[发明专利]一种钢铜复合缸体的铸造方法

说明书

技术领域

本发明应用于金属铸造领域，尤其涉及一种钢铜复合缸体的铸造方法。

背景技术

在铸造领域中，钢铜金属复合为一体的铸造技术一直都不成熟和稳定。长期以来，都采用焊接或粉末烧结成型的方法生产，但这两种方法都有很多局限。焊接复合不牢固经常出现金属脱离，使用寿命短的情况；粉末烧结成型不能尺寸太大，成本很高。通过对先进国家了解，通过铸造方法生产的钢铜复合缸体最为可靠。国内钢铜复合缸体需求很大，但大多还依靠进口，且进口的复合缸体大多都是采用铸造方法生产的。钢铜复合缸体作为泵马达中重要铸件，它的质量直接影响整机的性能。军工企业对高品质钢铜复合缸体需求更迫切，由于目前还采用进口的方式，价格高和周期很长，小批单件采购很难实现，新开发所需要的钢铜复合缸体都是以目前进口规格进行依靠，无法很快实现新的设计要求。因此，研究采用铸造方法生产钢铜复合缸体意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢铜复合缸体的铸造方法，解决钢铜复合缸体复合过程中氧化、复合性能不达标、复合铸造工装设计及铜材料配比的问题，实现铸造方法生产合格钢铜复合缸体毛坯。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种钢铜复合缸体的铸造方法，包括以下步骤：

步骤一、进行三维模型建立，计算出浇铸铜金属质量为19.86kg，进行铸造工艺设计及模拟，优化浇铸工艺，确定钢基的初始温度为1250℃,铜金属的初始浇铸的温度为1250℃,保温时间为9-12min，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s；

步骤二、采用圆柱型钢坯料作为钢基，对钢基进行热处理退火工艺：缓慢加热到900℃-1050℃，加热15h-20h后冷却至室温；

步骤三、对钢基进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，形成中心孔及围绕中心孔圆周分布的进料孔，并在钢基顶部焊接冒口、底部焊接铜层封闭区；

步骤四、对钢基进行除油、除锈、除水处理；

步骤五：室温下将钢基浸入质量浓度5％的H₂SO₄溶液,保持时间1min，清水冲洗后立即对钢基内表面进行Ni-Cu-P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm-10μm；

步骤六：把镀镍后的钢基埋在氧化铝中，放入坩埚内，密封埚盖，缓慢加热到200℃，加热1.5h后冷却至室温；

步骤七：将钢基放入钼酸钠钝化液中进行钝化处理，钝化液pH＝2，温度为30～40℃，直流电压通电30～50s；

步骤八：对钢基进行生产前预热处理并保温，预热温度为200℃-300℃；

步骤九、向坩埚中加入无水硼砂，加热无水硼砂使其熔化，保持温度在1100-1300℃，将钢基放入无水硼砂中，浸挂硼砂10-30秒后取出；

步骤十：熔炼铜金属，熔炼温度为1250℃，将熔炼好的铜金属通过钢基上的中心孔浇入到钢基内，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s，浇铸完成后迅速将钢基置于离心机内，开启离心机以400-600rpm的速度旋转，铜金属逐渐冷却至凝固，然后将钢基放入无水硼砂中降温至常温得钢铜复合缸体。

优选的，所述的铜金属为铜合金，各组分的重量百分比为：Cu71％-73％，Pb19.5％-21％，Sn4％-6％，Ni1％-2％。

优选的，所述的步骤一中三维模型建立采用UG、PROE、SolidWwork或Ideas；铸造工艺设计及模拟采用CASTsoft或MAGMA。

优选的，所述的冒口高度为50mm。

优选的，所述的铜层封闭区型腔高度为20mm。

优选的，步骤五中所述的Ni-Cu-P多元镀镍采用以下配方：硫酸镍40g/L、次磷酸钠25g/L、硫酸铜0.85g/L、乙酸钠40g/L、柠檬酸钠45g/L、硫脲1g/L、乙酸铅1g/L、余量为蒸馏水。

优选的，步骤七中所述的钝化液采用以下配方：钼酸钠12g/L、磷酸15g/L、余量为蒸馏水。

本发明的有益效果在于：

1)多元Ni-Cu-P化学镀件耐蚀性和耐磨性好，加入Cu元素形成多元镀层，不仅固溶强化镍固溶体，还在加热时析出Cu_0.81Ni_0.19强化相等，提高了材料的硬度。钢基镀镍后，钢铜双金属通过扩散复合原子结合过渡层厚可达到10μm-14μm，大大改善了铜钢复合界面的复合能力。