钢基铜合金涡轮及其制备方法与流程

本发明涉及铜涡轮的制造，特别是一种钢基铜合金涡轮及其制备方法。

背景技术：

双金属复合材料是近几年国家研究、开发、推广的一种新型材料。它的优点是以钢为基础，表面复合非铁金属及合金，它不仅增加了非铁金属及合金的强度，更为国家节约了大量的铜材等非铁金属，并已广泛应用于阀杆螺母、蜗轮、轴瓦等行业。

钢基铜合金蜗轮正是在这种趋势下发展起来，由于很多机械装置上都需要用到铜蜗轮，从而使铜材需求量大。而现有的钢基铜合金蜗轮存在的问题有，外层的铜合金套和内层的钢基之间的复合面有夹渣，不致密，结合性差，复合层有滑动、脱落等现象。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种钢基铜合金涡轮及其制备方法，它解决了现有的钢基铜合金涡轮的铜合金套与钢基之间结合性差，复合面间有夹渣，不致密的问题。

本发明的技术方案是：钢基铜合金涡轮，包括钢基、铜合金套和栓；钢基呈套筒型，其外壁上设有沿径向伸出的第一环形凸台和第二环形凸台，第一环形凸台上设有多个栓孔a，栓孔a贯通第一环形凸台的两侧端面，第二环形凸台上设有多个栓孔b，栓孔b贯通第二环形凸台的两侧端面；铜合金套套设在钢基外圆面上，并位于第一环形凸台和第二环形凸台之间，其外圆面上设有涡轮叶片；栓设在栓孔a和栓孔b内，并与铜合金套一体成型。

本发明进一步的技术方案是：钢基的外圆面上设有多条纵横交错布置的v形槽；相应的，铜合金套的内壁面上设有多条与所述v型槽相匹配的凸棱。

本发明再进一步的技术方案是：v型槽的槽宽和槽深均为3mm。

本发明更进一步的技术方案是：钢基的第一环形凸台和第二环形凸台分别在内侧端面(即彼此相对的一侧端面)的外边缘处设有环形倒角。

本发明更进一步的技术方案是：环形倒角的尺寸为45°×10mm。

本发明的技术方案是：钢基铜合金涡轮的制备方法，步骤如下，

s01，制造钢基待用；

s02，对钢基在第一环形凸台和第二环形凸台之间的外圆面进行镀铜处理，以防止钢基的外圆面被氧化，并提高铜合金套的附着牢固度；

s03，将钢基装入铜合金套浇铸模具内，钢基的第一环形凸台和第二环形凸台的外侧端面分别与铜合金套浇铸模具的内壁紧密接触，从而使得钢基与铜合金套浇铸模具之间形成一个环形浇铸腔，通过铜合金套浇铸模具的浇铸口向所述的环形浇铸腔内灌注液态铜合金；

s04，灌注完成后，将钢基及铜合金套浇铸模具一同放入保温炉中，先将保温炉内温度调至800℃，保持5分钟后，再调至450°c，保持10分钟，然后调至200℃，保持5分钟，最后将钢基及铜合金套浇铸模具一同拿出，在常温下自然冷却。

本发明进一步的技术方案是：s01步骤中，钢基的制造方法如下：

a、铸造钢基毛坯；

b、对钢基毛坯进行机加得到钢基半成品；

对钢基毛坯进行机加的步骤如下：

1、在钢基毛坯的第一环形凸台和第二环形凸台之间的外圆面上加工纵横交错的v型槽，槽深和槽宽均为3mm；

2、在钢基毛坯的第一环形凸台的内侧端面外边缘处和第二环形凸台的内侧端面外边缘处分别加工尺寸为45°×10mm的环形倒角；

3、在钢基毛坯的第一环形凸台和第二环形凸台上分别钻栓孔a和栓孔b，栓孔a和栓孔b均呈环形分布，得到钢基半成品；

4、将钢基半成品放入20-60g/l浓度的氢氧化钠溶液中，在80-100°c的温度下浸泡20-40秒，完成碱洗工序，以去除钢基半成品上的油迹；

5、将碱洗后的钢基半成品放入5-10%的盐酸溶液中，在30-60°c的温度下浸泡10-30秒，然后放入流动的清水池中去酸，完成酸洗工序，以去除钢基毛坯上的锈迹，得到钢基(成品)。

本发明再进一步的技术方案是：所述铜合金套浇铸模具，包括呈套筒型的模具体，模具体上设有呈径向向外突出的环形台阶部，模具体的内孔在环形台阶部处设有一圈环形槽，模具体上设有连通至环形槽的浇铸口。

本发明更进一步的技术方案是：模具体为分体式结构，其包括第一分体和与第一分体相连接的第二分体。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、钢基与铜合金套结合牢固，两者的结合面之间无滑动、松脱。

