專利名稱：液壓柱塞泵缸體的鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓柱塞泵缸體的鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法，屬于液壓柱塞泵零配件制造領域。
背景技術：
在現有的工程機械的液壓零部件中，有許多高端產品涉及到銅合金與鋼鐵材料的復合技術，這種復合不是簡單的機械貼合，而是兩者材料之間的冶金結合，即在兩種材料的界面上發生原子之間的相互滲透和冶金反應，因而對復合工藝有很高的技術要求。如常見的液壓柱塞泵缸體，為了解決使用過程中缸體與柱塞、配油盤等零件的摩擦副匹配問題，其缸體就是由鋼基體與銅合金的復合構件，其復合面包括平面、曲面、圓柱面及孔。
現有國內鋼基體(用鋼加工成型的熔鑄前毛坯)與銅合金的熔鑄結合，在圓柱面及孔的復合方面，還沒有類似部件的制造經驗，目前，國內解決液壓柱塞泵缸體柱塞孔(圓柱孔)的復合問題，通常采用澆注或者鑲嵌銅套的辦法，澆注法是把銅熔化后采用人工把銅液澆注到鋼基體上的方式，其存在勞動強度大、生產效率低、安全隱患大，合格率低(尤其是尺寸較大的產品)等缺點，在圓柱面及孔的澆注復合方面，存在先天性不足——銅在孔中的順序凝固問題一直沒有合適的解決方法。鑲嵌銅套的辦法是采用機械力使銅套過盈配合在鋼基體的孔內，是簡單的機械貼合，這種加工方法在使用過程中銅套極易拔出，存在很大的使用安全隱患，尤其在中高壓、高壓液壓柱塞泵方面安全隱患更大。國外企業為控制市場，對其泵多為整機進口，導致成本很高。發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種鋼基體與銅合金復合效果好、強度高、復合界面氣孔、疏松及夾雜等滿足要求的液壓柱塞泵缸體的鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法，可以克服現有技術的不足。
本發明的技術方案是液壓柱塞泵缸體鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法由以下步驟構成a、清潔鋼基體需熔鑄表面，然后將金屬活化劑涂抹或放置在鋼基體的熔鑄表面進行活化；b、將銅合金放置于鋼基體上，并在液壓柱塞泵缸體鋼基體的熔鑄孔內插接圓柱形芯棒，然后將其一起放在網帶式電阻爐的網帶上，放置時鋼基體上的孔徑垂直向下；預先開啟網帶式電阻爐使爐內溫度達到工作溫度，通過網帶式電阻爐上設置的控溫裝置，使位于網帶式電阻爐內的鋼基體的下端溫度比上端溫低5-15°C ；C、通過網帶傳輸，把鋼基體、銅合金和芯棒輸送到爐體內對鋼和銅合金進行預熱，預熱時充純度不小于99. 999%氮氣做保護氣；預熱溫度為900-940°C、時間30_60min ；d、網帶運行至網帶式電阻爐的熔化區，位于鋼基體上的銅合金熔化，流入鋼基體的熔鑄區域內，在熔化時用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，熔化溫度為1050°C至1100°C ；e、用純度不小于99.999%氮氣做保護氣、溫度在1050-1080°C的條件下，讓鋼基體和熔化后的銅合金保溫放置30-60min ；f、對熔鑄為一體的液壓柱塞泵缸體進行冷卻，冷卻分為兩個階段，第一階的要求為用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，在920-940°C保溫30-60min ；第二階段的要求是用純度不小于99. 9%氮氣做保護氣，在網帶式電阻爐內自然冷卻至200°C以下出爐。
清潔鋼基體的熔鑄表面所用的溶液為無水乙醇。
