[发明专利]钢铜双金属铸造加工工艺

摘要

钢铜双金属铸造加工工艺，包括钢坯处理-铜圈处理-组型-出模；本发明在双金属铸造的过程中，对钢坯进行的碱煮、酸洗、硼砂稀释处理、烘烤、喷涂硼砂饱和溶液、保温、冷却处理，大大改善了双金属结合面之间的缺陷；对铸型的组型保温冷却工艺进行特殊处理，增加砂芯、箱套的预热烘烤，冷却也有特殊要求，针对入箱硬度不同的钢坯，分别采取不同的冷却方式，保证出型以后的钢坯满足力学性能的要求；本发明将原有铜合金浇注工艺改为铜圈熔融后与钢坯的结合,简化熔炼和铸造工艺，进行简单的造型即可达到双合金铸造融合的要求,节约了熔炼设备和生产车间场地，同时也节约了人工成本。

主权项

钢铜双金属铸造加工工艺，其特征是，该工艺包括以下步骤:钢坯处理—铜圈处理——组型—出模；所述钢坯处理步骤如下:（1）钢坯投产前由检验对钢坯进行硬度（HBd）值复检，硬度偏低的钢坯（压痕直径HBd大于3.7mm）在钢坯最大外圈上用特殊标记区分，检查钢坯的复验结果，钢坯复验无特殊标记的，进入下一工序；（2）检验钢坯是否干净，若发现钢坯熔接面上有局部轻微的锈斑时，应用金相纸砂将锈斑打磨干净，腐蚀锈斑严重的钢坯不用；（3）将检验合格的钢坯浸入温度大于90℃的碱煮液中煮5分钟～10分钟后取出；（4）碱煮后的钢坯用60℃～80℃的热水冲洗碱煮液，滴尽水珠浸入酸洗液中；（5）钢坯在酸洗液中浸泡10分钟～15分钟，同时用长把刷刷洗钢坯熔接面，直至全部熔接面呈现出明亮洁净的金属光泽，无任何目视的污染和氧化锈斑存在；（6）将酸洗合格的钢坯用自来水冲洗酸液，滴尽水珠后浸入温度为70℃～80℃的硼砂稀释溶液中保温10分钟～15分钟，进行涂挂硼砂稀释溶液处理；（7）戴上洁净的橡皮手套，将涂挂好硼砂稀释溶液的钢坯分开摆放在洁净的低温电阻炉中烘烤，烘烤温度为250℃±10℃，保温时间为60分钟±10分钟；（8）检查烘烤保温后的钢坯，全部熔接面上必须明亮光洁，无任何污物，硼砂稀释溶液层分布均匀，密实；（9）硼砂饱和溶液的喷涂硼砂饱和溶液层的喷涂厚度应控制在0.7mm～1.0mm，分2～4次喷涂达到厚度要求；开始喷涂时，将钢坯放在专用旋转架上，在匀速旋转状态下，用喷枪对熔接面喷涂硼砂饱和溶液，喷涂底层时，喷枪的风压需小些，以保证喷涂层均匀密实，不至于产生泡状凸起，喷涂过程中，应准确控制喷枪角度，压缩空气的压力，钢坯旋转速度及喷枪与钢坯间的距离，以保证全部熔接面上的涂层均匀、密实；喷涂过程中，硼砂饱和溶液的温度应控制在80℃～90℃范围，使硼砂饱和溶液完全处于溶解状态；若发现饱和溶液中有较多的硼砂晶体析出，则应重新加热，待饱和溶液的硼砂晶体完全溶解后才能继续喷涂；在更换或重新加热硼砂饱和溶液的间隔时间，应将钢坯临时存放在温度为180℃～200℃的低温电阻炉内保温，喷涂时再取出，直至喷涂厚度达到要求为止；硼砂饱和溶液涂层厚度达到要求的钢坯，应放在温度为180℃～200℃的低温电阻炉内保温大于1小时才能取出；待钢坯空冷到室温后即可供组型使用；不能立即进行组型的钢坯，应存放在洁净的专用架上，同时须用洁净的牛皮纸覆盖好，存放最长周期为5天；所述铜圈处