CN115306580B - 一种提升发动机油环刮片质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升发动机油环刮片质量的方法，所述方法包括以下步骤：对油环刮片的断裂位置的表面状态及微观形貌进行分析；在油环刮片的断裂位置附近取样检查外圆氮化层的深度，统计所有断裂的油环刮片的外圆氮化层深度范围；降低油环刮片制备时的外圆氮化层深度；对降低外圆氮化层深度后的油环刮片的基体硬度、金相组织、外圆氮化层深度、渗氮层脆性、弯折后断口的表面状态进行测试或观察，然后进行台架验证；根据上述步骤的结果确定出能够满足使用要求的外圆氮化层深度范围；在油环刮片制备时，控制其外圆氮化层深度在确定的范围之内；该方法可显著提升油环刮片质量，使其满足F型号发动机的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于油环刮片质量质量控制领域，具体涉及一种提升发动机油环刮片质量的方法。
背景技术
油环刮片(有上、下刮片)是发动机的重要部件，活塞向上运动时，上刮片圆面轻微倾斜，上棱面与缸孔滑动，缸孔油膜保持滑动状态；下刮片运动过程中不倾斜，外圆面正中与缸孔接触，能有效刮油，使缸孔上的油膜足够薄。
随着发动机的升功率和升扭矩等性能提高，对油环刮片耐磨性等要求有所提高，以保证发动机正常运行，目前常用于油环刮片的材料牌号多为A661牌号。
但是在实际生产中，由A661牌号的材料制成的油环刮片用于F型号发动机后，油环刮片在生产线装配中常出现断裂失效质量问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提升发动机油环刮片质量的方法，该方法可显著提升油环刮片质量，使其满足F型号发动机的使用要求。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种提升发动机油环刮片质量的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对油环刮片的断裂位置的表面状态及微观形貌进行分析，判断是否属于脆性断裂；
(2)如果属于脆性断裂的话，在油环刮片的断裂位置0.3～0.5cm范围内取样检查外圆氮化层的深度，统计所有断裂的油环刮片的外圆氮化层深度范围；
(3)在步骤(2)中统计出来的油环刮片的外圆氮化层深度范围的基础上降低油环刮片制备时的外圆氮化层深度；
(4)对降低外圆氮化层深度后的油环刮片的基体硬度、金相组织、外圆氮化层深度、渗氮层脆性、弯折后断口的表面状态进行测试或观察，然后进行台架验证；
(5)根据步骤(4)中的测试和验证结果确定出能够满足油环刮片使用要求的外圆氮化层深度范围；
(6)在油环刮片制备时，将其外圆氮化层深度均控制在步骤(5)确定的外圆氮化层深度范围之内。
步骤(1)中，如果油环刮片的断裂起源于外侧，断面平齐，且表面微观形貌有沿晶，则断裂属于脆性断裂。
步骤(2)和(4)中，外圆氮化层的深度的测试方法参照GB/T 11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定进行。
步骤(4)中，基体硬度测试参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度第一部分试验方法》中的方法进行测试。
步骤(4)中，金相组织测试时，浸蚀剂采用由3.5～4.5g苦味酸、4.5～5.5mL盐酸和90～110mL乙醇组成的混合溶液；浸蚀时间为20秒～30秒。
步骤(4)中，渗氮层脆性的测试方法参照GB/T 11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定进行，1～2级为合格。
步骤(4)中，弯折后断口的表面状态的测试或观察方法为：在油环刮片开口180°位置处折断，在放大镜下观察断口附近表面状态。
步骤(4)中，台架验证的方法为：将油环刮片装配到F型号发动机上，搭载500小时额定功率台架试验，试验后拆卸发动机，观察油环刮片是否正常，是否出现断裂现象。
步骤(5)中，能够满足使用要求的油环刮片的基体硬度为312HV～320HV，金相组织为回火索氏体+颗粒状碳化物，外圆氮化层深度为0.01～0.03mm，渗氮层脆性等级为1～2级，弯折后断口的表面状态为断口附近无明显裂纹，且台架验证后油环刮片正常未出现断裂现象。
步骤(3)和(6)中，油环刮片制备时的渗氮处理方法为：采用氨气裂解控制***，充入裂解氨气进行渗氮处理。
油环刮片制备时的工艺流程如下：原材料检验→绕环→氮化处理→锰磷化→外圆研磨→脱磁→切断→热定性处理→脱磁→涂层→抛光→涂色标→终检→包装。
步骤(6)中，采用氨气裂解控制***，充入裂解氨气在540±10℃进行渗氮处理，并将渗氮处理的时间控制在85～95min，即可控制油环刮片外圆氮化层深度为0.01～0.03mm。
