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

一种采用离心铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法，属于铸造技术领域，按以下步骤进行：（1）准备铁合金材料，熔炼制成铁液待用； （2）准备铜合金材料，熔炼制成铜液待用；（3）在离心机内放置离心模，启动离心机，浇入铁液并加入防氧化剂，通水对离心模冷却；（4）浇入铜液，继续离心至铁液和铜液全部凝固，获得圆筒型铜铁双合金复合铸件。本发明专利技术铸件制成螺母或轴套等零件，外层钢结构强韧，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成本大幅降低，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
采用离心铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法
本专利技术属于铸造
，特别涉及一种采用离心铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法。
技术介绍
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ZCuAl9Mn2、ZCuSn6Zn6Pb3、ZCuZn26Al3Mn3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。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。所以，目前在金属加工领域，铸造
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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用离心铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法，通过铜合金熔炼和铁合金熔炼两种金属液先后浇入旋转的离心机模内，在离心力的作用下，制成性能良好的圆筒形铜铁双合金铸件。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、准备铁合金材料，熔炼制成铁液待用；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，熔炼制成铜液待用；所述的铜液的选用成分与牌号为ZCuSn5Pn5Z5、ZCuSn6Zn6Pn3、ZCuSn10Pb5、ZCuAl9Mn2、ZCuAl10Fe3、ZCuAl9Fe4Ni4Mn2、ZCuAl8Mn13Fe3、ZCuZn25Al6Fe3Mn3、ZCuZn26Al4Fe3Mn3或ZCuZn24Al5Fe2Mn2铜合金的成分相同；3、在离心机内放置预热至180±10℃离心模，启动离心机，调整转速为300~1200rpm，向离心模浇入温度为1350~1550℃的铁液；当进入离心模的铁液占全部铁液总重量1/4~1/3时，开始向离心模内加入防氧化剂，同时通水对离心模外表面进行冷却，当全部铁液浇入完毕后停止加入防氧化剂，并继续离心20~300s；此时防氧化剂在离心作用下覆盖在铁液内表面，铁液形成圆筒型；4、向离心模中浇入温度为980~1200℃的铜液，铜液在离心作用下位于圆筒状铁液形成圆筒型，防氧化剂受离心力作用从铜液和铁液之间离开，继续离心至铁液和铜液全部凝固，获得圆筒型铜铁双合金复合铸件。上述的离心模的材质选用20CrMo或30CrMo钢，并且离心模表面涂覆耐火涂料，所述的耐火涂料为锆粉涂料或石墨涂料，在离心模表面涂覆耐火涂料时，预先将离心模预热至90~200℃。上述的防氧化剂选用脱水硼砂，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2.7~5kg防氧化剂。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%。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。上述方法获得的圆筒型铜铁双合金复合铸件加热到860~920℃保温2~12小时，再随炉冷却至温度低于400℃出炉，完成退火处理，以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200~600MPa，延伸率为2.0~10.0%。本专利技术的原理及特点是：先将铁液离心形成外层圆筒，加入防氧化剂借助离心力使其覆盖在铁液内表面，与空气隔绝防止氧化；同时对离心模外部水冷，使凝固按由外向内的顺序进行；离心模的材质选用具有热强度、硬度、韧性高、导热性能及热膨胀系数小的金属型材料，有利于离心铸造顺利进行；在铁液未凝固时浇入铜液，使铜合金与铁合金形成冶金结合，铜铁原子在离心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，其外层钢结构强韧，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%以下所以成本大幅降低；本专利技术具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术采用实施例1的方法获得的圆筒型铜铁双合金复合铸件外观图；图2为本专利技术采用实施例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。