理步骤如下:（1）铜套原材料由砂型铸造而成或市购铜棒，要求化学成分必须符合标准要求，主要成分Cu=60.0～63.5%，余量Zn，杂质含量总量不大于1.5%，其中Fe≤1.0%，Sb≤0.01%，Pb≤0.01%，Bi≤0.002%，P≤0.01%；要求原材料表面质量要求致密，不允许存在缩孔、缩松、夹渣缺陷，此类缺陷在双金属铸造过程中容易引起熔接面夹渣，气孔缺陷，影响双金属的熔合质量；（2）铜圈机加工，首先将铜棒下料，然后上车床平端面车外圆，车内孔斜度1°，反向平端面保证长度尺寸，整个零件光洁度要求不大于3.2；（3）铜圈的表面处理，铜圈经过机加工后，表面有油污及氧化皮，铸造前，需要对铜圈进行去油除污处理：首先将铜圈用碱液清洗，然后用热水将表面的碱液清洗干净，再用配备好的酸液浸泡5～10分钟，时间过短零件均匀性差，特别是表面氧化皮厚时，更应延长脱膜时间，时间长亮度好，但过长易出现基体过腐蚀现象，酸起到溶解、剥离金属铜表面氧化的作用，与脱膜剂配合使用，能起到光亮、平整作用；酸度低，影响反应速度，溶液易浑浊，但酸度过高对于溶解氧化皮效果反而变差；（4）铜圈清洗，将酸洗后的零件用自来水冲洗酸液；（5）零件干燥处理，将零件送入保温炉作烘干处理，温度控制在室温～60°C，直至零件表面干燥为止，将处理完成的零件用牛皮袋装好备用，防止再次氧化；所述组型处理步骤如下:(1)熔铸型砂芯、箱套的捣制及烘烤砂芯、箱套捣制好后，在其型面上先涂刷一层硅酸钠水溶液，15分钟‑20分钟后再涂刷一层水溶土状石墨粉涂料，最后将砂芯、箱套放在150°C～200°C烘干箱中烘烤4小时～6小时；（2）组型方法：将砂芯、箱套上的石墨凸点，砂粒用刮刀抹去后，用压缩空气吹除浮砂和灰尘；清理钢坯上下端面多余的硼砂涂层；然后将准备好的铜圈装入钢坯内圆，装入时，不能将钢坯内腔的硼砂碰伤或者掉落，必须保证熔接面上的硼砂涂层完整和均匀，然后放入砂芯，在组合后的底板和钢坯及钢坯和上下箱的间隙处涂刷精制膨润土水浆，然后用堵缝填砂充填压实；在压实的填砂外表面涂刷一层硅酸钠水溶液，用压缩空气吹除熔铸型内的浮砂和灰尘后准备预热；（3）预热：将铸型装托盘送入中温电炉预热，入炉温度应小于300°C；随炉升温到640°C±10°C，铸型预热保温时间为1.5小时～4.5小时，铸型预热时，高温炉应同时送电升温至1040°C±10°C保温待用；（4）保温：组型完成的熔铸型应尽快装入高温炉，待温度回升到了1040°C±10°C时，保温1小时～1小时15分钟即可出炉冷却；（5）冷却：熔铸型钢坯复检硬度值HBd=3.4mm～3.7mm时，冷却方式空冷——即从高温炉出炉后，直接放在地面上空冷至室温；熔铸型钢坯复验硬度值HBd小于3.4mm时，冷却方式必须选择空冷；熔铸型的钢坯复验硬度值HBd大于3.7mm时，必须按下列操作程序进行：高温保温后的熔铸型出炉后，在空气中冷却3分钟～5分钟，抬至旋转台上均匀地用压缩空气风冷钢坯；水冷底板，当冒口冷至暗红色时停止风冷水冷，抬至底面使其空冷至室温即可出模；所述出模步骤如下:撬开铸型的四根钢筋，使其各部分拆开，在铸件规定的部位用钢印打刻炉号。