一种钢铜复合缸体的铸造方法技术

一种钢铜复合缸体的铸造方法，包括：三维建模→铸造工艺设计及工艺模拟优化→钢基热处理→机加工、工装加工、焊接→钢基表面处理→钢基生产前预热处理→浸硼砂→熔炼铜合金→将铜合金浇入钢基中→离心处理冷却凝固到室温→制得钢铜复合缸体。该方法解决了钢铜缸体复合铸造技术和复合材料成分难题；实现双金属缸体复合强度高，成品率高，成本低，缸体尺寸不受限制，成型过程易控，质量稳定。

Casting method of steel copper composite cylinder block

Including casting method, a steel copper composite cylinder: simulation and optimization of steel base, thermal treatment, machining, tooling, machining, welding, steel based surface processing, production of steel substrate preheating before treatment, borax, copper alloy, smelting leaching copper alloy is poured into the steel base, cooling to room temperature and centrifugal treatment prepare the steel copper composite cylinder three-dimensional modeling, process design and casting process. The method solves the problem of steel copper cylinder composite casting technology and composite component problems; double metal composite cylinder with high strength, high yield, low cost, the block size is not limited, easy to control the forming process, stable quality.

【技术实现步骤摘要】
一种钢铜复合缸体的铸造方法
本专利技术应用于金属铸造领域，尤其涉及一种钢铜复合缸体的铸造方法。
技术介绍
在铸造领域中，钢铜金属复合为一体的铸造技术一直都不成熟和稳定。长期以来，都采用焊接或粉末烧结成型的方法生产，但这两种方法都有很多局限。焊接复合不牢固经常出现金属脱离，使用寿命短的情况；粉末烧结成型不能尺寸太大，成本很高。通过对先进国家了解，通过铸造方法生产的钢铜复合缸体最为可靠。国内钢铜复合缸体需求很大，但大多还依靠进口，且进口的复合缸体大多都是采用铸造方法生产的。钢铜复合缸体作为泵马达中重要铸件，它的质量直接影响整机的性能。军工企业对高品质钢铜复合缸体需求更迫切，由于目前还采用进口的方式，价格高和周期很长，小批单件采购很难实现，新开发所需要的钢铜复合缸体都是以目前进口规格进行依靠，无法很快实现新的设计要求。因此，研究采用铸造方法生产钢铜复合缸体意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钢铜复合缸体的铸造方法，解决钢铜复合缸体复合过程中氧化、复合性能不达标、复合铸造工装设计及铜材料配比的问题，实现铸造方法生产合格钢铜复合缸体毛坯。本专利技术通过以下技术方案来实现：一种钢铜复合缸体的铸造方法，包括以下步骤：步骤一、进行三维模型建立，计算出浇铸铜金属质量为19.86kg，进行铸造工艺设计及模拟，优化浇铸工艺，确定钢基的初始温度为1250℃,铜金属的初始浇铸的温度为1250℃,保温时间为9-12min，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s；步骤二、采用圆柱型钢坯料作为钢基，对钢基进行热处理退火工艺：缓慢加热到900℃-1050℃，加热15h-20h后冷却至室温；步骤三、对钢基进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，形成中心孔及围绕中心孔圆周分布的进料孔，并在钢基顶部焊接冒口、底部焊接铜层封闭区；步骤四、对钢基进行除油、除锈、除水处理；步骤五：室温下将钢基浸入质量浓度5％的H2SO4溶液,保持时间1min，清水冲洗后立即对钢基内表面进行Ni-Cu-P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm-10μm；步骤六：把镀镍后的钢基埋在氧化铝中，放入坩埚内，密封埚盖，缓慢加热到200℃，加热1.5h后冷却至室温；步骤七：将钢基放入钼酸钠钝化液中进行钝化处理，钝化液pH＝2，温度为30～40℃，直流电压通电30～50s；步骤八：对钢基进行生产前预热处理并保温，预热温度为200℃-300℃；步骤九、向坩埚中加入无水硼砂，加热无水硼砂使其熔化，保持温度在1100-1300℃，将钢基放入无水硼砂中，浸挂硼砂10-30秒后取出；步骤十：熔炼铜金属，熔炼温度为1250℃，将熔炼好的铜金属通过钢基上的中心孔浇入到钢基内，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s，浇铸完成后迅速将钢基置于离心机内，开启离心机以400-600rpm的速度旋转，铜金属逐渐冷却至凝固，然后将钢基放入无水硼砂中降温至常温得钢铜复合缸体。优选的，所述的铜金属为铜合金，各组分的重量百分比为：Cu71％-73％，Pb19.5％-21％，Sn4％-6％，Ni1％-2％。优选的，所述的步骤一中三维模型建立采用UG、PROE、SolidWwork或Ideas；铸造工艺设计及模拟采用CASTsoft或MAGMA。优选的，所述的冒口高度为50mm。优选的，所述的铜层封闭区型腔高度为20mm。优选的，步骤五中所述的Ni-Cu-P多元镀镍采用以下配方：硫酸镍40g/L、次磷酸钠25g/L、硫酸铜0.85g/L、乙酸钠40g/L、柠檬酸钠45g/L、硫脲1g/L、乙酸铅1g/L、余量为蒸馏水。