具体实施方式本专利技术实施例中采用的脱水硼砂为市购产品。本专利技术实施例中采用的铁合金牌号成分如表1所示；表1本专利技术实施例中采用的铜合金牌号成分如表2所示；表2本专利技术实施例中测试抗拉强度和延伸率采用的标准为GB/T228.1-2010。本专利技术实施例中采用的锆粉涂料或石墨涂料为市购产品。本专利技术实施例中熔炼铁液和铜液采用中频炉。本专利技术实施例中退火处理采用箱式电炉。实施例1准备铁合金材料，在中频炉中熔炼制成铁液待用；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，在中频炉中熔炼制成铜液待用；所述的铜液的选用成分与牌号为ZCuSn5Pn5Zn5铜合金成分相同；离心模的材质选用20CrMo，并且离心模表面涂覆耐火涂料，所述的耐火涂料为石墨涂料，在离心模表面涂覆耐火涂料时，预先将离心模预热至90℃；在离心机内放置预热至180±10℃离心模，启动离心机，调整转速为700rpm，向离心模浇入温度为1350℃的铁液；当进入离心模的铁液占全部铁液总重量1/3时，开始向离心模内加入防氧化剂脱水硼砂，同时通水对离心模外表面进行冷却，当全部铁液浇入完毕后停止加入防氧化剂，并继续离心150s；此时防氧化剂在离心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2.7kg防氧化剂；向离心模中浇入温度为1200℃的铜液，加入的铜液的重量为铜液和铁液总重量的23.6%；铜液在离心作用下位于圆筒状铁液形成圆筒型，防氧化剂受离心力作用从铜液和铁液之间离开，继续离心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℃保温12小时，再随炉冷却至温度低于400℃出炉，完成退火处理，以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=529mm，内圆φ内=265mm，高573mm，如采用全铜合金总重773kg；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577kg，铜铁复合总重：756kg。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用离心铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）准备铁合金材料，熔炼制成铁液待用；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，熔炼制成铜液待用；所述的铜液的选用成分与牌号为ZCuSn5Pn5Z5、ZCuSn6Zn6Pn3、ZCuSn10Pb5、ZCuAl9Mn2、ZCuAl10Fe3、ZCuAl9Fe4Ni4Mn2、ZCuAl8Mn13Fe3、ZCuZn25Al6Fe3Mn3、ZCuZn26Al4Fe3Mn3或ZCuZn24Al5Fe2Mn2铜合金的成分相同；（3）在离心机内放置预热至180±10℃离心模，启动离心机，调整转速为300~1200rpm，向离心模浇入温度为1350~1550℃的铁液；当进入离心模的铁液占全部铁液总重量1/4~1/3时，开始向离心模内加入防氧化剂，同时通水对离心模外表面进行冷却，当全部铁液浇入完毕后停止加入防氧化剂，并继续离心20~300s；此时防氧化剂在离心作用下覆盖在铁液内表面，铁液形成圆筒型；（4）向离心模中浇入温度为980~1200℃的铜液，铜液在离心作用下位于圆筒状铁液形成圆筒型，防氧化剂受离心力作用从铜液和铁液之间离开，继续离心至铁液和铜液全部凝固，获得圆筒型铜铁双合金复合铸件。...

【技术特征摘要】
1.一种采用离心铸造制备圆筒型铜铁双合金复合铸件的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）准备铁合金材料，熔炼制成铁液待用；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，熔炼制成铜液待用；所述的铜液的选用成分与牌号为ZCuSn5Pn5Z5、ZCuSn6Zn6Pn3、ZCuSn10Pb5、ZCuAl9Mn2、ZCuAl10Fe3、ZCuAl9Fe4Ni4Mn2、ZCuAl8Mn13Fe3、ZCuZn25Al6Fe3Mn3、ZCuZn26Al4Fe3Mn3或ZCuZn24Al5Fe2Mn2铜合金的成分相同；（3）在离心机内放置预热至180±10℃离心模，启动离心机，调整转速为300~1200rpm，向离心模浇入温度为1350~1550℃的铁液；当进入离心模的铁液占全部铁液总重量1/4~1/3时，开始向离心模内加入防氧化剂，同时通水对离心模外表面进行冷却，当全部铁液浇入完毕后停止加入防氧化剂，并继续离心20~300s；此时防氧化剂在离心作用下覆盖在铁液内表面，铁液形...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱东阁，朱雁南，朱晓南，韩家金，
申请(专利权)人：朱东阁，
类型：发明
国别省市：辽宁;21