專利名稱：一種鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法
技術領域：
本發明屬于新型金屬結構材料制造及復合焊接技術領域。
背景技術：
鋼、鑄鐵是應用最為廣泛的金屬結構材料，不同牌號的鋼、鑄鐵具有不同的性能和用途，隨著科技的發展，一種牌號的鋼、鑄鐵難以滿足多元化的使用性能要求，這就需要將兩種性能不同的鋼與鑄鐵進行復合處理，達到最佳的性能指標。在復合方法上，已經有真空釬焊、激光焊接、連續鑄造等多種復合方法，在工程上已經取得了廣泛的應用。但是這些復合方法有的成本高、有的過程不易控制、有的變形大、有的只適合薄壁焊接等，限制了應用 范圍，特別是對于一些形狀較為復雜的工件，如盾構刀具、軸、輪、軸承套、齒輪等，還沒有較好的方法進行復合制備，因此新型的鋼-鑄鐵復合制備方法的研究還具有廣闊的空間和巨大的市場前景。

發明內容
鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的是，獲得一種鋼-鑄鐵快速復合的制備方法，使之克服現有技術的缺點，達到最佳的復合效果。本發明的目的是通過以下的手段實現的。一種鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法，使鋼件與鑄鐵件形成固連，包含如下的工藝步驟(I)對欲進行固連的鋼質工件和鑄鐵工件的連接面進行表面清潔和磨光處理，使表面平整光滑；(2)將鋼質工件重疊在鑄鐵工件上二工件表面緊密接觸；將感應加熱圈套合在二工件外，使二工件的貼合面放在感應圈的中心部位，感應加熱圈與二工件之間用石英管隔開；(3)開啟感應加熱，使二工件的貼合部位快速加熱至1200°C 1300°C，當鑄鐵工件處于局部熔化后停止加熱；(4)對(3)處理后的鋼-鑄鐵工件完成相應熱處理，得到目的鋼-鑄鐵工件成品。與其它方法相比，本發明的方法具有過程容易控制、操作簡單、變形小、成本低等優點。該過程中采用超音頻或中頻感應加熱設備屬于成熟技術，操作簡單，容易控制。1200°C 1300°C的加熱使與鋼接觸的鑄鐵熔化，其它部位處的鑄鐵和鋼不熔化，停止加熱，鋼在重力的作用下下沉，熔化的鑄鐵會將鋼和未熔化的鑄鐵連接在一起，形成鋼-鑄鐵的連接。在制備過程中可以采用成本低的低碳鋼基體與白口鐵進行復合熔焊，復合后即可保證工件的耐磨性，又可保證基體的韌塑性，擴大應用范圍和提高使用壽命。采用該方法復合處理的低碳鋼-白口鐵復合樣品，在復合部位可以完全熔合為一體，與其它技術相比，避免了縫隙、氧化、孔洞等缺陷，大幅度提高了結合強度，同時又可以保證兩種材料的本身性能不被破壞。復合后采用正火去應力處理還可以進一步提高復合處的結合強度和性能。


如下圖I是本發明方法的原理示意圖2是本發明方法制備的20鋼-白口鐵復合后連接處的金相圖(復合后連接處的金相組織圖4%硝酸酒精腐蝕100X)。
具體實施例方式首先，準備進行復合的鋼、鑄鐵樣品，并將要復合的平面進行表面清潔處理，去除表面油污、氧化皮、脫碳層等表面雜質及缺陷，并在金相砂紙上對要復合在一起的平面進行磨光處理，保證兩個要復合在一起的平面平整、光滑；然后，分別將兩個樣品要復合在一起的表面緊密接觸，不留縫隙放在感應圈的中心部位，感應圈與樣品之間用石英管隔開；最后，采用超音頻或中頻感應加熱，將鋼、鑄鐵樣品的復合部位同時快速加熱至1200°C 1300°C之間，與鋼接觸的鑄鐵發生熔化，其它部位處的鑄鐵和鋼不熔化，這時停止加熱，熔化的鑄鐵會將未熔化鋼和鑄鐵連接在一起，形成鋼-鑄鐵復合材料；根據使用性能要求，可以對復合后的樣品進行不同工藝的熱處理，消除應力，達到最佳使用效果。 