專利名稱：一種鋼-銅復(fù)合套件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼-銅復(fù)合套件的制造方法，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銅套件一直受到使用者的青睞，其不但能夠使得轉(zhuǎn)軸與軸承、機(jī)架等配合更加緊 湊，同時(shí)能夠很好的保護(hù)轉(zhuǎn)軸，提高轉(zhuǎn)軸的使用壽命。但金屬銅的價(jià)格較高，而且是日益匱 乏的重要戰(zhàn)略資源，也是儲(chǔ)量較少的稀缺重金屬。在大型機(jī)械、船舶中廣泛使用的大量耐磨 套件大多由銅合金制造，出于節(jié)省貴重資源、降低產(chǎn)品成本的考慮，鋼-銅復(fù)合套件是一種 以鋼代銅的途徑。目前國內(nèi)鋼銅復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造工藝主要有三類。一是加工裝配法，即先 分別制造鋼環(huán)和銅環(huán)，然后分別進(jìn)行機(jī)械切削加工，再將銅環(huán)熱裝或擠壓進(jìn)入鋼環(huán)內(nèi)部；這 種方法對(duì)加工精度要求高，且大件的熱裝難以實(shí)現(xiàn)。二是在鋼環(huán)內(nèi)部附加銅，即將制造好的 鋼環(huán)內(nèi)部采用離心鑄造、燒結(jié)、堆焊等方法，使銅附著在鋼環(huán)內(nèi)部形成一定厚度的銅環(huán)。上 述兩種方法工序復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，而且由于鋼和銅沒有實(shí)現(xiàn)界面相熔合，兩種材料交界處 總是存在或多或少的間隙，在經(jīng)過長時(shí)間使用后，兩種材料的結(jié)合面容易出現(xiàn)腐蝕、松動(dòng)等 問題，造成設(shè)備精度下降、噪音增大、設(shè)備使用壽命降低。三是將鋼和銅經(jīng)過熱軋做成雙金 屬熱軋板材，高溫下鋼銅界面有一定的原子擴(kuò)散，界面結(jié)合比前述方法好，但是最后需要焊 接成為套件，且難以制作厚大雙金屬套件，焊接工藝復(fù)雜且難以保證焊縫質(zhì)量。正是因?yàn)樯?述問題的存在，鋼-銅復(fù)合套件的應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種鋼-銅復(fù)合 套件的制造方法，使應(yīng)用該方法制造的鋼-銅復(fù)合套件能夠具有一個(gè)共熔層，并細(xì)化共熔 層中鋼的粗大樹枝晶，提高界面結(jié)合強(qiáng)度，延長工件使用壽命，并且在制品直徑、環(huán)厚等方 面具有大范圍適應(yīng)性，而且工藝過程簡單、成本低廉、在滿足使用要求的前提下降低生產(chǎn)成 本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種鋼-銅復(fù)合套件的制造 方法，其包括下列內(nèi)容(1)在離心鑄造機(jī)外鑄型中安裝選定尺寸的內(nèi)鑄型，并固定端蓋；內(nèi)鑄型安裝前 需加熱到250-350°C，然后在其內(nèi)壁上噴石英粉涂料2-3mm，由內(nèi)鑄型自身熱量將涂料烘 干；(2)開動(dòng)離心鑄造機(jī)，將處理好的鋼液定量澆注進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的內(nèi)鑄型，制作鋼-銅復(fù) 合套的外層鋼套；澆注溫度為1480-1550°C，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)由以下公式確定n = Kr"172 ； 其中η為鑄型轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分(rpm)；r為鋼套內(nèi)表面直徑，單位米(m)；K為系數(shù)，取值在200-—沈0之間，r較大時(shí)取較小的K值；
