专利名称：钢体铜衬双层金属材料浇注工艺的制作方法
技术领域：
本发明属双金属加工工艺，主要涉及基体与减磨层材料的成材浇注。
公知静浇注是钢体铜衬材料的成材方法，可适用于常规钢体铜衬双层金属材料的生产制作，而且工艺较为简单，已被广泛采用，但在实际应用中，双层金属的结合强度，浇注质量均较难控制，对基体材质又有一定要求，因而给使用带来影响。
本发明目的是提出改善双层金属结合强度，稳定产品质量的浇注工艺。
本发明目的是这样实现的，依次进行包括对双金属基体结合面处的予清理、基体加热、浇注待结合衬材金属熔液，粘结后冷却直至成材，其中，在加热至浇注阶段中应维持适宜的流动气氛，即在加热初始阶段保持惰性气氛或还原气氛，其气氛强度以避免受热基体氧化为限，在加热后期应保证为还原气氛，还原强度以充分还原基体结合表面的氧化物为限，待实施浇注前改为惰性气氛，在惰性气氛中进行浇注。这样，流动气氛有利于排除基体结合面处，在加热过程中产生不利于浇注结合的生成物，维持正常气氛，初始阶段的气氛控制可以防止基体结合面处在加热过程中被氧化，随后的还原气氛则可充分还原基体结合面处在加热过程中被氧化，随后的还原气氛则可充分还原基体结合面处已有的氧化表面，消除有碍双金属结合的氧化物，并使基体结合处表面活性增强。从而增加双层金属间的结合强度，使产品质量稳定，使本发明目的得以实现。
本发明当基体为中高碳铁碳合金材料时，在加热初始阶段后期流动气氛中加入有一定含量的氧或水份，其含量与气氛的强度应控制在使基体待结合表面产生适度脱碳，其脱碳程度以满足欲浇注衬材金属与基体正常结合的含碳要求为限，此后则与加热后期维持还原气氛的工序相衔接，直至浇注成材。改变初期加热气氛的构成，适应了变化后基体材质，同时满足了双层金属材料的结合要求，从而扩大了本发明的适用领域，自然后期还原气氛的具体参数要依前期加热后表面存在的氧化物含量决定，与低碳基体有所区别。
本发明初始与后期加热的衔接温度点控制在600-900℃。因此前可以选用较经济和质量指标较低的惰性气氛，以避免加热过程中的氧化倾向，在衡接温度之后则去除基体待结合面氧化物的还原作用条件易于满足，从而使基体粘结或熔合面洁净，无氧化夹杂，能严格符合浇注要求，且较高的衔接温度，亦可满足对中高碳基体待结合面处的脱碳要求。
本发明借助控制双层金属静止浇注加热过程中结合面处的环境气氛，有效地把握浇注前结合面的状态，从而充分满足双层金属浇注对基体结合面的特定要求，提高了成材质量，所提出降低基体表面含碳量的具体途径，扩大了基体的选材范围，增加了双层金属材料的品种，改善其性能，扩大了双层金属合金的适用场合;本工艺实施的条件容易满足，工艺参数易于控制，工艺过程稳定，所需成本亦经济合理，有工业实施前景。
附图给出工艺流程图，以简明表述本发明的主要内容。
图1为钢体铜衬双层金属材料浇注工艺图;
图2为中高碳铁碳合金基体双层金属材料浇注工艺图。
第一实施例为双层金属轴套的浇注工艺，其基体为低碳钢，含碳量小于0.25%，浇注的铜衬合金为铅铜，其成份组成Pb-19%，Sn-1.5%，Ni＜0.5%。
首先对钢体进行初步清理，在碱液中去除钢体在机加工时附着的油污、钢屑或钢末，然后水洗洪干。随后把钢体放入加热炉中进行加热，并对钢体待注入铜合金的粘结面或型腔通以气体，该气体应为氮气或其它惰性气体或其它还原性气体。一般选用氯气较为经济，这样可防止基体受热而产生氧化，并使残留的油污等挥发物随气体带走。通入的气体流量应保证所通入腔体内的正压。加热时，应使钢体各部位的温度尽可能均匀，升温速度尽可能快。温度达800℃时，改通氢气或分解氨氢氮混合气体。主要还原粘结面存有的氧化物，所通入的还原气体露点不大于-30℃。此后继续升温至浇注温度1100℃，浇注温度前的还原处理时间不小于30分钟。浇注前改通氮气保护，因氢气与铜合金有吸气现象。需待氢气排净后。方可将已熔炼好的铜合金浇注入钢体内。有时根据材质和粘结强度要求，还可在浇注完铜合金后保温5-20分钟或进一步升高温度至铜合金熔点以上150℃左右，保温5-20分钟，强化扩散粘结。铜合金浇注完后，钢体就可以从炉中取出，进行冷却。冷却可在空气中进行，或通过一定的方式进行通水间接冷却，直接水冷不宜采用以免产生应力导至铜合金出现裂纹。
