一種鋼銅復(fù)合缸體的鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明應(yīng)用于金屬鑄造領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼銅復(fù)合缸體的鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鑄造領(lǐng)域中，鋼銅金屬?gòu)?fù)合為一體的鑄造技術(shù)一直都不成熟和穩(wěn)定。長(zhǎng)期以來(lái)，都采用焊接或粉末燒結(jié)成型的方法生產(chǎn)，但這兩種方法都有很多局限。焊接復(fù)合不牢固經(jīng)常出現(xiàn)金屬脫離，使用壽命短的情況;粉末燒結(jié)成型不能尺寸太大，成本很高。通過(guò)對(duì)先進(jìn)國(guó)家了解，通過(guò)鑄造方法生產(chǎn)的鋼銅復(fù)合缸體最為可靠。國(guó)內(nèi)鋼銅復(fù)合缸體需求很大，但大多還依靠進(jìn)口，且進(jìn)口的復(fù)合缸體大多都是采用鑄造方法生產(chǎn)的。鋼銅復(fù)合缸體作為栗馬達(dá)中重要鑄件，它的質(zhì)量直接影響整機(jī)的性能。軍工企業(yè)對(duì)高品質(zhì)鋼銅復(fù)合缸體需求更迫切，由于目前還采用進(jìn)口的方式，價(jià)格高和周期很長(zhǎng)，小批單件采購(gòu)很難實(shí)現(xiàn)，新開(kāi)發(fā)所需要的鋼銅復(fù)合缸體都是以目前進(jìn)口規(guī)格進(jìn)行依靠，無(wú)法很快實(shí)現(xiàn)新的設(shè)計(jì)要求。因此，研究采用鑄造方法生產(chǎn)鋼銅復(fù)合缸體意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鋼銅復(fù)合缸體的鑄造方法，解決鋼銅復(fù)合缸體復(fù)合過(guò)程中氧化、復(fù)合性能不達(dá)標(biāo)、復(fù)合鑄造工裝設(shè)計(jì)及銅材料配比的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鑄造方法生產(chǎn)合格鋼銅復(fù)合缸體毛坯。
[0004]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]—種鋼銅復(fù)合缸體的鑄造方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、進(jìn)行三維模型建立，計(jì)算出饒注銅金屬質(zhì)量為19.86kg，進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬，通過(guò)工藝設(shè)計(jì)及工藝模擬技術(shù)優(yōu)化澆注工藝，確定鋼基的初始溫度為1250°C，銅金屬的初始澆注的溫度為1250°C，保溫時(shí)間為9-12min，澆注時(shí)間為15s，澆注速度為1.5kg/s；
[0007]步驟二、采用圓鋼坯料作為鋼基，對(duì)鋼基進(jìn)行熱處理退火工藝:緩慢加熱到900°C_1050°C，加熱時(shí)間為15h-20h;
[0008]步驟三、對(duì)熱處理后的鋼基進(jìn)行車銑、鉆孔、鏜孔，形成中心孔及圍繞中心孔分布的其它進(jìn)料孔，并在鋼基頂部焊接冒口、底部焊接銅層封閉區(qū)；
[0009]步驟四、對(duì)鋼基進(jìn)行除油、除銹、除水、鍍鎳處理，鍍鎳厚度為7μπι-10μπι，
[0010]步驟五:對(duì)鋼基進(jìn)行生產(chǎn)前預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為150°C_250°C;
[0011]步驟六、向坩禍中加入無(wú)水硼砂，加熱無(wú)水硼砂使其熔化，溫度控制在1200°C以上；
[0012]步驟七、將經(jīng)步驟四預(yù)熱處理后的鋼基放入熔化后的無(wú)水硼砂中，加熱到1250°C，加熱時(shí)間為2h-3h，所述的無(wú)水硼砂液面高于鋼基上平面10?30mm ；
[0013]步驟八、熔煉銅金屬，所述的銅金屬熔煉溫度為1250°C；
[0014]步驟九、將熔煉后的銅金屬通過(guò)鋼基上的中心孔澆入到鋼基內(nèi)，澆注時(shí)間為15s，澆注速度為1.5kg/s，并在澆注過(guò)程中用鋼絲攪動(dòng)各孔，保持溫度在1250°c-1300°c，保溫時(shí)間為9-12min，將鑄滿銅金屬的鋼基取出，放入水槽中，冷卻凝固至室溫，得鋼銅復(fù)合缸體。