本发明提供的提升发动机油环刮片质量的方法，通过此方法确定出了满足使用要求的油环刮片的基体硬度、金相组织、外圆氮化层深度、渗氮层脆性、弯折后断口的表面状态、台架验证结果，为满足F型号发动机的使用要求的油环刮片的生产提供了质量评价标准和质量保证，从而消除了生产线装配出现的油环刮片断裂失效质量问题。
附图说明
图1为生产线装配中断裂的油环刮片的示意图；
图2为油环刮片断口的形貌图；
图3为油环刮片断口的表面微观形貌图；
图4为实施例中为改善油环刮片质量采取的渗氮工艺示意图；
图5为实施例中改善后的油环刮片的基体金相组织图；
图6为实施例中改善后的油环刮片的外圆氮化层深度测量图；
图7为实施例中改善后的油环刮片的渗氮层脆性测试结果图；
图8为油环刮片的弯折试验示意图；
图9为实施例中改善后的油环刮片的弯折试验后的断口状态示意图；
图10为比较例中的油环刮片的渗氮工艺示意图；
图11为比较例中的油环刮片的外圆氮化层深度测量图；
图12为比较例中的油环刮片的渗氮层脆性测试结果图；
图13为比较例中的油环刮片弯折试验后的断口状态示意图。
具体实施方式
实施例中的油环刮片的材料的牌号为A661，油环刮片制备时的工艺流程如下：原材料检验→绕环→渗氮处理→锰磷化→外圆研磨→脱磁→切断→热定性处理→脱磁→涂层→抛光→涂色标→终检→包装。
油环刮片的材料的牌号A661的化学元素及重量百分比符合表1中的规定，余量为铁及不可避免的杂质。
表1
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供的一种提升发动机油环刮片质量的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对油环刮片的断裂位置的表面状态及微观形貌进行分析，判断是否属于脆性断裂；断裂油环刮片见图1；发现断裂起源于外侧，断面平齐，见图2；
表面微观形貌有沿晶，见图3；可见油环刮片断裂性质属于脆性断裂；
(2)如果属于脆性断裂的话，在距油环刮片的断裂位置0.3～0.5cm范围内取样按照GB/T 11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》检查外圆氮化层的深度，统计所有断裂的油环刮片的外圆氮化层深度范围；发现所有断裂的油环刮片的外圆氮化层深度范围分布在0.03mm以上；经过综合分析认为：油环刮片由于其薄环高(0.35±0.1mm)的设计结构在氮化工艺后表现为脆性大，且受氮化层深度影响较大；一旦外圆氮化层深度数值大，油环刮片脆性更大，在装配外力作用下容易出现脆性断裂；
(3)在步骤(2)中统计出来的油环刮片的外圆氮化层深度范围的基础上降低油环刮片制备时的外圆氮化层深度；通过采用氨气裂解控制***，充入裂解氨气进行渗氮处理，控制渗氮处理的时间来控制外圆氮化层深度；
(4)对降低外圆氮化层深度后的油环刮片的基体硬度、金相组织、外圆氮化层深度、渗氮层脆性、弯折后断口的表面状态进行测试或观察，然后进行台架验证；
(5)根据步骤(4)中的测试和验证结果确定出能够满足油环刮片使用要求的外圆氮化层深度范围；
(6)在油环刮片制备时，将其外圆氮化层深度均控制在步骤(5)确定的外圆氮化层深度范围之内。
步骤(4)中，外圆氮化层的深度的测试方法参照GB/T 11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定进行。
步骤(4)中，基体硬度测试参照GB/T 4340.1-2009《金属维氏硬度第一部分试验方法》中的方法进行测试。
步骤(4)中，金相组织测试时，浸蚀剂采用由3.5～4.5g苦味酸、4.5～5.5mL盐酸和90～110m L乙醇组成的混合溶液；浸蚀时间为20秒～30秒。
步骤(4)中，渗氮层脆性的测试方法参照GB/T 11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定进行，1～2级为合格。
步骤(4)中，弯折后断口的表面状态的测试或观察方法为：在油环刮片开口180°位置处折断，在放大镜下观察断口附近表面状态。
步骤(4)中，台架验证的方法为：将油环刮片装配到F型号发动机上，搭载500小时额定功率台架试验，试验后拆卸发动机，观察油环刮片是否正常，是否出现断裂现象。
步骤(5)中，能够满足使用要求的油环刮片的基体硬度为312HV～320HV，金相组织为回火索氏体+颗粒状碳化物，外圆氮化层深度为0.01～0.03mm，渗氮层脆性等级为1～2级，弯折后断口的表面状态为断口附近无明显裂纹，且台架验证后油环刮片正常未出现断裂现象。
步骤(6)中，采用氨气裂解控制***，充入裂解氨气在540±10℃进行渗氮处理，并将渗氮处理的时间控制在85～95min，即可控制油环刮片外圆氮化层深度为0.01～0.03mm，渗氮工艺如图4所示；在此条件下按照绕环→渗氮处理→锰磷化→外圆研磨→脱磁→切断→热定性处理→脱磁→涂层→抛光→涂色标→终检→包装的工艺生产了6批次的油环刮片，所得油环刮片的外圆氮化层深度如表2所示。
