一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法技术

一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法，属于双金属铸造技术领域，包括钢基体机械加工，钢基体前处理，钢基体热处理退火工艺，对钢基体内表面进行Ni‑Cu‑P多元镀镍处理，助镀剂处理，钢基体预热，熔炼铅锡青铜合金，热浸镀工艺，浇铸，机械加工制成柱塞泵转子。采用本发明专利技术的铸造的方式得到的双金属结合面，不但性能达标而且设备投入少、工艺操作简便、降低工件成本，适合广泛推广应用，前景广阔。与粉末冶金相比，性能更为优良，且省去了热处理工序，节约时间与成本。

A copper steel bimetallic casting method for piston pump rotor

With the method of double metal copper steel composite casting a piston pump rotor, which belongs to the technical field of double metal casting, including steel machining, steel pretreatment, annealing process of hot steel matrix, the inner surface of the steel substrate by Ni Cu P multivariate nickel plating processing, plating processing, steel substrate preheating, melting bronze alloy casting, hot dip coating technique, mechanical processing, made of plunger pump rotor. The bimetal joint surface obtained by the casting method of the invention not only achieves the standard performance, but also has less equipment investment, simple process operation and reduced workpiece cost, so it is suitable for wide application and wide prospects. Compared with powder metallurgy, the performance is better, and the heat treatment process is saved and the time and cost are saved.

