性提高，防止了在恒定的位置 接觸面壓變高，抑制了活塞環(huán)、工作缸內(nèi)周面的不均勻磨損。
[0006] 進一步，所述第二皮膜為磷酸錳皮膜，厚度為5-10 μ m，所述第一皮膜為聚四氟乙 烯皮膜，厚度為15-30 μ m，所述耐磨層碳化鎢涂層，平均厚度為50-200 μ m，所述第二皮膜 形成方法為，對活塞環(huán)本體的上下側面以及朝活塞環(huán)槽的一面進行研磨加工，使該上下側 面成為平臺結構，然后對該活塞環(huán)的外周面進行離子鍍敷，形成厚度約20 μm的碳化鎢皮 膜，進行堿法脫脂后，在溫度為80°C的磷酸錳水溶液中浸漬6min，從而在活塞環(huán)本體的外 周面上形成磷酸錳皮膜，所述第一皮膜形成方法為，用印刷法將聚四氟乙烯涂布在所述第 二皮膜上，所述碳化鎢涂層用熱噴涂法噴涂，然后再精加工成上述形狀。
[0007] 進一步，所述活塞環(huán)本體為蠕墨鑄鐵制成，所述蠕墨鑄鐵按重量百分比計由如下 成分組成：碳為 3. 4-3. 8%，硅為 2. 1-2. 6%，鉬為 0. 1-0. 3%，錳為 0. 2-0. 3%，鈮為 0. 2-0. 3%， 鉻為 0· 1-0. 2%，錫為 0· 01-0. 03%，銻為 0· 01-028%，釩為 0· 1-0. 18%，鈦為 0· 15-0. 25%，磷和 硫的總含量不超過〇. 06%，余量為鐵及其不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 進一步，所述懦墨鑄鐵按重量百分比計由如下成分組成：碳為3. 55%，娃為2. 2%， 鉬為0. 15%，錳為0. 27%，鈮為0. 24%，鉻為0. 15%，錫為0. 025%，銻為0. 023%，釩為0. 14%，鈦 為0. 18%，磷和硫的總含量不超過0. 06%，余量為鐵及其不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 進一步，所述懦墨鑄鐵的制備方法包括以下步驟： 步驟1、原料準備及鐵液熔煉，鐵液熔煉時，將原料鐵放入轉爐中加熱熔化，待原料鐵全 部熔化后，調(diào)節(jié)熔池溫度，使熔池溫度控制在1400°C左右，然后向熔池中加入脫碳劑，脫硫 劑，脫氧劑，對熔池里的鐵水進行脫碳、脫硫、脫氧； 步驟2、脫碳、脫硫、脫氧工序完成后，升溫熔池溫度，使之達到1440Γ，然后向熔池中， 連續(xù)加入鉻鐵和錳鐵，使熔池中的鉻含量和錳含量達到預定要求，調(diào)節(jié)溫度，使溫度控制在 1470°C，保持 IOmin ; 步驟3、步驟2完成后，加入脫氧劑進彳丁二次脫氧，之后加入鑰鐵、銀鐵、金屬錫、f凡鐵和 鈦鐵，使鋼中的合金成分達到預定要求，然后微調(diào)鋼液中的化學成分； 步驟4、將占鐵液總重量0. 55 %的CaC2粉體裝于空心T形耐火材料管內(nèi)，將T形管插 入鐵液包內(nèi)，使其按65rad/min速度攪拌，攪拌時間5min ; 步驟5、將澆注處理包在40(TC進行烘烤，然后將蠕化劑、孕育劑和覆蓋劑和金屬銻置 于包底； 步驟6、將步驟4得到鐵液進行合金成分檢驗，檢驗合格后，用沖入法將鐵液倒入澆注 處理包中，出爐溫度控制在1470°C，當出鐵液到包內(nèi)約3/4時，停止出鐵，然后加入占鐵液 重量0. 9 %的稀土鎂鈣蠕化劑和0. 45%的75硅鐵孕育劑，出鐵槽沖入法孕育；孕育處理完 成后，將剩余的1/4的鐵液倒入鋼包內(nèi)，并攪拌5min ; 步驟7、步驟6完成后，采用占鐵水重量0. 25 %的珍珠巖除渣劑進行扒渣2次，用0. 3 % 珍珠巖保溫覆蓋劑在鐵水表面形成40_厚的保溫覆蓋層； 步驟8、蠕化處理后，在17 min內(nèi)將鐵水澆注完畢，得到活塞環(huán)鑄件。
[0010] 進一步，將得到的活塞環(huán)鑄件進行熱處理，其工藝為：將活塞環(huán)鑄件置于熱處理爐 中并加熱到880°C，保溫2h后油淬，油淬后再將活塞環(huán)鑄件加熱至550°C回火2. 5h，回火完 成后空冷至室溫，最后將熱處理后的活塞環(huán)鑄件機械加工至設計尺寸，檢驗合格后包裝入 庫。
[0011] 在本發(fā)明的蠕墨鑄鐵所用原料中，鉻無論共晶、共析過程均阻礙石墨化，促進珠光 體生成，由于鉻元素和鐵元素均為體心立方結構，鉻原子半徑與α-Fe的原子半徑非常接 近，無論在室溫還是較高溫度下，鉻在α-Fe中的溶解度均較高