采用离心铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铸造技术领域，特别设及一种采用离屯、铸造制备圆筒型铜铁双合金复 合铸件的方法。
【背景技术】
[0002] 在现有各类机械设备中的螺母、轴套均采用单一铜合金材质，如采用ZCuA19Mn2、 Z化Sn6Zn6饥3、Z化化26A13Mn3等成本太高，如何在单一铜合金单材质的基础上改变成工作 层仍为铜合金，外层为钢铁合金的双金属复合材料，即保留铜合金的所有使用性能，又提高 整体零件的机械强度，同时大量节约有色金属降低制造成本。
[0003] 铜/铁双金属复合材料现有的板材或带材均采用焊接的工艺制备，由于铜合金与 钢铁的热膨胀和溶点等物理性质及氧化的不同，极易在复合表面有疏松，夹渣及微裂纹，复 合不牢。不易制成大型零件。所W，目前在金属加工领域，铸造技术领域没有铜/铁双合金复 合的圆筒形的双合金铸件，如铜铁复合双合金螺母、轴套等。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种采用离屯、铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法， 通过铜合金烙炼和铁合金烙炼两种金属液先后诱入旋转的离屯、机模内，在离屯、力的作用 下，制成性能良好的圆筒形铜铁双合金铸件。
[0005] 本发明的方法按W下步骤进行： 1、 准备铁合金材料，烙炼制成铁液待用；所述的铁液的选用成分与牌号为HT200、 HT250、HT300、HT350、QT400-15、QT500-7、ZG310-570、ZG270-500或ZG35CrMo合金的成分 相同； 2、 准备铜合金材料，烙炼制成铜液待用；所述的铜液的选用成分与牌号为 ZCuSn5Pn5Z5、ZCuSn6Zn6I^3、ZCuSnlOPbS、ZCuA19Mn2、ZCuAl10Fe3、ZCuA19Fe4Ni4Mn2、 ZCuA18Mnl3化 3、ZCuZn25A16化 3Mn3、ZCuZn26A14 化 3Mn3 或 ZCuZn24A15化 2Mn2 铜合金的成分 相同； 3、 在离屯、机内放置预热至180±10°C离屯、模，启动离屯、机，调整转速为300~1200rpm，向 离屯、模诱入溫度为1350~1550°C的铁液；当进入离屯、模的铁液占全部铁液总重量1/4~1/3 时，开始向离屯、模内加入防氧化剂，同时通水对离屯、模外表面进行冷却，当全部铁液诱入完 毕后停止加入防氧化剂，并继续离屯、20~300s;此时防氧化剂在离屯、作用下覆盖在铁液内表 面，铁液形成圆筒型； 4、 向离屯、模中诱入溫度为980~1200°C的铜液，铜液在离屯、作用下位于圆筒状铁液形成 圆筒型，防氧化剂受离屯、力作用从铜液和铁液之间离开，继续离屯、至铁液和铜液全部凝固， 获得圆筒型铜铁双合金复合铸件。
[0006] 上述的离屯、模的材质选用20CrMo或30化Mo钢，并且离屯、模表面涂覆耐火涂料，所 述的耐火涂料为错粉涂料或石墨涂料，在离屯、模表面涂覆耐火涂料时，预先将离屯、模预热 至 90 ~200 °C。
[0007]上述的防氧化剂选用脱水棚砂，防氧化剂的用量按覆盖在铁液内表面时，每平方 米铁液表面覆盖有2.7~化g防氧化剂。
[000引上述方法中，加入的铜液的重量为铜液和铁液总重量的10~45%。
[0009] 上述的圆筒型铜铁双合金复合铸件由外层铁合金和内层铜合金构成，其中内层铜 合金的径向厚度为2~100mm。
[0010] 上述方法获得的圆筒型铜铁双合金复合铸件加热到860~920°C保溫2~12小时，再 随炉冷却至溫度低于400°C出炉，完成退火处理，W消除应力和细化金属晶体颗粒，提高机 械性能;然后用于加工成零件;经退火处理后的圆筒型铜铁双合金复合铸件的铁铜结合处 的抗拉强度为200~eOOMPa，延伸率为2.0~10.0%。
[0011] 本发明的原理及特点是:先将铁液离屯、形成外层圆筒，加入防氧化剂借助离屯、力 使其覆盖在铁液内表面，与空气隔绝防止氧化;同时对离屯、模外部水冷，使凝固按由外向内 的顺序进行;离屯、模的材质选用具有热强度、硬度、初性高、导热性能及热膨胀系数小的金 属型材料，有利于离屯、铸造顺利进行;在铁液未凝固时诱入铜液，使铜合金与铁合金形成冶 金结合，铜铁原子在离屯、作用下结合紧密牢固，晶体细化，能满足作为螺母或轴套等零件的 力学要求;经退火处理后，制成螺母或轴套等零件，其外层钢结构强初，内层铜的工作性能 良好，在做抗拉强度试验时，断裂处不在铜铁两种合金的结合处;相比于全铜材质的螺母， 铜只占该零件重45%w下所W成本大幅降低;本发明具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明采用实施例1的方法获得的圆筒型铜铁双合金复合铸件外观图； 图2为本发明采用实施例1的方法获得的圆筒型铜铁双合金复合铸件经退火处理并加 工成零件后进行性能测试厚度外观图。
