專利名稱：鋼體銅襯雙層金屬材料澆注工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬雙金屬加工工藝，主要涉及基體與減磨層材料的成材澆注。
公知靜澆注是鋼體銅襯材料的成材方法，可適用于常規鋼體銅襯雙層金屬材料的生產制作，而且工藝較為簡單，已被廣泛采用，但在實際應用中，雙層金屬的結合強度，澆注質量均較難控制，對基體材質又有一定要求，因而給使用帶來影響。
本發明目的是提出改善雙層金屬結合強度，穩定產品質量的澆注工藝。
本發明目的是這樣實現的，依次進行包括對雙金屬基體結合面處的予清理、基體加熱、澆注待結合襯材金屬熔液，粘結后冷卻直至成材，其中，在加熱至澆注階段中應維持適宜的流動氣氛，即在加熱初始階段保持惰性氣氛或還原氣氛，其氣氛強度以避免受熱基體氧化為限，在加熱后期應保證為還原氣氛，還原強度以充分還原基體結合表面的氧化物為限，待實施澆注前改為惰性氣氛，在惰性氣氛中進行澆注。這樣，流動氣氛有利于排除基體結合面處，在加熱過程中產生不利于澆注結合的生成物，維持正常氣氛，初始階段的氣氛控制可以防止基體結合面處在加熱過程中被氧化，隨后的還原氣氛則可充分還原基體結合面處在加熱過程中被氧化，隨后的還原氣氛則可充分還原基體結合面處已有的氧化表面，消除有礙雙金屬結合的氧化物，并使基體結合處表面活性增強。從而增加雙層金屬間的結合強度，使產品質量穩定，使本發明目的得以實現。
本發明當基體為中高碳鐵碳合金材料時，在加熱初始階段后期流動氣氛中加入有一定含量的氧或水份，其含量與氣氛的強度應控制在使基體待結合表面產生適度脫碳，其脫碳程度以滿足欲澆注襯材金屬與基體正常結合的含碳要求為限，此后則與加熱后期維持還原氣氛的工序相銜接，直至澆注成材。改變初期加熱氣氛的構成，適應了變化后基體材質，同時滿足了雙層金屬材料的結合要求，從而擴大了本發明的適用領域，自然后期還原氣氛的具體參數要依前期加熱后表面存在的氧化物含量決定，與低碳基體有所區別。
本發明初始與后期加熱的銜接溫度點控制在600-900℃。因此前可以選用較經濟和質量指標較低的惰性氣氛，以避免加熱過程中的氧化傾向，在衡接溫度之后則去除基體待結合面氧化物的還原作用條件易于滿足，從而使基體粘結或熔合面潔凈，無氧化夾雜，能嚴格符合澆注要求，且較高的銜接溫度，亦可滿足對中高碳基體待結合面處的脫碳要求。
本發明借助控制雙層金屬靜止澆注加熱過程中結合面處的環境氣氛，有效地把握澆注前結合面的狀態，從而充分滿足雙層金屬澆注對基體結合面的特定要求，提高了成材質量，所提出降低基體表面含碳量的具體途徑，擴大了基體的選材范圍，增加了雙層金屬材料的品種，改善其性能，擴大了雙層金屬合金的適用場合;本工藝實施的條件容易滿足，工藝參數易于控制，工藝過程穩定，所需成本亦經濟合理，有工業實施前景。
附圖給出工藝流程圖，以簡明表述本發明的主要內容。
圖1為鋼體銅襯雙層金屬材料澆注工藝圖;
圖2為中高碳鐵碳合金基體雙層金屬材料澆注工藝圖。
第一實施例為雙層金屬軸套的澆注工藝，其基體為低碳鋼，含碳量小于0.25%，澆注的銅襯合金為鉛銅，其成份組成Pb-19%，Sn-1.5%，Ni＜0.5%。
首先對鋼體進行初步清理，在堿液中去除鋼體在機加工時附著的油污、鋼屑或鋼末，然后水洗洪干。隨后把鋼體放入加熱爐中進行加熱，并對鋼體待注入銅合金的粘結面或型腔通以氣體，該氣體應為氮氣或其它惰性氣體或其它還原性氣體。一般選用氯氣較為經濟，這樣可防止基體受熱而產生氧化，并使殘留的油污等揮發物隨氣體帶走。通入的氣體流量應保證所通入腔體內的正壓。加熱時，應使鋼體各部位的溫度盡可能均勻，升溫速度盡可能快。溫度達800℃時，改通氫氣或分解氨氫氮混合氣體。主要還原粘結面存有的氧化物，所通入的還原氣體露點不大于-30℃。此后繼續升溫至澆注溫度1100℃，澆注溫度前的還原處理時間不小于30分鐘。澆注前改通氮氣保護，因氫氣與銅合金有吸氣現象。需待氫氣排凈后。方可將已熔煉好的銅合金澆注入鋼體內。有時根據材質和粘結強度要求，還可在澆注完銅合金后保溫5-20分鐘或進一步升高溫度至銅合金熔點以上150℃左右，保溫5-20分鐘，強化擴散粘結。銅合金澆注完后，鋼體就可以從爐中取出，進行冷卻。冷卻可在空氣中進行，或通過一定的方式進行通水間接冷卻，直接水冷不宜采用以免產生應力導至銅合金出現裂紋。
