[发明专利]铜钢双金属铸造改进技术

说明书

技术领域

本发明涉及金属铸造应用技术，具体的，涉及铜钢双金属铸造改进技术。

背景技术

双金属铸造技术通常用于两种组分相近的金属材料。例如，将两种不同材料的钢熔化后，在液态状态下分别注入型腔中，获得结合面密实的铸件；或者在高铬钢铸件表面熔铸上低碳钢。组分相近的两种金属材料之间容易相互熔合，在铸造中能获得性能优异的冶金结合。

钢材成本低、加工工艺成熟、机械强度高，铜合金耐磨性能好，由铜合金和钢复合制造的轴承、轴套等构件在一些特殊的工况下得到了广泛应用。目前，铜合金和钢材的复合工艺主要通过双金属铸造工艺实现。而铜合金和钢是两种组分、属性完全不同的材料，要在不影响钢坯基体材料性能的前提下通过铸造的方法让铜合金与钢结合为一体，并且不产生分层、夹渣等明显缺陷，是一个较难实现的工艺技术。中国发明专利201410194604.4和200610047348.1分别公开了通过双金属离心铸造制备钢背铜合金双金属轴套和大型铜钢双金属调整螺母的工艺方法。离心铸造铜钢双金属工艺有以下几个方面的不足：1)仅适合旋转体，在生产异形铸件时有局限性；2)在铸造铜合金时容易造成组分比重偏析；3)普通离心铸造工艺不能实现铜钢双金属的冶金结合。

发明内容

为弥补离心铸造铜钢双金属工艺的不足，本发明提供了一种静态的铸型铸造工艺。即通过静态铸型镶铸方法直接在钢基体上浇铸一定厚度的铜或铜合金，最终钢基体与铜或铜合金之间形成良好的冶金结合。

本发明通过以下工艺步骤得以实现。

铜钢双金属铸造改进技术，按如下步骤进行:

a.钢坯依次通过碱煮、酸洗和蒸馏水清洗进行清洁；

b.将钢坯加热至300-400℃，然后在钢坯外表面均匀喷涂硼砂溶液；

c.将钢坯安装到铸型中，并将整个铸型加热至600-800℃后保温，等待浇注；

d.熔化铜或铜合金，熔液到温后清理打渣、浇注；

e.浇注开始后立即在钢坯上通过超声波施加振动，浇注完毕后继续保持超声波振动10-30秒的时间；

f.振动施加完毕立即将铸型转移至高温炉中保温处理，保温温度为1000℃到钢坯的相变温度之间的任一温度，保温时间为1小时到2小时；

g.保温时间到达后关闭高温炉的加热源，待铸型冷却后取出铸件。

优选的，步骤b中喷涂的硼砂溶液为饱和溶液。

优选的，步骤c中铸型的保温时间为2小时到5小时。

优选的，步骤e中超声波的频率为5-20KHz，超声波的功率为100-1000W。

优选的，步骤f中铸型转移过程用时小于1分钟。

优选的，步骤g中铸型的冷却方式为随炉冷却，冷却速度小于10℃每分钟。

本发明提供的铜钢双金属铸造改进技术有以下几个关键点：

1)加热钢坯然后喷涂硼砂溶液，可以大大提高硼砂的喷涂质量；

2)浇注前加热铸型、并在较高温度对铸型进行保温，可以降低铜或铜合金熔液的冷却速度，为后续的高温炉保温处理起到预热的作用，同时提高浇注质量；

3)浇注过程中通过超声波在钢坯上施加振动，振动传递到与钢坯接触的铜或铜合金液，实现搅拌的效果，有利于铜或铜合金液排气和除渣，防止界面处的氧化夹渣和气泡影响钢坯与铜或铜合金的结合质量，减少合金成分偏析，提高铸件质量。

4)浇注、搅拌完成后立即将铸型转移至高温炉中在高温下进行保温，可以大大降低钢与铜或铜合金之间的扩散能垒，并为钢与铜或铜合金之间在界面处的相互扩散提供足够的时间，让铜或铜合金与钢基体的组分原子在界面处相互、充分地扩散、形成良好的冶金结合。

本发明的有益效果在于：通过本发明提供的铜钢双金属铸造改进技术，在静态镶铸的工艺技术基础上加入超声波振动搅拌步骤，可以在各种形状、各种尺寸的钢坯上铸造得到一定厚度、无偏析的铜或铜合金层，而且所得铸件的铜或铜合金层与钢坯之间能够实现良好的冶金结合。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面以Q255碳钢和ZCuSn3Zn11Pb4锡青铜为例，具体描述本发明的技术方案。

Q255碳钢常用于制造对强度要求不太高的零件，如螺栓、键、摇杆、轴、拉杆和钢结构用各种型钢、钢板等，其固液相变温度在1450℃左右。ZCuSn3Zn11Pb4锡青铜是一种常用的铸造铜合金，其力学性能优异，具有良好的减磨性能和耐腐蚀性能，容易进行切削加工，焊接性能好，铸造收缩系数小，常用于制作弹性元件和耐磨零件。