【具体实施方式】
[0013] 本发明实施例中采用的脱水棚砂为市购产品。
[0014] 本发明实施例中采用的铁合金牌号成分如表1所示； 表1
本发明实施例中采用的铜合金牌号成分如表2所示； 表2
本发明实施例中测试抗拉强度和延伸率采用的标准为GB/T228.1-2010。
[0015] 本发明实施例中采用的错粉涂料或石墨涂料为市购产品。
[0016] 本发明实施例中烙炼铁液和铜液采用中频炉。
[0017] 本发明实施例中退火处理采用箱式电炉。
[001引实施例1 准备铁合金材料，在中频炉中烙炼制成铁液待用；所述的铁液的选用成分与牌号为 HT200合金的成分相同； 准备铜合金材料，在中频炉中烙炼制成铜液待用；所述的铜液的选用成分与牌号为 Z化Sn5Pn5化5铜合金成分相同； 离屯、模的材质选用20CrMo,并且离屯、模表面涂覆耐火涂料，所述的耐火涂料为石墨涂 料，在离屯、模表面涂覆耐火涂料时，预先将离屯、模预热至9(TC; 在离屯、机内放置预热至180±10°C离屯、模，启动离屯、机，调整转速为7(K)rpm，向离屯、模 诱入溫度为1350°(：的铁液;当进入离屯、模的铁液占全部铁液总重量1/^3时，开始向离屯、模内 加入防氧化剂脱水棚砂，同时通水对离屯、模外表面进行冷却，当全部铁液诱入完毕后停止 加入防氧化剂，并继续离屯、150s;此时防氧化剂在离屯、作用下覆盖在铁液内表面，铁液形成 圆筒型； 防氧化剂的用量按覆盖在铁液内表面时，每平方米铁液表面覆盖有2.化g防氧化剂； 向离屯、模中诱入溫度为12 0 0 °C的铜液，加入的铜液的重量为铜液和铁液总重量的 23.6%;铜液在离屯、作用下位于圆筒状铁液形成圆筒型，防氧化剂受离屯、力作用从铜液和铁 液之间离开，继续离屯、至铁液和铜液全部凝固，获得圆筒型铜铁双合金复合铸件；圆筒型铜 铁双合金复合铸件由外层铁合金和内层铜合金构成，其中内层铜合金的径向厚度为 44.5mm; 圆筒型铜铁双合金复合铸件加热到860°C保溫12小时，再随炉冷却至溫度低于400°C出 炉，完成退火处理，W消除应力和细化金属晶体颗粒，提高机械性能;然后用于加工成零件； 经退火处理后的圆筒型铜铁双合金复合铸件的铁铜结合处的抗拉强度为220MPa，延伸率为 4.1%； 圆筒型铜铁双合金复合铸件外观如图1所示，退火后加工形成630T磨擦压力上螺母，进 行抗拉强度和延伸率测试，测试后零件外观如图2所示，由图可见，断裂处不在铜铁两种合 金的结合处； 螺母外圆Φ=529πιπι，内圆Φ内=265mm，高573mm，如采用全铜合金总重773 kg;采用铜/ 铁双合金复合制备，内径Φ =256mm;铜外径(与铁结合部）Φ =345mm(径向厚度44.5mm)，铜合 金重=179kg;铁部分尺寸为外径Φ =529mm，内径(与铜结合部)=345mm，总重量57化g，铜铁复 合总重:756kg。
[0019]实施例2 方法铜实施例1，不同点在于： (1) 铁液的选用成分与牌号为HT250合金的成分相同； (2) 铜液的选用成分与牌号Z化Sn6Zn6化3铜合金成分相同； (3) 离屯、模的材质选用30CrMo钢，涂覆耐火涂料时，预热至100°C; (4) 离屯、机转速9(Κ)巧m，向离屯、模诱入溫度为1410°C的铁液；当进入离屯、模的铁液占全 部铁液总重量1/4时加入防氧化剂，诱入完毕后继续离屯、160s;每平方米铁液表面覆盖有 5kg防氧化剂； 巧)诱入溫度为1150°C的铜液，加入的铜液的重量为铜液和铁液总重量的30%;内层铜 合金的径向厚度为55mm; (6)退火处理时加热到880°C保溫8小时;经退火处理后的圆筒型铜铁双合金复合铸件 的铁铜结合处的抗拉强度为260MPa，延伸率为2.0%。
[0020] 实施例3 方法铜实施例1，不同点在于： (1) 铁液的选用成分与牌号为HT300钢的成分相同； (2) 铜液的选用成分与牌号为洗uSnlO化5铜合金成分相同； (3) 涂覆耐火涂料时，预热至120°C ; (4) 离屯、机转速1000巧m，向离屯、模诱入溫度为1380°C的铁液;加入后继续离屯、270s;每 平方米铁液表面覆盖有3kg防氧化剂； 巧)诱入溫度为1030°C的铜液，加入的铜液的重量为铜液和铁液总重量的45%;内层铜 合金的径向厚度为100mm; (6)退火处理时加热到900°C保溫4小时;经退火处理后的圆筒型铜铁双合金复合铸件 的铁铜结合处的抗拉强度为290MPa，延伸率为5.5%。
[0021 ]实施例4 方法铜实施例1，不同点在于： (1) 铁液的选用成分与牌号为HT350钢的成分相同； (2) 铜液的选用成