[发明专利]一种铜钢双金属复合铸造方法

说明书

技术领域

本发明属于双金属铸造技术领域，具体涉及一种铜钢双金属复合铸造方法。

背景技术

柱塞泵是生产中运用极为广泛的一种传动机械，是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和运输机械中。柱塞与转子在工作中构成摩擦副，其品质决定柱塞泵的性能与寿命。生产要求柱塞泵趋向于高速、高温、高载荷、变载荷工况运行，这就要求泵体关键部件——转子，具有各方面优良的属性：耐磨性、导热性、抗冲击疲劳性能、以及强度硬度等。

目前国内外使用的耐磨合金主要为两大类：一类为软机体内弥散分布硬质颗粒合金，如：巴比特合金系的铅基、锡基合金，该材料熔点低，质软，只能用于低载荷；另一类为硬质基体内分布软质颗粒合金，如：铅青铜合金。铜具有良好的延展性、耐热性、导热性，能满足部件在高温、高速工况下的使用；铅与铜的固溶度极小，在合金中以单质颗粒弥散分布，改变了铜机体的连续性，提高了铜本身的耐磨性；铅颗粒本身熔点低、质软，在润滑条件良好的情况下可以起到嵌藏油污、顺应柱塞作用；在机械启动或缺少润滑剂等干摩擦条件下，可以单质或氧化物的形式对摩擦副起到润滑保护的作用，减少“咬轴”、“抱轴”、“烧轴”等事故发生。但铅的加入与分布状况在提高铜机体耐磨性的同时，不可避免的会使其强、硬度下降，直接影响到泵体载荷、抗冲击疲劳性能，造成进而降低转子及泵的使用寿命。

常用来提高铅青铜转子机械性能的方法是，双金属结合的办法。即用铅青铜来做为转子内层耐磨工作面，用强硬度高的材料—高强度钢作为外层加固机体。双金属复合铸造材料，由于采用铸造方法合成，工艺简单，成本低廉，具有很大的应用前景，但是浇注过程中两种金属接触时间短，降温速度快，严重影响着二者的结合，这也成为制约双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈。因此，如何使双金属铸件具有良好的结合和性能，有待进一步的研究。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铜钢双金属复合铸造方法，意在提高合金的界面结合能力和性能。

本发明采用以下技术方案：

一种铜钢双金属复合铸造方法，包括以下步骤：

步骤一：将钢基体用质量浓度15％的NaOH水溶液清洗油污，用蒸馏水冲洗至中性，再用质量浓度10％的HCl水溶液除锈，之后再用蒸馏水冲洗至中性，烘干放在干燥的环境中待用；

步骤二：将钢基体置于1100-1200℃的熔融硼砂中预热2.5h，当钢基体预热温度达到1150℃时保温待浇铸；

步骤三：将石墨坩埚预热到600℃，加入纯铜，调温到800-900℃，使炉温阶梯式升温后再调整炉温至铜全部融化，静置3-6min后，用石墨棒充分搅拌，再依次加入Zn、Pb、Sn，待前一种金属完全熔解后再加入后一种金属，中间间隔5-7min，并不断搅拌，再加入镧铈铜稀土合金，搅拌均匀，当熔炼温度达到1150-1250℃时，得铅锡青铜合金，测温到1200℃-1250℃时待浇铸，浇铸前扒渣并搅拌10-30s；

步骤四：钢基体浇铸铅锡青铜合金，浇铸后空冷2min，待铅锡青铜合金凝固后，向铸件表面喷水3-5min冷却至室温。

优选的，所述的钢基体包括以下重量百分比的化学成分:C0.450％、Si0.250％、Mn0.620％、P0.021％、S0.023％、Cr0.140％、Mo0.020％、Ni0.018％、Cu0.230％、Ti0.003％、V0.007％、W0.010％、余量为Fe。

优选的，所述的铅锡青铜合金包括以下重量百分比的化学成分：Pb20％、Sn5％、Zn2％、P0.5％、RE0.2％、Ni1.5％、余量为Cu。

优选的，所述的钢基体是将直径为45mm的钢棒材机加工成高度为40mm、底与壁厚均为5mm的坩埚状。

本发明的有益效果在于：

1)对钢基体预热防氧化；结合面完整，少有氧化。

2)采用本发明的铸造方法，得到了结合强度高于134MPa、原子扩散层不小于100μm的双金属结合铸件，确保两种金属界面结合强度。

3)采用本发明的铸造的方式得到的双金属结合面，不但性能达标而且设备投入少、工艺操作简便、降低工件成本，适合广泛推广应用，前景广阔。与粉末冶金相比，性能更为优良，且省去了热处理工序，节约时间与成本。

具体实施方式