鋼銅雙金屬鑄造加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼銅雙金屬鑄造加工工藝，尤其涉及一種耐熱鋼與黃銅的雙金屬鑄造加工工藝，屬于金屬鑄造加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鑄造表面合金化技術(shù)始于本世紀(jì)初，在20世紀(jì)60年代就進行了廣泛的研究，70年代取得了長足的進展.綜觀表面合金化技術(shù)的發(fā)展過程，可分為兩個階段:70年代以前的表面合金化技術(shù)是建立在合金化涂層C的組元在高溫金屬液Μ的作用下熔融溶解并在濃度梯度與熱流作用下通過Μ/C界面向Μ方擴散。當(dāng)鑄件凝固后，在界面領(lǐng)域得到表面合金化層。不難看出該模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是合金元素通過Μ/C界面向Μ中擴散。這一物質(zhì)傳輸形式受到金屬液溫度、熱容量、溫度場分布、金屬流動方式和界面物化特性等諸多因素的影響，在鑄造條件下較難得到穩(wěn)定的有一定深度的均勻合金化層。80年代，K.G.Davis和渡邊貞四郎等人相繼提另一模型。其基本思路是讓金屬液通過孔隙滲透到合金涂層內(nèi)，包圍合金顆粒，在溶劑的參與下通過一系列高溫物化冶金反應(yīng)，在原涂層所在的位置形成合金化層。該模型的關(guān)鍵是金屬液向合金涂層內(nèi)的滲透。滲透層凝固后便獲得具有一定深度的合金化層。這種新工藝應(yīng)用于生產(chǎn)以鉻、硼、鎢為主要滲入元素的抗磨鑄鋼，抗磨鑄鐵和零件表面的耐熱合金化層取得了良好的效果。80年代以來，雖然國內(nèi)材料工作者對鑲鑄技術(shù)進行了廣泛的研究，用該技術(shù)研制的耐磨件如混碾機葉片、錘頭、鄂板、導(dǎo)衛(wèi)、坩禍制磚機磨具等均取得良好的使用效果，其使用壽命均比原產(chǎn)品提高很多。但目前該技術(shù)依然存在如下問題:(1)鑄造過程中產(chǎn)生的氣體、熔渣等不能及時排出，在合金化層中形成氣孔、夾渣，合金層質(zhì)量較難控制。(2)鑄造效果對工藝參數(shù)的變化較為敏感，必須具備良好的設(shè)備條件和嚴(yán)格的工藝條件才能在批量生產(chǎn)中得到質(zhì)量穩(wěn)定可靠的鑄件。
[0003]銅合金澆注工藝成敗關(guān)鍵在于兩種金屬的界面融合優(yōu)劣和結(jié)合強度的高低。然而，在銅合金澆注實際生產(chǎn)過程中仍然存在許多問題，比如界面夾渣，氣孔，未熔合，結(jié)合區(qū)域強度差等。針對鑲鑄來說，主要難點包括如下:
(1)性質(zhì)相差很大的兩種材料在界面處的濕潤性差，導(dǎo)致結(jié)合不良，復(fù)合質(zhì)量差，經(jīng)過機加工后結(jié)合面襯層材料呈塊狀掉落，直接露出基體層面。
[0004](2)結(jié)合面易出現(xiàn)夾渣，氣孔等鑄造缺陷，報廢率達90%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的是:銅合金澆注過程中產(chǎn)生的氣體、熔渣等不能及時排出，在合金化層中形成氣孔、夾渣，合金層質(zhì)量較難控制和鋼銅在界面處的濕潤性差，導(dǎo)致結(jié)合不良，復(fù)合質(zhì)量差，經(jīng)過機加工后結(jié)合面襯層材料呈塊狀掉落，直接露出基體層面的技術(shù)問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
鋼銅雙金屬鑄造加工工藝，包括以下步驟:鋼坯處理一銅圈處理一一組型一出模； 所述鋼坯處理步驟如下:
(1)鋼坯投產(chǎn)前由檢驗對鋼坯進行硬度(HBd)值復(fù)檢，硬度偏低的鋼坯(壓痕直徑HBd大于3.7mm)在鋼坯最大外圈上用特殊標(biāo)記區(qū)分，檢查鋼坯的復(fù)驗結(jié)果，鋼坯復(fù)驗無特殊標(biāo)記的，進入下一工序；