采用上述工艺及本例给出的铜合金，铸后经对铸件进行检验，基体与铜衬的粘结强度，可达140N/mm2，粘结牢固，钢体与铜衬粘结面。无任何氧化物夹杂。
第二实施例为高压柱塞泵用双层金属缸体，其基体为中碳钢，制造过程如下在对含碳量高的钢体上进行双层金属浇注时，同样需要对钢体进行初步清理，在碱液中清洗去除机加工后着附的钢屑或钢末，然后水洗烘干，随后将钢体放入加热炉中进行加热，并通以氮气或其它惰性气体或还原性气体，可与例1相同，仍选用较为经济的氮气。由于碳的存在起着阻碍粘结的作用，故对含碳量较高的钢体进行粘结表面的脱碳处理。本例中钢体加热温度升高时，由于选用通入的气体是未经特别提纯处理，含有一定量的氧和水份，钢体粘结表面与此种通入气体的作用，可造表面脱碳，此现象的强弱可通过控制温度，持续时间，以及通入气体的含氧量或水份量来控制，一般加热温度高，持续时间长，气体含氧量或水份含量高则脱碳现象强，反之则弱，其选定可通过对铸后试件的粘结效果进行检验证。本例，在温度达850°-900℃时，对通入的气体露点为-10℃，脱碳保温时间20-40分钟，在完成上述过程中，即改通还原性气体氢气，充分还原钢体粘结面的氧化物，该气体露点不大于-30℃。此时还原和升温可同时进行，但必须保证至浇注前的还原处理时间不少于30分钟。本例浇注温度为1050℃。在浇注前改通氮气保护，待氢排净后，将熔炼好的铜合金溶液浇注入钢体内，然后在炉内保温5分钟充分熔合，即可将铸后的钢体取出置于钢板上，通水间接冷却。
当铜合金成份为Pb-15%，Sn-8%，Zn-3%，Ni-1.5%，Cu余时，铸后铜衬材料与钢体的粘结强度达216N/mm2，粘结成功率达百分之百。
第三实施例为形成铸铁基体的双层金属材料，在加热初阶段，由于含碳量高，还有以石墨形式存在的游离碳，故通入气体的脱碳性应远远高于钢基体，但又不能使表层铁大量氧化。对通入的气体组成为90-96%氮气或惰性气体加3-8%的空气，或95-98%氮气或惰性气体加2-4%的水蒸汽，其初始加热的脱碳温度应适当提高至900-1000℃，脱碳保温时间20-40分钟，在完成上述过程后，仍用氢气或分解氨氢氮混合气体进行还原处理，确保氧化物的充分还原，直至达到浇注时的温度950-1100℃。其它工艺过程同前。对通入的脱碳性气体，也可直接选用转化煤气，发生炉气，水煤气等。在实施上述工艺后，可使铸铁基体双金属材料的制作得以实现，进一步扩大了基体材料的选材范围。
权利要求
1.钢体铜衬双层金属材料浇注工艺属金属加工工艺，是包括依次进行对双层金属基体结合面处予清理，基体加热，而后浇注欲结合金属熔液，粘结后冷却至成材的基本工艺，其特征是在加热至浇注的阶段中结合面处应维持适宜的流动气氛，加热初始阶段应为惰性气氛或还原气氛，气氛强度以避免受热基体进一步氧化为限，在加热后期应保证为还原气氛，还原强度以还原结合面处的氧化物为限，待浇注前改为惰性气氛，在惰性气氛中进行浇铸。
2.如权利要求1中所述浇注工艺，其特征是当基体为高中碳的铁碳合金时，其初始加热阶段后期的气氛含有一定量的氧或水分，其含量和气氛强度除满足基体浇涛升温外，还需使基体结合表面产生适度脱碳，该脱碳程度以使基体结合面处含碳量满足铜衬材料浇注粘结的要求为限，此后仍需与维持加热后期的还原气氛的工序相衔接，直至终了。
3.如权利要求1或2所述工艺，其特征在于加热初始和后期的衔接温度控制在600-900℃。
全文摘要
钢体铜衬双层金属材料浇注工艺属双金属加工工艺，是通过保持加热基体和浇注时的流动气氛，令其由惰性或还原气氛依次改为还原及惰性气氛，使基体待粘合表面严格符合浇注要求，对中高碳铁碳合金基体还适时增加气氛中的适度脱碳能力。本工艺不但能得到粘合可靠，质量稳定的双层减磨金属材料，还扩大了基体用材的范围，增加了新的品种，工艺构思合理，工艺条件易于满足，成本较低，有工业实施前景。
文档编号B22D19/08GK1061924SQ91108289
公开日1992年6月17日 申请日期1991年12月14日 优先权日1991年12月14日
发明者王克银, 张军, 王立新, 郭培新, 林建龙 申请人:山西省冶金研究所