表2
所得油环刮片的基体硬度实际测量值在312HV～320HV范围内；金相组织均为回火索氏体+颗粒状碳化物，见图5；氮化层脆性检测结果见图7，从图中可见压痕边角完美无缺，评为1级；现场弯折试验的弯折位置标注见图8，结果见图9，可见断口附近无明显裂纹，说明氮化层深度数值小，脆性不大。
在实际生产中，由A661牌号的材料制成的油环刮片用于F型号发动机后，油环刮片在生产线装配中常出现断裂失效质量问题。
出现此种问题的油环刮片相较于实施例1中的步骤(6)采用的渗氮工艺为：直接以氨气作为渗氮处理气体，在540±10℃渗氮处理140min，渗氮工艺如图10所示；这样得到的油环刮片的外圆氮化层深度如图11所示；氮化层脆性检测结果如图12所示，可见压痕三边有裂纹，评为4级，不合格；现场弯折试验结果如图13所示，可见断口附近呈现多处显性及隐形裂纹，说明氮化层深度数值大，脆性大。
可见在进行本发明的方法进行油环刮片的质量提升之前，油环刮片在生产线装配中常出现断裂失效质量问题，无法满足使用要求。
上述参照实施例对一种提升发动机油环刮片质量的方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）对油环刮片的断裂位置的表面状态及微观形貌进行分析，判断是否属于脆性断裂；
（2）如果属于脆性断裂的话，在油环刮片的断裂位置0.3～0.5cm范围内取样检查外圆氮化层的深度，统计所有断裂的油环刮片的外圆氮化层深度范围；
（3）在步骤（2）中统计出来的油环刮片的外圆氮化层深度范围的基础上降低油环刮片制备时的外圆氮化层深度；
（4）对降低外圆氮化层深度后的油环刮片的基体硬度、金相组织、外圆氮化层深度、渗氮层脆性、弯折后断口的表面状态进行测试或观察，然后进行台架验证；
（5）根据步骤（4）中的测试和验证结果确定出能够满足油环刮片使用要求的外圆氮化层深度范围；
（6）在油环刮片制备时，将其外圆氮化层深度均控制在步骤（5）确定的外圆氮化层深度范围之内。
2.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（1）中，如果油环刮片的断裂起源于外侧，断面平齐，且表面微观形貌有沿晶，则断裂属于脆性断裂。
3.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，外圆氮化层的深度的测试方法参照GB/T 11354-2005《钢铁零件 渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定进行。
4.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（4）中，金相组织测试时，浸蚀剂采用由3.5~4.5g苦味酸、4.5~5.5mL盐酸和90~110m L乙醇组成的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（4）中，渗氮层脆性的测试方法参照GB/T 11354-2005《钢铁零件 渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定进行，1~2级为合格。
6.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（4）中，弯折后断口的表面状态的测试或观察方法为：在油环刮片开口180°位置处折断，在放大镜下观察断口附近表面状态。
7.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（4）中，台架验证的方法为：将油环刮片装配到F型号发动机上，搭载500小时额定功率台架试验，试验后拆卸发动机，观察油环刮片是否正常，是否出现断裂现象。
8.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（5）中，能够满足使用要求的油环刮片的基体硬度为312 HV～320HV，金相组织为回火索氏体和颗粒状碳化物，外圆氮化层深度为0.1~0.3mm，渗氮层脆性等级为1~2级，弯折后断口的表面状态为断口附近无明显裂纹，且台架验证后油环刮片正常未出现断裂现象。
9.根据权利要求1所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（6）中，油环刮片制备时的渗氮处理方法为：采用氨气裂解控制***，充入裂解氨气进行渗氮处理。
10.根据权利要求8所述的提升发动机油环刮片质量的方法，其特征在于，步骤（6）中，采用氨气裂解控制***，充入裂解氨气在540±10℃进行渗氮处理，并将渗氮处理的时间控制在85~95min，即可控制油环刮片外圆氮化层深度为0.1~0.3mm。
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