CN102069168A - 一种钢-铜复合套件的制造方法 - Google Patents

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宋敬清
宋忠刚
王昕�
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Abstract

本发明公开了一种钢-铜复合套件的制造方法，其包括下列内容：(1)在离心铸造机外铸型中安装选定尺寸的内铸型，并固定端盖；内铸型安装前加热到250-350℃，然后在其内壁上喷石英粉涂料2-3mm；(2)将钢液定量浇注进入旋转的内铸型，离心铸造机转数由以下公式确定：n＝Kr-1/2；(3)步骤(2)制备的钢套其内表面温度为1420-1500℃时，将铜合金液定量浇入钢套内，提高铸型转速10-20％，且喷水冷却铸型；铜合金浇注温度控制在铜合金液相线以上30-50℃；(4)钢铜共熔层的厚度通过选择钢套内表面温度浇注铜合金液来控制。其工艺过程简单，无需中间的机械加工过程，而且大小件都可制作。

Description

一种钢-铜复合套件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢-铜复合套件的制造方法，属于机械制造技术领域。
背景技术
铜套件一直受到使用者的青睐，其不但能够使得转轴与轴承、机架等配合更加紧凑，同时能够很好的保护转轴，提高转轴的使用寿命。但金属铜的价格较高，而且是日益匮乏的重要战略资源，也是储量较少的稀缺重金属。在大型机械、船舶中广泛使用的大量耐磨套件大多由铜合金制造，出于节省贵重资源、降低产品成本的考虑，钢-铜复合套件是一种以钢代铜的途径。目前国内钢铜复合结构的制造工艺主要有三类。一是加工装配法，即先分别制造钢环和铜环，然后分别进行机械切削加工，再将铜环热装或挤压进入钢环内部；这种方法对加工精度要求高，且大件的热装难以实现。二是在钢环内部附加铜，即将制造好的钢环内部采用离心铸造、烧结、堆焊等方法，使铜附着在钢环内部形成一定厚度的铜环。上述两种方法工序复杂，生产成本高，而且由于钢和铜没有实现界面相熔合，两种材料交界处总是存在或多或少的间隙，在经过长时间使用后，两种材料的结合面容易出现腐蚀、松动等问题，造成设备精度下降、噪音增大、设备使用寿命降低。三是将钢和铜经过热轧做成双金属热轧板材，高温下钢铜界面有一定的原子扩散，界面结合比前述方法好，但是最后需要焊接成为套件，且难以制作厚大双金属套件，焊接工艺复杂且难以保证焊缝质量。正是因为上述问题的存在，钢-铜复合套件的应用较少。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种钢-铜复合套件的制造方法，使应用该方法制造的钢-铜复合套件能够具有一个共熔层，并细化共熔层中钢的粗大树枝晶，提高界面结合强度，延长工件使用寿命，并且在制品直径、环厚等方面具有大范围适应性，而且工艺过程简单、成本低廉、在满足使用要求的前提下降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种钢-铜复合套件的制造方法，其包括下列内容：
(1)在离心铸造机外铸型中安装选定尺寸的内铸型，并固定端盖；内铸型安装前需加热到250-350℃，然后在其内壁上喷石英粉涂料2-3mm，由内铸型自身热量将涂料烘干；
(2)开动离心铸造机，将处理好的钢液定量浇注进入旋转的内铸型，制作钢-铜复合套的外层钢套；浇注温度为1480-1550℃，离心铸造机转数由以下公式确定：n＝Kr-1/2；其中：
n为铸型转速，单位：转/分(rpm)；
r为钢套内表面直径，单位：米(m)；
K为系数，取值在200---260之间，r较大时取较小的K值；
(3)、步骤(2)制备的钢套其内表面温度为1420-1500℃时，将熔炼好待浇注的铜合金液定量浇入钢套内，提高铸型转速10-20％，且喷水冷却铸型；铜合金浇注温度控制在铜合金液相线以上30-50℃；
(4)、钢铜共熔层的厚度通过在1420-1500℃温度范围内选择钢套内表面温度来控制，温度高则钢铜共熔层的厚度大，温度低则钢铜共熔层的厚度小。
优选地，本发明中所述铜合金为铝青铜或锰黄铜。
本发明的钢-铜复合套件的制造方法，其工艺过程简单，无需中间的机械加工过程，而且大小件都可制作，外层钢套、内部铜套的厚度可以根据要求大范围调节。应用本发明的方法制造的钢-铜复合套件，由于实现了铜钢界面的相互熔合，细化了界面中钢的粗大树枝晶，形成一个界面结合强度高、结构致密的共熔层，能够延长工件使用寿命。与纯铜套件相比，即满足了耐磨及各种性能上的要求，又节约了铜原料，降低了生产成本。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明。
图1是本发明实施例2中共熔层的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
一种钢-铜复合套件的制造方法，其工艺步骤为：
(1)在离心铸造机外铸型中安装相应尺寸的内铸型，并固定端盖。内铸型安装前需加热到300-350℃，然后在其内壁上喷石英粉涂料2-3mm，靠铸型温度将涂料烘干。
(2)将处理好的45钢的钢液定量浇注进入旋转的内铸型，制作钢-铜复合套的外层钢套。浇注温度为1500-1550℃，离心铸造机转数由以下公式确定：
n＝Kr-1/2；其中：
n---铸型转速，单位：转/分(rpm)；
r---钢套内表面直径，单位：米(m)；
K----系数，取值一般在200---260之间。r较大时取较小的K值。
(3)、对经过步骤(2)的45钢钢套其内表面温度为1500℃时，将熔炼好待浇注的铝青铜合金液定量浇入钢套内，提高铸型转速20％，且喷水冷却铸型；铝青铜合金浇注温度控制在液相线以上50℃。此时钢套尚未完全凝固，靠近内表面一定厚度上处于液固共存状态，树枝晶较发达。铝青铜合金液浇入后，转速突然加快，铝青铜合金液流对钢套内层的树枝晶产生强烈冲击，导致晶枝断裂，有利于细化钢铜混合区的晶粒；在随后的冷却过程中，便形成钢-铜相互熔合的共存区域。又由于铝青铜合金密度大于钢，在离心力的作用下具有更大的径向充填动能，可以通过钢套尚未完全固化的晶粒间隙渗入，消除了共熔部分的气孔、缩孔、缩松等缺陷，形成钢铜相互熔合的致密过渡区。
(4)、钢铜共熔界面的厚度通过选择钢套内表面温度来控制。45钢钢套内表面温度为1500摄氏度时浇入铝青铜合金，最终产品的钢铜共熔层厚度可达5-12毫米。
实施例2
一种钢-铜复合套件的制造方法，其工艺步骤为：
(1)在离心铸造机外铸型中安装相应尺寸的内铸型，并固定端盖。内铸型安装前需加热到250-300℃，然后在其内壁上喷石英粉涂料2-3mm，靠铸型温度将涂料烘干。
(2)将处理好的45钢的钢液定量浇注进入旋转的内铸型，制作钢-铜复合套的外层钢套。浇注温度为1480-1500℃，离心铸造机转数由以下公式确定：
n＝Kr-1/2；其中：
n---铸型转速，单位：转/分(rpm)；
r---钢套内表面直径，单位：米(m)；
K----系数，取值一般在200---260之间。r较大时取较小的K值。
(3)、对经过步骤(2)的45钢钢套其内表面温度为1420时，将熔炼好待浇注的锰黄铜合金液定量浇入钢套内，提高铸型转速10％，进行喷水冷却铸型；锰黄铜合金浇注温度控制在液相线以上30℃。此时钢套尚未完全凝固，其内表面一定厚度上处于液固共存状态，树枝晶较发达。锰黄铜合金液浇入后，转速突然加快，锰黄铜合金液流对钢套内层的树枝晶产生强烈冲击，导致晶枝断裂，有利于细化钢铜混合区的晶粒；在随后的冷却过程中，便形成钢-铜相互熔合的共存区域。又由于锰黄铜合金密度大于钢，在离心力的作用下具有更大的径向充填动能，可以通过钢套尚未完全固化的晶粒间隙渗入，消除共熔部分的气孔、缩孔、缩松等缺陷，形成钢铜相互熔合的致密过渡区。
(4)、钢铜共熔界面的厚度通过选择钢套内表面温度来控制。45钢钢套内表面温度为1420摄氏度时浇入锰黄铜合金，最终产品的钢铜共熔层厚度可达0.05-2毫米。
实施例2所得到的钢-铜复合套件，其钢铜共熔层的扫描电子显微镜照片见图1。

