專利名稱：強化氣缸套的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣缸套領(lǐng)域，尤其是一種用來解決氣缸套在退刀槽處斷缸問題或支撐肩斷裂問題的強化氣缸套的方法。
背景技術(shù)：
氣缸套是發(fā)動機的關(guān)鍵零件之一,處于發(fā)動機的“心臟”部位，氣缸套與活塞、氣缸蓋共同組成密閉的氣缸工作空間。氣缸套的可靠性直接決定發(fā)動機的可靠性，在氣缸套失效模式中，支承肩斷裂是一項很危險的失效，輕者損壞活塞及活塞環(huán)，重者連缸體、缸蓋及連桿都損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過激光沖擊強化氣缸套退刀槽來顯著提高氣缸套機械性能，有效地防止氣缸套在使用期間因斷缸而失效的強化氣缸套的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種強化氣缸套的方法，利用激光沖擊氣缸套上支撐肩后側(cè)的退刀槽槽底圓角所形成的弧面。激光沖擊所述弧面前，弧面里外依次設有能量吸收層和約束層，激光沖擊時，激光沖擊的技術(shù)參數(shù)如下波長為1054nm，輸出光發(fā)散度0 (1. 7mrad，脈沖能量 42J，激光功率密度為10. 6 16. 9GW/cm2，激光脈沖寬度FWHM為23ns，輸出不穩(wěn)定性彡±10%，激光光斑直徑為5mm,光斑搭接面積不超過激光束光斑面積的1/5。激光功率密度為10. 6Gff/cm2時，為單次沖擊。所述能量吸收層為厚度2mm的黑漆層，約束層為厚度3mm的流水層。 所述氣缸套設置在旋轉(zhuǎn)工作臺上，激光沖擊氣缸套時，進行激光沖擊的激光沖擊裝置固定不動，工作臺帶動氣缸套轉(zhuǎn)動，氣缸套的轉(zhuǎn)速為3° /S。本發(fā)明所述的強化氣缸套的方法，具有如下優(yōu)點經(jīng)激光沖擊后氣缸套沖擊部位的表層晶粒細化金相組織，顯微硬度得以顯著提高，其顯微硬度高達500HV，激光沖擊強化后退刀槽圓角處的應力分布得以改善，殘余應力由拉應力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?，其平均值高達-380MPa，從而有效地減少了微裂紋的產(chǎn)生，提高了氣缸套的壽命。萬能材料試驗機檢測氣缸套壓潰力大于等于300KN，相對于滾壓強化壓潰力提高40%，且激光沖擊具有操作簡便，易于實現(xiàn)自動化操作等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明沖擊部位的結(jié)構(gòu)示意 圖2是激光沖擊時沖擊表面的結(jié)構(gòu)示意 圖3是激光沖擊前氣缸套沖擊部位的金相組織示意 圖4是激光沖擊后氣缸套沖擊部位的金相組織示意圖。
具體實施方式
由圖1所示的強化氣缸套的方法，利用激光沖擊氣缸套I上支撐肩2后側(cè)的退刀槽4槽底圓角所形成的弧面3。支撐肩2位于氣缸套I的前端，退刀槽4位于氣缸套I上支撐肩2的后側(cè)，退刀槽4的后側(cè)為氣缸套I的上環(huán)帶。退刀槽4的截面為夾角狀，退刀槽4 槽底圓角形成的弧面3為圓弧面，該弧面3也為環(huán)繞氣缸套周圈的圓環(huán)形弧面，該弧面3即為沖擊部位。
所述的氣缸套I離心鑄造的鑄態(tài)貝氏體材質(zhì)，其金相組織如圖3所示，其具有較高強度、耐磨性。其化學成份C= (2· 80 3· 40)%，Si= (1. 90^2. 60)%, Mn= (O. 50 1· 00) %， S < O. 12%, P < O. 30%, Cr= (O. 2(Γθ· 40) %，Cu= (O. 4(Γθ· 80) %，Ni= (O. 2(Γθ· 70) %，Mo= (O. 20 0· 70) %。力學性能抗拉強度σ b彡400MPa，硬度為(285 330) HB0金相組織A型石墨+貝氏體+少量殘奧。