实现该有益效果的结构及原理如下：

a、钢基的外圆面上设有多条纵横交错布置的v形槽，相应的，铜合金套的内壁面上设有多条与所述v型槽相匹配的凸棱，可防止钢基与铜合金套之间出现滑动，并增强两者的粘合面积和铜合金套的强度。

b、钢基的第一环形凸台和第二环形凸台分别在内侧端面的外边缘处设有环形倒角，当浇铸完成后，该环形倒角可使铜合金可以按照倒角面的方向向内收缩，进而达到控制铜合金收缩方向，使钢基和铜合金套复合层更致密的效果。

c、对钢基在第一环形凸台和第二环形凸台之间的外圆面进行镀铜处理，可防止镶嵌表面氧化，使铜合金与钢基的接触面更宽，进而提高了铜合金的附着力。

2、向铜合金套浇铸模具内灌注液态铜合金后，采用了温度逐段下调的多段保温冷却方式，可使钢基和铜合金套均匀冷却，钢基和铜合金套冷却过程中收缩基本同步，铜合金凝固可控，有利于及时进行补水，从而避免钢基和铜合金因收缩膨胀系数和散热速度不同，出现铜合金的开裂和疏松。同时，这种多段冷却方式使铜合金有一个二次收缩的效果，组织密度更好，附着力更大，与钢基的结合效果更好。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的a-a剖视图；

图3为钢基的结构示意图；

图4为钢基与铜合金套浇铸模具的配合状态示意图；

图5为铜合金套浇铸模具的结构示意图；

图6为图5的b-b剖视图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-3所示，钢基铜合金涡轮，包括钢基1、铜合金套2和栓3。

钢基1呈套筒型，其外壁上设有沿径向伸出的第一环形凸台11和第二环形凸台12，第一环形凸台11上均布有多个栓孔a，栓孔a贯通第一环形凸台11的两侧端面，第二环形凸台12上均布有多个栓孔b，栓孔b贯通第二环形凸台12的两侧端面。

铜合金套2套设在钢基1外圆面上，并位于第一环形凸台11和第二环形凸台12之间，其外圆面上设有涡轮叶片21。

栓3设在栓孔a和栓孔b内，并与铜合金套2一体成型。

优选，钢基1的外圆面上设有多条纵横交错布置的v形槽13，v型槽13的槽宽和槽深均为3mm。相应的，铜合金套2的内壁面上设有多条与所述v型槽相匹配的凸棱22。

优选，钢基1的第一环形凸台11和第二环形凸台12分别在内侧端面的外边缘处设有环形倒角14，环形倒角14的尺寸为45°×10mm。

制备上述钢基铜合金涡轮的方法，步骤如下，

s01，制造钢基待用；

s02，对钢基在第一环形凸台和第二环形凸台之间的外圆面进行镀铜处理；

s03，将钢基1装入铜合金套浇铸模具内，钢基与铜合金套浇铸模具之间形成一个环形浇铸腔4(参看图4)，通过铜合金套浇铸模具的浇铸口51向所述的环形浇铸腔4内灌注液态铜合金；

s04，灌注完成后，将钢基及铜合金套浇铸模具一同放入保温炉中，先将保温炉内温度调至800℃，保持5分钟后，再调至450°c，保持10分钟，然后调至200℃，保持5分钟，最后将钢基及铜合金套浇铸模具一同拿出，在常温下自然冷却。

钢基的制造方法如下：

a、铸造钢基毛坯；

b、对钢基毛坯进行机加得到钢基半成品；

对钢基毛坯进行机加的步骤如下：

1、在钢基毛坯的第一环形凸台和第二环形凸台之间的外圆面上加工纵横交错的v型槽，槽深和槽宽均为3mm；

2、在钢基毛坯的第一环形凸台的内侧端面外边缘处和第二环形凸台的内侧端面外边缘处分别加工尺寸为45°×10mm的环形倒角；

3、在钢基毛坯的第一环形凸台和第二环形凸台上分别钻栓孔a和栓孔b，栓孔a和栓孔b均呈环形分布，得到钢基半成品；

4、将钢基半成品放入20-60g/l浓度的氢氧化钠溶液中，在80-100°c的温度下浸泡20-40秒，完成碱洗工序，以去除钢基半成品上的油迹；

5、将碱洗后的钢基半成品放入5-10%的盐酸溶液中，在30-60°c的温度下浸泡10-30秒，然后放入流动的清水池中去酸，完成酸洗工序，以去除钢基毛坯上的锈迹，得到钢基成品。

如图5-6所示，所述铜合金套浇铸模具，包括呈套筒型的模具体5，模具体5上设有呈径向向外突出的环形台阶部52，模具体5的内孔在环形台阶部52处设有一圈环形槽53，模具体5上设有连通至环形槽53的浇铸口51。

优选，模具体5为分体式结构，其包括第一分体54和与第一分体相连接的第二分体55。