(3)、步驟(2)制備的鋼套其內(nèi)表面溫度為1420-1500°c時(shí)，將熔煉好待澆注的銅 合金液定量澆入鋼套內(nèi)，提高鑄型轉(zhuǎn)速10-20%，且噴水冷卻鑄型；銅合金澆注溫度控制在 銅合金液相線以上30-50°C ；(4)、鋼銅共熔層的厚度通過在1420-1500°c溫度范圍內(nèi)選擇鋼套內(nèi)表面溫度來控 制，溫度高則鋼銅共熔層的厚度大，溫度低則鋼銅共熔層的厚度小。優(yōu)選地，本發(fā)明中所述銅合金為鋁青銅或錳黃銅。本發(fā)明的鋼-銅復(fù)合套件的制造方法，其工藝過程簡單，無需中間的機(jī)械加工過 程，而且大小件都可制作，外層鋼套、內(nèi)部銅套的厚度可以根據(jù)要求大范圍調(diào)節(jié)。應(yīng)用本發(fā) 明的方法制造的鋼-銅復(fù)合套件，由于實(shí)現(xiàn)了銅鋼界面的相互熔合，細(xì)化了界面中鋼的粗 大樹枝晶，形成一個(gè)界面結(jié)合強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)致密的共熔層，能夠延長工件使用壽命。與純銅 套件相比，即滿足了耐磨及各種性能上的要求，又節(jié)約了銅原料，降低了生產(chǎn)成本。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明實(shí)施例2中共熔層的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種鋼-銅復(fù)合套件的制造方法，其工藝步驟為(1)在離心鑄造機(jī)外鑄型中安裝相應(yīng)尺寸的內(nèi)鑄型，并固定端蓋。內(nèi)鑄型安裝前需 加熱到300-350°C，然后在其內(nèi)壁上噴石英粉涂料2-3mm，靠鑄型溫度將涂料烘干。(2)將處理好的45鋼的鋼液定量澆注進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的內(nèi)鑄型，制作鋼-銅復(fù)合套的外 層鋼套。澆注溫度為1500-1550°C，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)由以下公式確定η = Kr-"2 ；其中η-—鑄型轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分(rpm)；r-—鋼套內(nèi)表面直徑，單位米(m)；K——系數(shù)，取值一般在200-—260之間。r較大時(shí)取較小的K值。(3)、對(duì)經(jīng)過步驟(2)的45鋼鋼套其內(nèi)表面溫度為1500°C時(shí)，將熔煉好待澆注的鋁 青銅合金液定量澆入鋼套內(nèi)，提高鑄型轉(zhuǎn)速20 %，且噴水冷卻鑄型；鋁青銅合金澆注溫度 控制在液相線以上50°C。此時(shí)鋼套尚未完全凝固，靠近內(nèi)表面一定厚度上處于液固共存狀 態(tài)，樹枝晶較發(fā)達(dá)。鋁青銅合金液澆入后，轉(zhuǎn)速突然加快，鋁青銅合金液流對(duì)鋼套內(nèi)層的樹 枝晶產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，導(dǎo)致晶枝斷裂，有利于細(xì)化鋼銅混合區(qū)的晶粒；在隨后的冷卻過程中， 便形成鋼-銅相互熔合的共存區(qū)域。又由于鋁青銅合金密度大于鋼，在離心力的作用下具 有更大的徑向充填動(dòng)能，可以通過鋼套尚未完全固化的晶粒間隙滲入，消除了共熔部分的 氣孔、縮孔、縮松等缺陷，形成鋼銅相互熔合的致密過渡區(qū)。G)、鋼銅共熔界面的厚度通過選擇鋼套內(nèi)表面溫度來控制。45鋼鋼套內(nèi)表面溫度 為1500攝氏度時(shí)澆入鋁青銅合金，最終產(chǎn)品的鋼銅共熔層厚度可達(dá)5-12毫米。實(shí)施例2—種鋼-銅復(fù)合套件的制造方法，其工藝步驟為
(1)在離心鑄造機(jī)外鑄型中安裝相應(yīng)尺寸的內(nèi)鑄型，并固定端蓋。內(nèi)鑄型安裝前需 加熱到250-300°C，然后在其內(nèi)壁上噴石英粉涂料2-3mm，靠鑄型溫度將涂料烘干。(2)將處理好的45鋼的鋼液定量澆注進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的內(nèi)鑄型，制作鋼-銅復(fù)合套的外 層鋼套。澆注溫度為1480-1500°C，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)由以下公式確定η = Kr-"2 ；其中η-—鑄型轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分(rpm)；r-—鋼套內(nèi)表面直徑，單位米(m)；K——系數(shù)，取值一般在200-—260之間。r較大時(shí)取較小的K值。