進行激光沖擊的激光沖擊裝置采用釹玻璃激光器，激光沖擊裝置包括四個組成部分(I)高功率釹玻璃激光系統(tǒng)；(2)激光電源系統(tǒng)；(3)激光能源系統(tǒng)；(4)導光臂與激光沖擊頭系統(tǒng)。由于激光沖擊裝置為現(xiàn)有技術(shù)，故不詳細敘述。激光沖擊氣缸套I所述弧面3前，氣缸套I先設置在旋轉(zhuǎn)工作臺上，進行激光沖擊的激光沖擊裝置固定不動，工作臺帶動氣缸套I轉(zhuǎn)動，氣缸套I的轉(zhuǎn)速為3° /S。這樣，使入射的激光束5能夠在氣缸套I隨同工作臺夾具回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的同時始終沖擊氣缸套I支撐肩2與上環(huán)帶之間的退刀槽4槽底弧面3處。并且激光沖擊前，所述沖擊部位的弧面3 里外依次設有能量吸收層7和約束層9，所述能量吸收層7為厚度2_的黑漆層，黑漆層由沖擊部位上涂設的黑漆形成，約束層9為厚度3_的流動著的流水層。激光沖擊時，激光沖擊的技術(shù)參數(shù)如下波長為1054nm,輸出光發(fā)散度Θ (1. 7mrad,脈沖能量 42J,激光脈沖寬度FWHM 23ns，輸出不穩(wěn)定性< ±10%，激光光斑直徑為5mm，光斑搭接面積不超過激光束5光斑面積的1/5。在本例中，激光功率密度約為10. 6GW/cm2，激光沖擊所述弧面3為單次沖擊。如圖2所示，激光沖擊裝置發(fā)出的激光束5在沖擊時，在能量吸收層7上形成等離子體6,在沖擊部位-弧面3上形成沖擊波8。
當然，本發(fā)明不拘泥于上述形式，激光功率密度可為10. 6 16. 9GW/cm2，沖擊數(shù)量也可根據(jù)實際操作設定。均可達到所需目的。
經(jīng)激光沖擊后氣缸套I沖擊部位的表層晶粒細化金相組織如圖4所示，顯微硬度得以顯著提高，其顯微硬度高達500HV，激光沖擊強化后退刀槽4圓角處的應力分布得以改善，殘余應力由拉應力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?，其平均值高達_380MPa，從而有效地減少了微裂紋的產(chǎn)生，提高了氣缸套I的壽命。萬能材料試驗機檢測氣缸套I壓潰力大于等于300KN，相對于滾壓強化壓潰力提高40%。
本發(fā)明所述的強化氣缸套方法，是一種采用激光沖擊表面強化氣缸套I的方法， 主要用來解決YC4108 (玉柴產(chǎn)品)等氣缸套I在退刀槽4處斷缸問題，其原理是利用短脈沖、高峰值密度功率的激光輻射金屬材料表面產(chǎn)生高壓等離子體沖擊波作用于金屬表面并向里傳播，使沖擊波峰值超過材料動態(tài)屈服強度(灰鑄鐵是脆性材料，其動態(tài)屈服強度近似等于材料的抗拉強度)，即當沖擊波峰值超過灰鑄鐵材料的抗拉強度時在材料表面產(chǎn)生應變硬化和殘余壓應力同時使材料發(fā)生一定的錯位并細化晶粒，經(jīng)激光沖擊處理后氣缸套I 退刀槽4表層呈殘余壓應力狀態(tài)，可以松弛材料內(nèi)部的應力集中，并且氣缸套I支承肩退刀槽4圓弧經(jīng)激光沖擊后，其表面晶粒被細化，在退刀槽4處形成應變硬化及殘余壓應力，使 其機械性能顯著提高。從而有效地避免了氣缸套I在退刀槽4處斷缸問題的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種強化氣缸套的方法，其特征在于利用激光沖擊氣缸套上支撐肩后側(cè)的退刀槽槽底圓角所形成的弧面。
2.如權(quán)利要求1所述的強化氣缸套的方法，其特征在于激光沖擊所述弧面前，弧面里外依次設有能量吸收層和約束層，激光沖擊時，激光沖擊的技術(shù)參數(shù)如下波長為1054nm，輸出光發(fā)散度0彡1. 7mrad，脈沖能量 42J，激光功率密度為10. 6 16. 9GW/cm2，激光脈沖寬度FWHM為23ns，輸出不穩(wěn)定性< 土 10%，激光光斑直徑為5mm，光斑搭接面積不超過激光束光斑面積的1/5。
3.如權(quán)利要求2所述的強化氣缸套的方法，其特征在于激光功率密度為10.6Gff/cm2時，為單次沖擊。
4.如權(quán)利要求3所述的強化氣缸套的方法，其特征在于所述能量吸收層為厚度2mm的黑漆層，約束層為厚度3_的流水層。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的強化氣缸套的方法，其特征在于所述氣缸套設置在旋轉(zhuǎn)工作臺上，激光沖擊氣缸套時，進行激光沖擊的激光沖擊裝置固定不動，工作臺帶動氣缸套轉(zhuǎn)動，氣缸套的轉(zhuǎn)速為3° /S。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強化氣缸套的方法，利用激光沖擊氣缸套上支撐肩后側(cè)的退刀槽槽底圓角所形成的弧面。本發(fā)明是一種通過激光沖擊強化氣缸套退刀槽來顯著提高氣缸套機械性能，有效地防止氣缸套在使用期間因斷缸而失效的強化氣缸套的方法。
文檔編號C21D10/00GK103014313SQ201210499399
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張亮亮, 曾應鴿, 李育飛, 宜娜 申請人:河南省中原內(nèi)配股份有限公司