优选的，步骤七中所述的钝化液采用以下配方：钼酸钠12g/L、磷酸15g/L、余量为蒸馏水。本专利技术的有益效果在于：1)多元Ni-Cu-P化学镀件耐蚀性和耐磨性好，加入Cu元素形成多元镀层，不仅固溶强化镍固溶体，还在加热时析出Cu0.81Ni0.19强化相等，提高了材料的硬度。钢基镀镍后，钢铜双金属通过扩散复合原子结合过渡层厚可达到10μm-14μm，大大改善了铜钢复合界面的复合能力。2)本专利技术制得的钢铜双金属，通过扩散复合可使界面实现良好的冶金结合，复合性能良好，界面强度达到100MP超过国家标准GB1328-91规定的验收标准。实验通过钢铜复合缸体在3000r/min，400MP载荷下进行连续50小时，压力无变化。综上所述双金属钢铜复合缸体扩散复合质量较好。3)钢基镀镍后经过退火后，镀层内应力和氢基本消除，镀件不易发生脱皮和鼓泡。4)钢基镀镍后进行钝化，提高了材料的抗蚀性。5)采用离心机，离心铸造制取的铜钢复合缸体，合金组织致密，无气孔夹渣等缺陷，复合界面综合力学性能较高。6)采用合理的铜合金配比可以保证钢铜复合缸体的强度和耐磨性。7)由于复合过程是在高温1200℃以上进行的，这个温度下钢基和液态铜都十分活泼，易与空气中的氧进行反应，从而在复合面形成氧化皮，从而影响复合质量。本专利技术采用无水硼砂作为介质，无水硼砂主要作用如下：熔融硼砂在钢基内壁形成润滑液膜，减少了引铜阻力，也没有氧化物附着在结晶器壁上，避免了铜金属凝壳的拉裂现象，减少了表面夹杂、冷隔等缺陷；硼砂具有净化熔体的作用，可以溶解熔液上方的氧化渣，克服有害合金元素的不良作用，扩大旧料使用的比例；熔融硼砂减缓了铜金属上部的冷却强度，使冷却主要集中在钢基的下部和二次冷却区，导致纵向结晶效果显著，液穴比气体保护或烟灰覆盖铸造液穴浅，可提高铸造速度，同时具有细化晶粒，改善黄铜的高温性能的作用。附图说明图1为本专利技术钢铜复合缸体铸造整体结构示意图。图2为本专利技术钢铜复合缸体钢基示意图。附图标记：1-钢基；2-冒口；3-中心孔；4-铜层封闭区；5-坩埚；6-无水硼砂；7-铜金属。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于这些实施例。由图1-2，一种钢铜复合缸体的铸造方法，包括以下步骤：步骤一、进行三维模型建立，计算出浇铸铜金属质量为19.86kg，进行铸造工艺设计及模拟，优化浇铸工艺，确定钢基的初始温度为1250℃,铜金属的初始浇铸的温度为1250℃,保温时间为9-12min，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s；步骤二、采用圆柱型钢坯料作为钢基，对钢基进行热处理退火工艺：缓慢加热到900℃-1050℃，加热15h-20h后冷却至室温；步骤三、对钢基进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，形成中心孔及围绕中心孔圆周分布的进料孔，并在钢基顶部焊接冒口、底部焊接铜层封闭区；步骤四、对钢基进行除油、除锈、除水处理；步骤五：室温下将钢基浸入质量浓度5％的H2SO4溶液,保持时间1min，清水冲洗后立即对钢基内表面进行Ni-Cu-P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm-10μm；步骤六：把镀镍后的钢基埋在氧化铝中，放入坩埚内，密封埚盖，缓慢加热到200℃，加热1.5h后冷却至室温；步骤七：将钢基放入钼酸钠钝化液中进行钝化处理，钝化液pH＝2，温度为30～40℃，直流电压通电30～50s；步骤八：对钢基进行生产前预热处理并保温，预热温度为200℃-300℃；步骤九、向坩埚中加入无水硼砂，加热无水硼砂使其熔化，保持温度在1100-1300℃，将钢基放入无水硼砂中，浸挂硼砂10-30秒后取出；步骤十：熔炼铜金属，熔炼温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢铜复合缸体的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、进行三维模型建立，计算出浇铸铜金属质量为19.86kg，进行铸造工艺设计及模拟，优化浇铸工艺，确定钢基的初始温度为1250℃,铜金属的初始浇铸的温度为1250℃,保温时间为9‑12min，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s；步骤二、采用圆柱型钢坯料作为钢基，对钢基进行热处理退火工艺：缓慢加热到900℃‑1050℃，加热15h‑20h后冷却至室温；步骤三、对钢基进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，形成中心孔及围绕中心孔圆周分布的进料孔，并在钢基顶部焊接冒口、底部焊接铜层封闭区；步骤四、对钢基进行除油、除锈、除水处理；步骤五：室温下将钢基浸入质量浓度5％的H2SO4溶液,保持时间1min，清水冲洗后立即对钢基内表面进行Ni‑Cu‑P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm‑10μm；步骤六：把镀镍后的钢基埋在氧化铝中，放入坩埚内，密封埚盖，缓慢加热到200℃，加热1.5h后冷却至室温；步骤七：将钢基放入钼酸钠钝化液中进行钝化处理，钝化液pH＝2，温度为30～40℃，直流电压通电30～50s；步骤八：对钢基进行生产前预热处理并保温，预热温度为200℃‑300℃；步骤九、向坩埚中加入无水硼砂，加热无水硼砂使其熔化，保持温度在1100‑1300℃，将钢基放入无水硼砂中，浸挂硼砂10‑30秒后取出；步骤十：熔炼铜金属，熔炼温度为1250℃，将熔炼好的铜金属通过钢基上的中心孔浇入到钢基内，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s，浇铸完成后迅速将钢基置于离心机内，开启离心机以400‑600rpm的速度旋转，铜金属逐渐冷却至凝固，然后将钢基放入无水硼砂中降温至常温得钢铜复合缸体。...