【技术实现步骤摘要】
一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法
本专利技术属于双金属铸造
，具体涉及一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法。
技术介绍
柱塞泵是生产中运用极为广泛的一种传动机械，是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和运输机械中。柱塞与转子在工作中构成摩擦副，其品质决定柱塞泵的性能与寿命。生产要求柱塞泵趋向于高速、高温、高载荷、变载荷工况运行，这就要求泵体关键部件——转子，具有各方面优良的属性：耐磨性、导热性、抗冲击疲劳性能、以及强度硬度等。目前国内外使用的耐磨合金主要为两大类：一类为软机体内弥散分布硬质颗粒合金，如：巴比特合金系的铅基、锡基合金，该材料熔点低，质软，只能用于低载荷；另一类为硬质基体内分布软质颗粒合金，如：铅青铜合金。铜具有良好的延展性、耐热性、导热性，能满足部件在高温、高速工况下的使用；铅与铜的固溶度极小，在合金中以单质颗粒弥散分布，改变了铜机体的连续性，提高了铜本身的耐磨性；铅颗粒本身熔点低、质软，在润滑条件良好的情况下可以起到嵌藏油污、顺应柱塞作用；在机械启动或缺少润滑剂等干摩擦条件下，可以单质或氧化物的形式对摩擦副起到润滑保护的作用，减少“咬轴”、“抱轴”、“烧轴”等事故发生。但铅的加入与分布状况在提高铜机体耐磨性的同时，不可避免的会使其强、硬度下降，直接影响到泵体载荷、抗冲击疲劳性能，造成进而降低转子及泵的使用寿命。常用来提高铅青铜转子机械性能的方法是，双金属结合的办法。即用铅青铜来做为转子内层耐磨工作面，用强硬度高的材料—高强度钢作为外层加固机体。双金属复合铸造材料，由于采用铸造方法合成，工艺简单，成本低廉，具有很大的应用前景，但是浇注过程中两种金属接触时间短，降温速度快，严重影响着二者的结合，这也成为制约双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈。因此，如何使双金属铸件具有良好的结合和性能，有待进一步的研究。
技术实现思路
根据现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法，意在提高合金的界面结合能力和性能。本专利技术采用以下技术方案：一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法，包括以下步骤：步骤一：对钢基体进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，所述的钢基体为圆柱体，钢基体的中心设有一个中心孔，围绕中心孔周围设有9个圆形孔，底部设有金属型下盖；步骤二：将钢基体置于质量浓度10％的氧氧化钠水溶液中，于50℃浸泡20min，进行除油处理，水洗至中性，然后用质量分数5％的盐酸对钢基体表面进行酸洗除锈，水洗至中性，然后烘干放在干燥的环境中待用；步骤三：对钢基体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；步骤四：室温下将钢基体浸入质量浓度5％的H2SO4溶液，保持时间1min，清水冲洗至中性，烘干，对钢基体内表面进行Ni-Cu-P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm-10μm；步骤五：选用含质量百分比46％KF和54％KCl的水溶液为助镀剂，溶液浓度为100g/L，将钢基体浸入温度为80±5℃的助镀剂中处理10min，然后匀速取出，并在150±5℃温度下烘干；步骤六：将钢基体置于1100-1200℃的熔融硼砂中预热2.5h，当钢基体预热温度达到1150℃时保温待浇铸；步骤七：将石墨坩埚预热到600℃，加入纯铜，调温到800-900℃，使炉温阶梯式升温后再调整炉温至铜全部融化，静置3-6min后，用石墨棒充分搅拌，再依次加入Zn、Pb、Sn，待前一种金属完全熔解后再加入后一种金属，中间间隔5-7min，并不断搅拌，再加入镧铈铜稀土合金，搅拌均匀，当熔炼温度达到1150-1250℃时，得铅锡青铜合金，测温到1200℃-1250℃时待浇铸，浇铸前扒渣并搅拌10-30s；步骤八：将钢基体浸入到铅锡青铜合金熔体中开始热浸镀工艺，热浸镀时间为10min，将热浸镀处理后的钢基体迅速取出；步骤九：钢基体浇铸铅锡青铜合金，整个浇铸过程都是在熔融硼砂的保护下进行，由钢基体的中心孔进行浇铸，在压力作用下使铅锡青铜合金充满9个圆形孔，所述的9个圆形孔就是铸件所需要的冒口，浇铸完成后空冷2min，待铅锡青铜合金凝固后，向铸件表面喷水3-5min冷却至室温；步骤十：机械加工制成柱塞泵转子，所述的柱塞泵转子是由9个内径为28mm、外径为34mm的铅锡青铜合金套环镶嵌于外径为190mm、内径为60mm高为158mm的钢基体中所组成的双金属构件。优选的，所述的钢基体包括以下重量百分比的化学成分:C0.450％、Si0.250％、Mn0.620％、P0.021％、S0.023％、Cr0.140％、Mo0.020％、Ni0.018％、Cu0.230％、Ti0.003％、V0.007％、W0.010％、余量为Fe。优选的，所述的铅锡青铜合金包括以下重量百分比的化学成分：Pb20％、Sn5％、Zn2％、P0.5％、RE0.2％、Ni1.5％、余量为Cu。优选的，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，所述的柱塞泵转子上下两个端面上分别留出10mm的浇铸加工余量。本专利技术的有益效果在于：1)对钢基体预热防氧化；结合面完整，少有氧化。2)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14μm以上，大大改善了铜钢复合界面的复合能力。3)采用本专利技术的铸造方法，得到了结合强度高于134MPa、原子扩散层不小于100μm的双金属结合铸件，确保两种金属界面结合强度。4)本专利技术由于转子周围9个圆形孔，可以有效的防止缩孔和裂纹的产生，更有利于铸件的凝固。柱塞泵转子的浇注过程中是由中心孔浇注在压力作用下使得铜合金熔液溢满周围的9个孔因而有利于熔液中气体和熔渣的上浮，从而进一步防止了气孔和渣眼的形成。5)采用本专利技术浇注出来的柱塞泵缸体铸件缺陷很少，没有气孔和夹渣等缺陷，设计铸造工艺参数合理。6)热浸镀工艺不仅使钢基体表面形成了一层中间相层，而且在其表面也粘上了一层未完全凝固的铅锡青铜合金，它在浇铸过程中易与浇铸的铅锡青铜合金融合，形成了完整的冶金结合。当热浸镀10min，扩散最为充分，形成的过渡区最宽，在50um左右，有效提高了合金的界面结合能力和性能。7)助镀剂在助镀处理过程中包覆在钢基体表面，形成一层均匀的盐膜；在热浸过程中，钢基体表面的盐膜瞬间熔化，使铅锡青铜合金熔体在钢基体试样表面迅速润湿并发生冶金反应，最后助镀剂融入铅锡青铜合金熔体中形成渣滓。8)采用本专利技术的铸造的方式得到的双金属结合面，不但性能达标而且设备投入少、工艺操作简便、降低工件成本，适合广泛推广应用，前景广阔。与粉末冶金相比，性能更为优良，且省去了热处理工序，节约时间与成本。具体实施方式以下结合实施例，对本专利技术中的技术方案进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对钢基体进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，所述的钢基体为圆柱体，钢基体的中心设有一个中心孔，围绕中心孔周围设有9个圆形孔，底部设有金属型下盖；步骤二：将钢基体置于质量浓度10％的氧氧化钠水溶液中，于50℃浸泡20min，进行除油处理，水洗至中性，然后用质量分数5％的盐酸对钢基体表面进行酸洗除锈，水洗至中性，然后烘干放在干燥的环境中待用；步骤三：对钢基体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；步骤四：室温下将钢基体浸入质量浓度5％的H2SO4溶液，保持时间1min，清水冲洗至中性，烘干，对钢基体内表面进行Ni‑Cu‑P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm‑10μm；步骤五：选用含质量百分比46％KF和54％KCl的水溶液为助镀剂，溶液浓度为100g/L，将钢基体浸入温度为80±5℃的助镀剂中处理10min，然后匀速取出，并在150±5℃温度下烘干；步骤六：将钢基体置于1100‑1200℃的熔融硼砂中预热2.5h，当钢基体预热温度达到1150℃时保温待浇铸；步骤七：将石墨坩埚预热到600℃，加入纯铜，调温到800‑900℃，使炉温阶梯式升温后再调整炉温至铜全部融化，静置3‑6min后，用石墨棒充分搅拌，再依次加入Zn、Pb、Sn，待前一种金属完全熔解后再加入后一种金属，中间间隔5‑7min，并不断搅拌，再加入镧铈铜稀土合金，搅拌均匀，当熔炼温度达到1150‑1250℃时，得铅锡青铜合金，测温到1200℃‑1250℃时待浇铸，浇铸前扒渣并搅拌10‑30s；步骤八：将钢基体浸入到铅锡青铜合金熔体中开始热浸镀工艺，热浸镀时间为10min，将热浸镀处理后的钢基体迅速取出；步骤九：钢基体浇铸铅锡青铜合金，整个浇铸过程都是在熔融硼砂的保护下进行，由钢基体的中心孔进行浇铸，在压力作用下使铅锡青铜合金充满9个圆形孔，所述的9个圆形孔就是铸件所需要的冒口，浇铸完成后空冷2min，待铅锡青铜合金凝固后，向铸件表面喷水3‑5min冷却至室温；步骤十：机械加工制成柱塞泵转子，所述的柱塞泵转子是由9个内径为28mm、外径为34mm的铅锡青铜合金套环镶嵌于外径为190mm、内径为60mm高为158mm的钢基体中所组成的双金属构件。...

