专利名称：一种钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法
技术领域：
本发明属于新型金属结构材料制造及复合焊接技术领域。
背景技术：
钢、铸铁是应用最为广泛的金属结构材料，不同牌号的钢、铸铁具有不同的性能和用途，随着科技的发展，一种牌号的钢、铸铁难以满足多元化的使用性能要求，这就需要将两种性能不同的钢与铸铁进行复合处理，达到最佳的性能指标。在复合方法上，已经有真空钎焊、激光焊接、连续铸造等多种复合方法，在工程上已经取得了广泛的应用。但是这些复合方法有的成本高、有的过程不易控制、有的变形大、有的只适合薄壁焊接等，限制了应用 范围，特别是对于一些形状较为复杂的工件，如盾构刀具、轴、轮、轴承套、齿轮等，还没有较好的方法进行复合制备，因此新型的钢-铸铁复合制备方法的研究还具有广阔的空间和巨大的市场前景。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是，获得一种钢-铸铁快速复合的制备方法，使之克服现有技术的缺点，达到最佳的复合效果。本发明的目的是通过以下的手段实现的。一种钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法，使钢件与铸铁件形成固连，包含如下的工艺步骤(I)对欲进行固连的钢质工件和铸铁工件的连接面进行表面清洁和磨光处理，使表面平整光滑；(2)将钢质工件重叠在铸铁工件上二工件表面紧密接触；将感应加热圈套合在二工件外，使二工件的贴合面放在感应圈的中心部位，感应加热圈与二工件之间用石英管隔开；(3)开启感应加热，使二工件的贴合部位快速加热至1200°C 1300°C，当铸铁工件处于局部熔化后停止加热；(4)对(3)处理后的钢-铸铁工件完成相应热处理，得到目的钢-铸铁工件成品。与其它方法相比，本发明的方法具有过程容易控制、操作简单、变形小、成本低等优点。该过程中采用超音频或中频感应加热设备属于成熟技术，操作简单，容易控制。1200°C 1300°C的加热使与钢接触的铸铁熔化，其它部位处的铸铁和钢不熔化，停止加热，钢在重力的作用下下沉，熔化的铸铁会将钢和未熔化的铸铁连接在一起，形成钢-铸铁的连接。在制备过程中可以采用成本低的低碳钢基体与白口铁进行复合熔焊，复合后即可保证工件的耐磨性，又可保证基体的韧塑性，扩大应用范围和提高使用寿命。采用该方法复合处理的低碳钢-白口铁复合样品，在复合部位可以完全熔合为一体，与其它技术相比，避免了缝隙、氧化、孔洞等缺陷，大幅度提高了结合强度，同时又可以保证两种材料的本身性能不被破坏。复合后采用正火去应力处理还可以进一步提高复合处的结合强度和性能。
如下图I是本发明方法的原理示意图2是本发明方法制备的20钢-白口铁复合后连接处的金相图(复合后连接处的金相组织图4%硝酸酒精腐蚀100X)。
具体实施例方式首先，准备进行复合的钢、铸铁样品，并将要复合的平面进行表面清洁处理，去除表面油污、氧化皮、脱碳层等表面杂质及缺陷，并在金相砂纸上对要复合在一起的平面进行磨光处理，保证两个要复合在一起的平面平整、光滑；然后，分别将两个样品要复合在一起的表面紧密接触，不留缝隙放在感应圈的中心部位，感应圈与样品之间用石英管隔开；最后，采用超音频或中频感应加热，将钢、铸铁样品的复合部位同时快速加热至1200°C 1300°C之间，与钢接触的铸铁发生熔化，其它部位处的铸铁和钢不熔化，这时停止加热，熔化的铸铁会将未熔化钢和铸铁连接在一起，形成钢-铸铁复合材料；根据使用性能要求，可以对复合后的样品进行不同工艺的热处理，消除应力，达到最佳使用效果。 实施例I分别选择两件长度均为100mm，直径均为20mm的20钢、白口铸铁样品，将要复合在一起的样品的端面用金相砂纸磨光，去除油污、氧化等杂质、缺陷；分别将两个样品放入感应加热圈内，使要复合在一起的端面紧密接触，并处于感应加热圈的中心部位，采用超音频感应加热，感应加热圈和样品之间用石英管隔开；放好后，开始加热，最高温度在1250°C左右，加热至与20钢接触的白口铸铁在Imm层面发生熔化，其它部位处的白口铸铁和20钢不熔化，这时停止加热，熔化的铸铁会将未熔化钢和铸铁连接在一起，形成20钢-白口铸铁的复合连接。所得连接好的样品500°C Xl小时回火热处理，连接面应力消除良好，连接坚固。实施例2采用外径30mm,内径15mm,厚度15mm的圆环状球墨铸铁样品和同样形状尺寸的20CrMnTi样品，采用实例I同样的方法将两个圆环状样品复合在一起，然后加热至880°C保温20分钟后立即放入280°C的盐浴中保温10分钟，可得到球状石墨完好的具有等温淬火组织的球墨铸铁、低碳钢复合样品。通过系列的实验发现，钢-铸铁快速加热复合的制备方法采用超音频或中频感应加热都有良好的效果。实验还发现，钢工件采用低碳钢、中碳钢、高碳钢或微合金钢，与铸铁材料白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁的一一组合都有良好的效果，同时能保证铸铁中石墨的形态不发生明显改变。
权利要求
1.一种钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法，使钢件与铸铁件形成固连，包含如下的工艺步骤 (I)对欲进行固连的钢质工件和铸铁工件的连接面进行表面清洁和磨光处理，使表面平整光滑；(2)将钢质工件重叠在铸铁工件上，二工件表面紧密接触；将感应加热圈套合在二工件外，使二工件的贴合面放在感应圈的中心部位，感应加热圈与二工件之间用石英管隔开；(3)开启感应加热，使二工件的贴合部位快速加热至1200°C 1300°C，当铸铁工件处于局部熔化后停止加热；(4)对(3)处理后的钢-铸铁工件完成相应热处理，得到目的钢-铸铁工件成品。
2.根据权利要求I所述之钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法，其特征在于，所述钢样品可以为低碳钢、中碳钢、闻碳钢或微合金钢，铸铁材料可为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁。
3.根据权利要求I所述之钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法，其特征在于，所述钢-铸铁快速加热复合的制备方法采用超音频或中频感应加热。
4.根据权利要求I所述之钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法，其特征在于，所述相应热处理可采用正火、退火或等温淬火的方法。
5.根据权利要求I所述之钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法，其特征在于，所述局部熔化是指铸铁界面以下0. 5mm 3mm呈熔化状态。
全文摘要
本发明公开了一种钢-铸铁界面快速加热的熔焊方法，包含如下的工艺步骤(1)工件表面处理，(2)工件表面紧密接触；将感应加热圈套合在二工件外，使二工件的贴合面放在感应圈的中心部位，感应加热圈与二工件之间用石英管隔开；(3)开启感应加热，使二工件的贴合部位快速加热至1200℃～1300℃，当铸铁工件处于局部熔化后停止加热；(4)对(3)处理后的钢-铸铁工件完成相应热处理，得到目的钢-铸铁工件成品。本发明方法具有过程可控、操作简单、设备通用性强的特点。
文档编号B23P15/00GK102794613SQ201210313008
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年5月4日
发明者崔国栋, 杨川, 李人宪, 高国庆 申请人:西南交通大学