(3)、對(duì)經(jīng)過步驟O)的45鋼鋼套其內(nèi)表面溫度為1420時(shí)，將熔煉好待澆注的錳 黃銅合金液定量澆入鋼套內(nèi)，提高鑄型轉(zhuǎn)速10%，進(jìn)行噴水冷卻鑄型；錳黃銅合金澆注溫 度控制在液相線以上30°c。此時(shí)鋼套尚未完全凝固，其內(nèi)表面一定厚度上處于液固共存狀 態(tài)，樹枝晶較發(fā)達(dá)。錳黃銅合金液澆入后，轉(zhuǎn)速突然加快，錳黃銅合金液流對(duì)鋼套內(nèi)層的樹 枝晶產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，導(dǎo)致晶枝斷裂，有利于細(xì)化鋼銅混合區(qū)的晶粒；在隨后的冷卻過程中， 便形成鋼-銅相互熔合的共存區(qū)域。又由于錳黃銅合金密度大于鋼，在離心力的作用下具 有更大的徑向充填動(dòng)能，可以通過鋼套尚未完全固化的晶粒間隙滲入，消除共熔部分的氣 孔、縮孔、縮松等缺陷，形成鋼銅相互熔合的致密過渡區(qū)。G)、鋼銅共熔界面的厚度通過選擇鋼套內(nèi)表面溫度來控制。45鋼鋼套內(nèi)表面溫度 為1420攝氏度時(shí)澆入錳黃銅合金，最終產(chǎn)品的鋼銅共熔層厚度可達(dá)0. 05-2毫米。實(shí)施例2所得到的鋼-銅復(fù)合套件，其鋼銅共熔層的掃描電子顯微鏡照片見圖1。
權(quán)利要求
1.一種鋼-銅復(fù)合套件的制造方法，其特征在于其包括下列內(nèi)容(1)在離心鑄造機(jī)外鑄型中安裝選定尺寸的內(nèi)鑄型，并固定端蓋；內(nèi)鑄型安裝前需加 熱到250-350°C，然后在其內(nèi)壁上噴石英粉涂料2-3mm，由內(nèi)鑄型自身熱量將涂料烘干；(2)開動(dòng)離心鑄造機(jī)，將處理好的鋼液定量澆注進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的內(nèi)鑄型，制作鋼-銅復(fù)合套 的外層鋼套；澆注溫度為1480-1550°C，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)由以下公式確定n = Kr"172 ；其中η為鑄型轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分(rpm)； r為鋼套內(nèi)表面直徑，單位米(m)； K為系數(shù)，取值在200-—260之間，r較大時(shí)取較小的K值；(3)、步驟( 制備的鋼套其內(nèi)表面溫度為1420-1500°C時(shí)，將熔煉好待澆注的銅合金 液定量澆入鋼套內(nèi)，提高鑄型轉(zhuǎn)速10-20%，且噴水冷卻鑄型；銅合金澆注溫度控制在銅合 金液相線以上30-50°C ；G)、鋼銅共熔層的厚度通過在1420-1500°C溫度范圍內(nèi)選擇鋼套內(nèi)表面溫度來控制， 溫度高則鋼銅共熔層的厚度大，溫度低則鋼銅共熔層的厚度小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述銅合金為鋁青銅或錳黃銅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼-銅復(fù)合套件的制造方法，其包括下列內(nèi)容(1)在離心鑄造機(jī)外鑄型中安裝選定尺寸的內(nèi)鑄型，并固定端蓋；內(nèi)鑄型安裝前加熱到250-350℃，然后在其內(nèi)壁上噴石英粉涂料2-3mm；(2)將鋼液定量澆注進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的內(nèi)鑄型，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)由以下公式確定n＝Kr-1/2；(3)步驟(2)制備的鋼套其內(nèi)表面溫度為1420-1500℃時(shí)，將銅合金液定量澆入鋼套內(nèi)，提高鑄型轉(zhuǎn)速10-20％，且噴水冷卻鑄型；銅合金澆注溫度控制在銅合金液相線以上30-50℃；(4)鋼銅共熔層的厚度通過選擇鋼套內(nèi)表面溫度澆注銅合金液來控制。其工藝過程簡單，無需中間的機(jī)械加工過程，而且大小件都可制作。
文檔編號(hào)B22D19/16GK102069168SQ20111002236
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者宋忠剛, 宋敬清, 王昕 申請(qǐng)人:青島正大鑄造有限公司