(2)檢驗鋼坯是否干凈，若發(fā)現(xiàn)鋼坯熔接面上有局部輕微的銹斑時，應(yīng)用金相紙砂將銹斑打磨干凈，腐蝕銹斑嚴(yán)重的鋼坯不用；
(3)將檢驗合格的鋼坯浸入溫度大于90°C的堿煮液中煮5分鐘?10分鐘后取出；
(4)堿煮后的鋼坯用60°C?80°C的熱水沖洗堿煮液，滴盡水珠浸入酸洗液中；
(5)鋼坯在酸洗液中浸泡10分鐘?15分鐘，同時用長把刷刷洗鋼坯熔接面，直至全部熔接面呈現(xiàn)出明亮潔凈的金屬光澤，無任何目視的污染和氧化銹斑存在；
(6 )將酸洗合格的鋼坯用自來水沖洗酸液，滴盡水珠后浸入溫度為70°C?80°C的硼砂稀釋溶液中保溫10分鐘?15分鐘，進行涂掛硼砂稀釋溶液處理；
(7)戴上潔凈的橡皮手套，將涂掛好硼砂稀釋溶液的鋼坯分開擺放在潔凈的低溫電阻爐中烘烤，烘烤溫度為250°C ± 10°C，保溫時間為60分鐘土 10分鐘；
(8)檢查烘烤保溫后的鋼坯，全部熔接面上必須明亮光潔，無任何污物，硼砂稀釋溶液層分布均勻，密實；
(9)硼砂飽和溶液的噴涂
硼砂飽和溶液層的噴涂厚度應(yīng)控制在0.7mm?1.0mm，分2?4次噴涂達到厚度要求;開始噴涂時，將鋼坯放在專用旋轉(zhuǎn)架上，在勻速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，用噴槍對熔接面噴涂硼砂飽和溶液，噴涂底層時，噴槍的風(fēng)壓需小些，以保證噴涂層均勻密實，不至于產(chǎn)生泡狀凸起，噴涂過程中，應(yīng)準(zhǔn)確控制噴槍角度，壓縮空氣的壓力，鋼坯旋轉(zhuǎn)速度及噴槍與鋼坯間的距離，以保證全部熔接面上的涂層均勻、密實;噴涂過程中，硼砂飽和溶液的溫度應(yīng)控制在80°C?90°C范圍，使硼砂飽和溶液完全處于溶解狀態(tài);若發(fā)現(xiàn)飽和溶液中有較多的硼砂晶體析出，則應(yīng)重新加熱，待飽和溶液的硼砂晶體完全溶解后才能繼續(xù)噴涂;在更換或重新加熱硼砂飽和溶液的間隔時間，應(yīng)將鋼坯臨時存放在溫度為180°C?200°C的低溫電阻爐內(nèi)保溫，噴涂時再取出，直至噴涂厚度達到要求為止;硼砂飽和溶液涂層厚度達到要求的鋼坯，應(yīng)放在溫度為180°C?200°C的低溫電阻爐內(nèi)保溫大于1小時才能取出；待鋼坯空冷到室溫后即可供組型使用；不能立即進行組型的鋼坯，應(yīng)存放在潔凈的專用架上，同時須用潔凈的牛皮紙覆蓋好，存放最長周期為5天；
所述銅圈處理步驟如下:
(1)銅套原材料由砂型鑄造而成或市購銅棒，要求化學(xué)成分必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求，主要成分Cu=60.0?63.5%，余量Zn，雜質(zhì)含量總量不大于1.5%，其中Fe < 1.0%，Sb < 0.01 %，Pb <
0.01%,Bi< 0.002%,P<0.01%；要求原材料表面質(zhì)量要求致密，不允許存在縮孔、縮松、夾渣缺陷，此類缺陷在雙金屬鑄造過程中容易引起熔接面夾渣，氣孔缺陷，影響雙金屬的熔合質(zhì)量；
(2)銅圈機加工，首先將銅棒下料，然后上車床平端面車外圓，車內(nèi)孔斜度1°，反向平端面保證長度尺寸，整個零件光潔度要求不大于3.2;
(3)銅圈的表面處理，銅圈經(jīng)過機加工后，表面有油污及氧化皮，鑄造前，需要對銅圈進行去油除污處理:首先將銅圈用堿液清洗，然后用熱水將表面的堿液清洗干凈，再用配備好的酸液浸泡5?10分鐘，時間過短零件均勻性差，特別是表面氧化皮厚時，更應(yīng)延長脫膜時間，時間長亮度好，但過長易出現(xiàn)基體過腐蝕現(xiàn)象，酸起到溶解、剝離金屬銅表面氧化的作用，與脫膜劑配合使用，能起到光亮、平整作用;酸度低，影響反應(yīng)速度，溶液易渾濁，但酸度過高對于溶解氧化皮效果反而變差；
(4)銅圈清洗，將酸洗后的零件用自來水沖洗酸液；