[0015]所述的步驟一中三維模型建立采用UG、PROE、SolidWwork、或Ideas。
[0016]所述的步驟一中鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬采用CASTsoft或MAGMA。
[0017]所述的冒口高度為50mm。
[0018]所述的銅層封閉區(qū)型腔高度為20mm。
[0019]所述的銅金屬為銅合金，各組分配比為:Cu71%-73% ,Pbl9.5%-21 % , Sn4%-6%，Niim
[0020]所述的步驟八中水槽的注水速度控制在水面上升10-15mm/min。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:采用無(wú)水硼砂作為介質(zhì)，由于復(fù)合過(guò)程是在高溫1200°C以上進(jìn)行的，這個(gè)溫度下鋼基和液態(tài)銅都十分活潑，易與空氣中的氧進(jìn)行反應(yīng)，從而在復(fù)合面形成氧化皮，從而影響復(fù)合質(zhì)量。無(wú)水硼砂的正確使用，是成功鑄造鋼銅復(fù)合缸體毛坯的關(guān)鍵。脫水硼砂主要作用如下:熔融硼砂在鋼基內(nèi)壁形成潤(rùn)滑液膜，減少了引銅阻力，也沒(méi)有氧化物附著在結(jié)晶器壁上，避免了銅金屬凝殼的拉裂現(xiàn)象，減少了表面夾雜、冷隔等缺陷；硼砂具有凈化熔體的作用，可以溶解熔液上方的氧化渣，克服有害合金元素的不良作用，擴(kuò)大舊料使用的比例;熔融硼砂減緩了銅金屬上部的冷卻強(qiáng)度，使冷卻主要集中在鋼基的下部和二次冷卻區(qū)，導(dǎo)致縱向結(jié)晶效果顯著，液穴比氣體保護(hù)或煙灰覆蓋鑄造液穴淺，可提高鑄造速度，同時(shí)具有細(xì)化晶粒，改善黃銅的高溫性能的作用。鋼銅雙金屬通過(guò)擴(kuò)散復(fù)合可使界面實(shí)現(xiàn)良好的冶金結(jié)合，復(fù)合性能良好，界面強(qiáng)度達(dá)到100MP超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1328-91規(guī)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。尤其是通過(guò)缸體鑄型的鋼基鍍鎳后，鋼銅雙金屬通過(guò)擴(kuò)散復(fù)合原子結(jié)合過(guò)渡層厚可達(dá)到10μηι-14μηι，大大改善了復(fù)合能力。鋼銅復(fù)合缸體在3000r/min，400MP載荷下進(jìn)行連續(xù)50小時(shí)，壓力無(wú)變化。綜上所述雙金屬鋼銅復(fù)合缸體擴(kuò)散復(fù)合質(zhì)量較好。
【附圖說(shuō)明】
[0022 ]圖1為本發(fā)明鋼銅復(fù)合缸體整體示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明鋼銅復(fù)合缸體鋼基示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記:1_鋼基;2-冒口；3-中心孔;4-銅層封閉區(qū)；5-坩禍;6-無(wú)水硼砂;7-銅金屬O
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例1
[0027]由圖1-2，一種鋼銅復(fù)合缸體的鑄造方法，包括以下步驟:
[0028]步驟一、采用UG進(jìn)行三維模型建立，計(jì)算出澆注銅金屬7質(zhì)量為19.86kg，采用CASTsoft進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬，通過(guò)工藝設(shè)計(jì)及工藝模擬技術(shù)優(yōu)化饒注工藝，確定鋼基I的初始溫度為1250°C，銅金屬7的初始澆注的溫度為1250°C，保溫時(shí)間為9min，澆注時(shí)間為15s，澆注速度為1.5kg/s ；
[0029]步驟二、采用圓鋼坯料作為鋼基I，對(duì)鋼基I進(jìn)行熱處理退火工藝:緩慢加熱到900°C，加熱時(shí)間為15h;
[0030]步驟三、對(duì)熱處理后的鋼基I進(jìn)行車銑、鉆孔、鏜孔，形成中心孔3及圍繞中心孔分布的其它進(jìn)料孔，并在鋼基I頂部焊接冒口 2、底部焊接銅層封閉區(qū)4，所述的冒口 2高度為50mm，銅層封閉區(qū)4型腔高度為20mm;
[0031]步驟四、對(duì)鋼基I進(jìn)行除油、除銹、除水、鍍鎳處