Claims (2)

1.一种钢-铜复合套件的制造方法，其特征在于：其包括下列内容：
(1)在离心铸造机外铸型中安装选定尺寸的内铸型，并固定端盖；内铸型安装前需加热到250-350℃，然后在其内壁上喷石英粉涂料2-3mm，由内铸型自身热量将涂料烘干；
(2)开动离心铸造机，将处理好的钢液定量浇注进入旋转的内铸型，制作钢-铜复合套的外层钢套；浇注温度为1480-1550℃，离心铸造机转数由以下公式确定：n＝Kr-1/2；其中：
n为铸型转速，单位：转/分(rpm)；
r为钢套内表面直径，单位：米(m)；
K为系数，取值在200---260之间，r较大时取较小的K值；
(3)、步骤(2)制备的钢套其内表面温度为1420-1500℃时，将熔炼好待浇注的铜合金液定量浇入钢套内，提高铸型转速10-20％，且喷水冷却铸型；铜合金浇注温度控制在铜合金液相线以上30-50℃；
(4)、钢铜共熔层的厚度通过在1420-1500℃温度范围内选择钢套内表面温度来控制，温度高则钢铜共熔层的厚度大，温度低则钢铜共熔层的厚度小。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述铜合金为铝青铜或锰黄铜。
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