[发明专利]一种钢－铜铅合金双金属柱塞缸体的制造方法

说明书

本发明属于通过对金属粉末进行烧结，以压实来制造包含此粉末的复合层领域。

双金属柱塞缸体是高压柱塞泵的重要部件。它比QA19-4青铜和硅锰黄铜整体结构的缸体可大幅度节约铜合金材料。

有各种制造双金属柱塞缸体的方法，例如浇铸铜合金、镶嵌铜合金套、喷涂铜合金等方法。但浇铸铜合金易产生铅偏析，使化学成分发生变化，降低耐磨性。由于铸造合金冷却与收缩不均匀，合金层中将产生应力，从而导致产生微裂纹；而且材料利用率低，由于砂眼、气孔造成的废品率高。镶嵌铜合金套，由于双金属只是机械结合，使用中易将铜合金套拉出，破碎后进入整个系统将造成泵体损坏。喷涂铜合金不仅易使低熔点金属挥发，造成化学成分变化，而且双金属不易粘结在一起。

日本专利昭58-24483介绍了一种缸体的制造方法，先制造铁基烧结体，成分为Fe-1.5Cu-0.8C，密度为6.5G/Cm³，然后用通常方法渗铜，再於570℃下，在氰化钾盐浴中软氮化1小时，表面生成0.2mm厚的氮化铁。也有直接用钢进行氮化处理的方法来制造柱塞缸体。与含有铜合金层的双金属柱塞缸体比，氮化钢加工性差，加工成本高，而且不具备铜合金软金属良好的减摩性和容易吸收油中杂质的优点。

采用粉末冶金方法制造钢—铜铅合金双金属缸体，铅分布均匀，物理机械性能好，耐磨性提高。关键是如何将减摩性好的铜铅合金材料牢固地烧结在钢基体工作面(柱塞孔和配油面)上。当铜铅合金层压制密度过高时，烧结过程游离态的铅金属熔化膨胀，没有足够的孔隙容纳铅，铅就会从铜铅合金层中析出，分布在双金属的界面上，影响铜铅合金与钢基体的烧结结合。冷却后即使铅能粘结在钢基体上，也由于它的机械强度低而使双金属结合强度差，使用中铜铅合金层极易脱落。

本发明的目的在于提供一种钢—烧结铜铅合金双金属柱塞缸体的制造方法，该方法不仅使铜铅合金层与钢基体的结合强度高，而且使双金属柱塞缸体具有优异的减摩性和耐磨性。

基于上述发明目的，本发明制造方法为：以钢为基体，先在钢基体的柱塞孔部和配油面上用铜铅合金粉压制低密度铜铅合金层，压制压力为400～500Mpa，使铜铅合金层的相对密度为70～75％，再在氢气气氛中，温度750～850℃下烧结60～90分钟，然后用芯棒对孔部管状铜铅合金层进行两次扩孔挤压，对配油面上铜铅合金层用600～700MPa压力进行复压，使铜铅合金层的相对密度＞90％，经过后续的机械加工即制得钢—铜铅合金层柱塞缸体。

本发明制造方法，首先在钢基体柱塞孔部和配油面上成型低密度铜铅合金层，烧结时由于存在一定孔隙，可容纳烧结时熔化膨胀的铅，避免铅在双金属界面的析出，使铜铅合金层能与钢基体牢固地烧结在一起，将铜铅合金层压制的相对密度控制在70～75％，是因为超过75％，烧结时铜铅合金层的铅易析出在双金属界面上，防碍铜铅合金层与钢基体的烧结结合，大大降低双金属结合强度。低于70％，不利于提高铜铅合金层的最终密度，使物理机械性能降低。

与现有技术相比，本发明的优点在于：用本发明方法制造的双金属柱塞缸体，铜铅合金层与钢基体结合强度高，具有优异的减摩性和耐磨性。

实施例

采用雾化法制备铜铅合金粉，其成分(重量百分比)为Pb 13-17，Sn 4～6，Ni 1～2，Zn≤3，其余为Cu。混入0.5％硬脂酸锌，在混料机上混合1小时。采用模具压制管状铜合金层，压制压力400MPa，成形高度80mm，分4次成形，成形相对密度70％。在800℃下氢气中烧结60分钟，然后用芯棒进行两次扩孔挤压，最终管状铜铅合金层的相对密度为92％，硬度HB77，拉伸强度183N/mm²，双金属剪切强度＞126N/mm²，即在126N/mm²剪切力下，铜铅合金层被剪开，但双金属结合部分未分离。其金相组织如图1。图1中白色为铜α固溶体组织，黑色为铅、锌等。由图1可知，铅在铜铅合金中分布是均匀的。双金属结合状态如图2。

本实施例采用107柱塞缸体，缸体配油面为凹球面。采用本发明原理，先在钢基体配油面用特殊装置布敷一层上述成分的铜铅合金粉，以400MPa压力压制后，在800℃下氢气中烧结60分钟，再用600MPa压力复压，制得双金属配油面。

上述方法制造的双金属缸体经后续加工，其中配油面进行了精磨，柱塞孔进行了精镗，得到合乎尺寸精度要求的成品。将该双金属柱塞缸体在GY-A8V107双泵从动轴上进行了连续满载和冲击试验。试验条件是出口额定压力32MPa，最高40MPa(瞬时)，最大理论排量2×107ml/r，额定转数2150r/min，工作油液40号低凝液压油，油液温度-20～80℃，输入功率100KW。经连续满载114小时和动态冲击42小时共15000次，累计153小时的台架试验，双金属结合力牢固，烧结铜铅合金层无脱落现象，配油面铜铅合金烧结层磨擦形貌正常，磨损量极微，表面为均匀暗灰色，呈现出在高速磨擦下铅点熔化而出现的固体润滑膜层。与其同时试车的浇铸铜铅合金缸体，其配油面铜铅合金层磨损严重，凹下去1.0mm，且有剥落，基体与铜铅合金层均有严重裂纹。试验结果表明，用本发明方法制得的双金属柱塞缸体具有优异的物理机械性能和使用性能。