實施例I分別選擇兩件長度均為100mm，直徑均為20mm的20鋼、白口鑄鐵樣品，將要復合在一起的樣品的端面用金相砂紙磨光，去除油污、氧化等雜質、缺陷；分別將兩個樣品放入感應加熱圈內，使要復合在一起的端面緊密接觸，并處于感應加熱圈的中心部位，采用超音頻感應加熱，感應加熱圈和樣品之間用石英管隔開；放好后，開始加熱，最高溫度在1250°C左右，加熱至與20鋼接觸的白口鑄鐵在Imm層面發生熔化，其它部位處的白口鑄鐵和20鋼不熔化，這時停止加熱，熔化的鑄鐵會將未熔化鋼和鑄鐵連接在一起，形成20鋼-白口鑄鐵的復合連接。所得連接好的樣品500°C Xl小時回火熱處理，連接面應力消除良好，連接堅固。實施例2采用外徑30mm,內徑15mm,厚度15mm的圓環狀球墨鑄鐵樣品和同樣形狀尺寸的20CrMnTi樣品，采用實例I同樣的方法將兩個圓環狀樣品復合在一起，然后加熱至880°C保溫20分鐘后立即放入280°C的鹽浴中保溫10分鐘，可得到球狀石墨完好的具有等溫淬火組織的球墨鑄鐵、低碳鋼復合樣品。通過系列的實驗發現，鋼-鑄鐵快速加熱復合的制備方法采用超音頻或中頻感應加熱都有良好的效果。實驗還發現，鋼工件采用低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼或微合金鋼，與鑄鐵材料白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵的一一組合都有良好的效果，同時能保證鑄鐵中石墨的形態不發生明顯改變。
權利要求
1.一種鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法，使鋼件與鑄鐵件形成固連，包含如下的工藝步驟 (I)對欲進行固連的鋼質工件和鑄鐵工件的連接面進行表面清潔和磨光處理，使表面平整光滑；(2)將鋼質工件重疊在鑄鐵工件上，二工件表面緊密接觸；將感應加熱圈套合在二工件外，使二工件的貼合面放在感應圈的中心部位，感應加熱圈與二工件之間用石英管隔開；(3)開啟感應加熱，使二工件的貼合部位快速加熱至1200°C 1300°C，當鑄鐵工件處于局部熔化后停止加熱；(4)對(3)處理后的鋼-鑄鐵工件完成相應熱處理，得到目的鋼-鑄鐵工件成品。
2.根據權利要求I所述之鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法，其特征在于，所述鋼樣品可以為低碳鋼、中碳鋼、聞碳鋼或微合金鋼，鑄鐵材料可為白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵。
3.根據權利要求I所述之鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法，其特征在于，所述鋼-鑄鐵快速加熱復合的制備方法采用超音頻或中頻感應加熱。
4.根據權利要求I所述之鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法，其特征在于，所述相應熱處理可采用正火、退火或等溫淬火的方法。
5.根據權利要求I所述之鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法，其特征在于，所述局部熔化是指鑄鐵界面以下0. 5mm 3mm呈熔化狀態。
全文摘要
本發明公開了一種鋼-鑄鐵界面快速加熱的熔焊方法，包含如下的工藝步驟(1)工件表面處理，(2)工件表面緊密接觸；將感應加熱圈套合在二工件外，使二工件的貼合面放在感應圈的中心部位，感應加熱圈與二工件之間用石英管隔開；(3)開啟感應加熱，使二工件的貼合部位快速加熱至1200℃～1300℃，當鑄鐵工件處于局部熔化后停止加熱；(4)對(3)處理后的鋼-鑄鐵工件完成相應熱處理，得到目的鋼-鑄鐵工件成品。本發明方法具有過程可控、操作簡單、設備通用性強的特點。
文檔編號B23P15/00GK102794613SQ201210313008
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月30日 優先權日2012年5月4日
發明者崔國棟, 楊川, 李人憲, 高國慶 申請人:西南交通大學