【技术特征摘要】
1.一种钢铜复合缸体的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、进行三维模型建立，计算出浇铸铜金属质量为19.86kg，进行铸造工艺设计及模拟，优化浇铸工艺，确定钢基的初始温度为1250℃,铜金属的初始浇铸的温度为1250℃,保温时间为9-12min，浇铸时间为15s，浇铸速度为1.5kg/s；步骤二、采用圆柱型钢坯料作为钢基，对钢基进行热处理退火工艺：缓慢加热到900℃-1050℃，加热15h-20h后冷却至室温；步骤三、对钢基进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，形成中心孔及围绕中心孔圆周分布的进料孔，并在钢基顶部焊接冒口、底部焊接铜层封闭区；步骤四、对钢基进行除油、除锈、除水处理；步骤五：室温下将钢基浸入质量浓度5％的H2SO4溶液,保持时间1min，清水冲洗后立即对钢基内表面进行Ni-Cu-P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm-10μm；步骤六：把镀镍后的钢基埋在氧化铝中，放入坩埚内，密封埚盖，缓慢加热到200℃，加热1.5h后冷却至室温；步骤七：将钢基放入钼酸钠钝化液中进行钝化处理，钝化液pH＝2，温度为30～40℃，直流电压通电30～50s；步骤八：对钢基进行生产前预热处理并保温，预热温度为200℃-300℃；步骤九、向坩埚中加入无水硼砂，加热无水硼砂使其熔化，保持温度在1100-1300℃，将钢基放入无水硼砂中，浸挂硼砂10-30秒后取出；步骤十：熔炼铜金属，熔炼温度为1250℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏，宋彬，夏建强，张国伟，
申请(专利权)人：安徽恒利增材制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34