采用上述工藝及本例給出的銅合金，鑄后經對鑄件進行檢驗，基體與銅襯的粘結強度，可達140N/mm2，粘結牢固，鋼體與銅襯粘結面。無任何氧化物夾雜。
第二實施例為高壓柱塞泵用雙層金屬缸體，其基體為中碳鋼，制造過程如下在對含碳量高的鋼體上進行雙層金屬澆注時，同樣需要對鋼體進行初步清理，在堿液中清洗去除機加工后著附的鋼屑或鋼末，然后水洗烘干，隨后將鋼體放入加熱爐中進行加熱，并通以氮氣或其它惰性氣體或還原性氣體，可與例1相同，仍選用較為經濟的氮氣。由于碳的存在起著阻礙粘結的作用，故對含碳量較高的鋼體進行粘結表面的脫碳處理。本例中鋼體加熱溫度升高時，由于選用通入的氣體是未經特別提純處理，含有一定量的氧和水份，鋼體粘結表面與此種通入氣體的作用，可造表面脫碳，此現象的強弱可通過控制溫度，持續時間，以及通入氣體的含氧量或水份量來控制，一般加熱溫度高，持續時間長，氣體含氧量或水份含量高則脫碳現象強，反之則弱，其選定可通過對鑄后試件的粘結效果進行檢驗證。本例，在溫度達850°-900℃時，對通入的氣體露點為-10℃，脫碳保溫時間20-40分鐘，在完成上述過程中，即改通還原性氣體氫氣，充分還原鋼體粘結面的氧化物，該氣體露點不大于-30℃。此時還原和升溫可同時進行，但必須保證至澆注前的還原處理時間不少于30分鐘。本例澆注溫度為1050℃。在澆注前改通氮氣保護，待氫排凈后，將熔煉好的銅合金溶液澆注入鋼體內，然后在爐內保溫5分鐘充分熔合，即可將鑄后的鋼體取出置于鋼板上，通水間接冷卻。
當銅合金成份為Pb-15%，Sn-8%，Zn-3%，Ni-1.5%，Cu余時，鑄后銅襯材料與鋼體的粘結強度達216N/mm2，粘結成功率達百分之百。
第三實施例為形成鑄鐵基體的雙層金屬材料，在加熱初階段，由于含碳量高，還有以石墨形式存在的游離碳，故通入氣體的脫碳性應遠遠高于鋼基體，但又不能使表層鐵大量氧化。對通入的氣體組成為90-96%氮氣或惰性氣體加3-8%的空氣，或95-98%氮氣或惰性氣體加2-4%的水蒸汽，其初始加熱的脫碳溫度應適當提高至900-1000℃，脫碳保溫時間20-40分鐘，在完成上述過程后，仍用氫氣或分解氨氫氮混合氣體進行還原處理，確保氧化物的充分還原，直至達到澆注時的溫度950-1100℃。其它工藝過程同前。對通入的脫碳性氣體，也可直接選用轉化煤氣，發生爐氣，水煤氣等。在實施上述工藝后，可使鑄鐵基體雙金屬材料的制作得以實現，進一步擴大了基體材料的選材范圍。
權利要求
1.鋼體銅襯雙層金屬材料澆注工藝屬金屬加工工藝，是包括依次進行對雙層金屬基體結合面處予清理，基體加熱，而后澆注欲結合金屬熔液，粘結后冷卻至成材的基本工藝，其特征是在加熱至澆注的階段中結合面處應維持適宜的流動氣氛，加熱初始階段應為惰性氣氛或還原氣氛，氣氛強度以避免受熱基體進一步氧化為限，在加熱后期應保證為還原氣氛，還原強度以還原結合面處的氧化物為限，待澆注前改為惰性氣氛，在惰性氣氛中進行澆鑄。
2.如權利要求1中所述澆注工藝，其特征是當基體為高中碳的鐵碳合金時，其初始加熱階段后期的氣氛含有一定量的氧或水分，其含量和氣氛強度除滿足基體澆濤升溫外，還需使基體結合表面產生適度脫碳，該脫碳程度以使基體結合面處含碳量滿足銅襯材料澆注粘結的要求為限，此后仍需與維持加熱后期的還原氣氛的工序相銜接，直至終了。
3.如權利要求1或2所述工藝，其特征在于加熱初始和后期的銜接溫度控制在600-900℃。
全文摘要
鋼體銅襯雙層金屬材料澆注工藝屬雙金屬加工工藝，是通過保持加熱基體和澆注時的流動氣氛，令其由惰性或還原氣氛依次改為還原及惰性氣氛，使基體待粘合表面嚴格符合澆注要求，對中高碳鐵碳合金基體還適時增加氣氛中的適度脫碳能力。本工藝不但能得到粘合可靠，質量穩定的雙層減磨金屬材料，還擴大了基體用材的范圍，增加了新的品種，工藝構思合理，工藝條件易于滿足，成本較低，有工業實施前景。
文檔編號B22D19/08GK1061924SQ91108289
公開日1992年6月17日 申請日期1991年12月14日 優先權日1991年12月14日
發明者王克銀, 張軍, 王立新, 郭培新, 林建龍 申請人:山西省冶金研究所