【技术特征摘要】
1.一种柱塞泵转子用铜钢双金属复合铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对钢基体进行车铣刨磨、钻孔、镗孔，所述的钢基体为圆柱体，钢基体的中心设有一个中心孔，围绕中心孔周围设有9个圆形孔，底部设有金属型下盖；步骤二：将钢基体置于质量浓度10％的氧氧化钠水溶液中，于50℃浸泡20min，进行除油处理，水洗至中性，然后用质量分数5％的盐酸对钢基体表面进行酸洗除锈，水洗至中性，然后烘干放在干燥的环境中待用；步骤三：对钢基体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；步骤四：室温下将钢基体浸入质量浓度5％的H2SO4溶液，保持时间1min，清水冲洗至中性，烘干，对钢基体内表面进行Ni-Cu-P多元镀镍处理，镀镍温度为75℃，镀镍厚度为7μm-10μm；步骤五：选用含质量百分比46％KF和54％KCl的水溶液为助镀剂，溶液浓度为100g/L，将钢基体浸入温度为80±5℃的助镀剂中处理10min，然后匀速取出，并在150±5℃温度下烘干；步骤六：将钢基体置于1100-1200℃的熔融硼砂中预热2.5h，当钢基体预热温度达到1150℃时保温待浇铸；步骤七：将石墨坩埚预热到600℃，加入纯铜，调温到800-900℃，使炉温阶梯式升温后再调整炉温至铜全部融化，静置3-6min后，用石墨棒充分搅拌，再依次加入Zn、Pb、Sn，待前一种金属完全熔解后再加入后一种金属，中间间隔5-7min，并不断搅拌，再加入镧铈铜稀土合金，搅拌均匀，当熔炼温度达到1150-1250℃时，得铅锡青铜合金，测温到1200℃-1250℃时待浇铸，浇铸前扒渣并搅拌10-30s；步骤八：将钢基体浸入到铅锡青铜合金熔体中开始热浸镀工...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏建强，常峰，
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