(5)零件干燥處理，將零件送入保溫爐作烘干處理，溫度控制在室溫?60°C，直至零件表面干燥為止，將處理完成的零件用牛皮袋裝好備用，防止再次氧化；
所述組型處理步驟如下:
(1)熔鑄型砂芯、箱套的搗制及烘烤
砂芯、箱套搗制好后，在其型面上先涂刷一層硅酸鈉水溶液，15分鐘-20分鐘后再涂刷一層水溶土狀石墨粉涂料，最后將砂芯、箱套放在150° C?200° C烘干箱中烘烤4小時?6小時；
(2)組型方法:將砂芯、箱套上的石墨凸點，砂粒用刮刀抹去后，用壓縮空氣吹除浮砂和灰塵;清理鋼坯上下端面多余的硼砂涂層;然后將準(zhǔn)備好的銅圈裝入鋼坯內(nèi)圓，裝入時，不能將鋼坯內(nèi)腔的硼砂碰傷或者掉落，必須保證熔接面上的硼砂涂層完整和均勻，然后放入砂芯，在組合后的底板和鋼坯及鋼坯和上下箱的間隙處涂刷精制膨潤土水漿，然后用堵縫填砂充填壓實;在壓實的填砂外表面涂刷一層硅酸鈉水溶液，用壓縮空氣吹除熔鑄型內(nèi)的浮砂和灰塵后準(zhǔn)備預(yù)熱；
(3)預(yù)熱:將鑄型裝托盤送入中溫電爐預(yù)熱，入爐溫度應(yīng)小于300°C;隨爐升溫到640°C±10°C，鑄型預(yù)熱保溫時間為1.5小時?4.5小時，鑄型預(yù)熱時，高溫爐應(yīng)同時送電升溫至1040° C± 10° C保溫待用；
(4)保溫:組型完成的熔鑄型應(yīng)盡快裝入高溫爐，待溫度回升到了1040° C± 10° C時，保溫1小時?1小時15分鐘即可出爐冷卻；
(5)冷卻:熔鑄型鋼坯復(fù)檢硬度值HBd=3.4mm?3.7mm時，冷卻方式空冷——即從高溫爐出爐后，直接放在地面上空冷至室溫;熔鑄型鋼坯復(fù)驗硬度值HBd小于3.4mm時，冷卻方式必須選擇空冷；
熔鑄型的鋼坯復(fù)驗硬度值HBd大于3.7mm時，必須按下列操作程序進行:高溫保溫后的熔鑄型出爐后，在空氣中冷卻3分鐘?5分鐘，抬至旋轉(zhuǎn)臺上均勻地用壓縮空氣風(fēng)冷鋼坯;水冷底板，當(dāng)冒口冷至暗紅色時停止風(fēng)冷水冷，抬至底面使其空冷至室溫即可出模；
所述出模步驟如下:
撬開鑄型的四根鋼筋，使其各部分拆開，在鑄件規(guī)定的部位用鋼印打刻爐號。
[0007]所述銅圈處理步驟中的酸液為:
選取硫酸98% 40mL/L，脫膜促進劑80g/L，溫度保證在室溫?60° C;溶液配制時，先加入1/3體積的水，攪拌下緩慢加入硫酸，然后加入脫膜促進劑，攪拌溶解，補充水位即可使用；脫膜液使用一段時間溶液變渾濁時，應(yīng)加硫酸，如渾濁現(xiàn)象加酸不起作用，則應(yīng)更換部分溶液;反應(yīng)速度減慢時應(yīng)補加脫模促進劑。
采用上述技術(shù)方案的有益效果:
(1)本發(fā)明在雙金屬鑄造的過程中，對鋼坯進行的堿煮、酸洗、硼砂稀釋處理、烘烤、噴涂硼砂飽和溶液、保溫、冷卻等一系列的特殊處理，大大改善了雙金屬結(jié)合面之間的缺陷。
[0008](2)本發(fā)明對鑄型的組型保溫冷卻工藝進行特殊處理，增加砂芯、箱套的預(yù)熱烘烤，合箱后對整體鑄型進行640° C保溫1.5?4.5h的預(yù)熱處理，組型完成后對組型1040° C保溫1?lhl5分鐘的保溫處理，冷卻也有特殊要求，針對入箱硬度不同的鋼坯，分別采取不同的冷卻方式，保證出型以后的鋼坯滿足力學(xué)性能的要求。
[0009](3)本發(fā)明將原有銅合金澆注工藝改為銅圈熔融后與鋼坯的結(jié)合，簡化熔煉和鑄造工藝，進行簡單的造型即可達到雙合金鑄造融合的要求，節(jié)約了熔煉設(shè)備和生產(chǎn)車間場地，同時也節(jié)約了人工成本。
【具體實施方式】
[0010]實施例一
鋼銅雙金屬鑄造加工工藝，包括以下步驟:鋼坯處理一銅圈處理一一組型一出模；
所述鋼坯處理步驟如下:
(1)鋼坯投產(chǎn)前由檢驗對鋼坯進行硬度(HBd)值復(fù)檢，硬度偏低的鋼坯(壓痕直徑HBd大于3.7mm)在鋼坯最大外圈上用特殊標(biāo)記區(qū)分，