所述的金屬活化劑由兩份硼砂和一份助熔劑均勻混合構成，所用的助溶劑為卡斯特林公司生產的焊劑，牌號為1802。
與現有技術比較，本發明的申請人為實現鋼基體與銅合金的復合，經過大量試驗、 測試與觀察，發現要實現兩者的復合需從工藝方面解決以下關鍵問題a)熔鑄過程中，銅在缸體的孔(圓柱面)中的順序凝固問題；b)因熔鑄面大，容易出現氣孔、疏松、夾渣等缺陷，界面結合率難以達到要求；c)兩種材質的熱膨脹系數相差較大，在熔鑄后冷卻過程中容易產生較大應力及界面開裂；d)在熔鑄過程中預熱時間、保溫時間、凝固溫度、冷卻速度等技術參數的匹配和試驗確認。
為克服上述難題，本申請采用活化技術，配置了獨有的金屬活化劑，這樣就可使鋼基體表面的活性增加，可很好的避免金屬表面活性不夠所帶來的影響；增加鋼基體與銅合金的結合強度；在熔鑄孔內設置芯棒，這樣可以增加柱面的形核率并形成一定的過冷度； 鋼基體的下端溫度比上端溫低5-15°C ；這樣可以保證下部及內部先冷卻，使熔鑄區域內氣體排出、晶粒變小，通過設置預熱、保溫、熔鑄、冷卻等工藝參數可有效降低熔鑄面出現氣孔、疏松、夾渣等缺陷的幾率，使其達到國際標準。
根據申請人統計，采用本發明的技術方案后有效解決了鋼基體與銅合金兩種金屬材質冶金結合的問題，并且使其界面的結合強度達到了產品的再加工及實用工況要求，克服了現有技術中大曲面、圓柱面及孔熔鑄復合中易出現界面氣孔、疏松及夾雜等缺陷問題， 使該類產品(液壓泵鋼基體整體熔鑄缸體毛坯)的合格率可達95%以上，而傳統的澆注方式的合格率根據型號大小不同在50%到80%之間；生產效率至少提高一倍以上，結合強度提高 20%左右，相對國內同內產品成本下降約15%。


圖1為本發明所需加工的液壓柱塞泵缸體熔鑄后的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1 液壓柱塞泵缸體熔鑄后的結構如圖1所示，1-代表鋼基體、2-陰影部分代表銅合金，本發明的所解決的問題為鋼基體與銅合金的復合，兩者的復合在網帶式電阻爐內完成，在網帶式電阻爐內設有預熱區、復合區、保溫區和冷卻區。在兩者復合前，在鋼基體上設有銅合金熔鑄區域，為使鋼基體與銅合金的復合達到目標值，其熔鑄復合方法由以下步驟構成a、用無水乙醇作為清潔劑清潔鋼基體需熔鑄表面，然后將金屬活化劑涂抹或放置在鋼基體的熔鑄表面進行活化；所述的金屬活化劑由兩份硼砂和一份助熔劑均勻混合構成，所用的助熔劑為卡斯特林公司生產的焊劑，牌號為1802。
b、將銅合金放置于鋼基體上，并在液壓柱塞泵缸體鋼基體的熔鑄孔內插接圓柱形芯棒，然后將其一起放在網帶式電阻爐的網帶上，放置時鋼基體上的孔徑垂直向下；預先開啟網帶式電阻爐使爐內溫度達到工作溫度，通過網帶式電阻爐上設置的控溫裝置，使位于網帶式電阻爐內的鋼基體的下端溫度比上端溫低5-15°C ；C、通過網帶傳輸，將放置在網帶上的鋼基體、銅合金和芯棒輸送到爐體內對鋼和銅合金進行預熱，預熱時充純度不小于99. 999%氮氣做保護氣；預熱溫度為900-940°C、時間 30_60min ；d、網帶運行至網帶式電阻爐的熔化區，位于鋼基體上的銅合金熔化，流入鋼基體的熔鑄區域內，在熔化時用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，熔化溫度為1050°C至1100°C ；e、用純度不小于99.999%氮氣做保護氣、溫度在1050-1080°C的條件下，讓鋼基體和熔化后的銅合金保溫放置30-60min ；f、對熔鑄為一體的液壓柱塞泵缸體進行冷卻，冷卻分為兩個階段，第一階的要求為用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，在920-940°C保溫30-60min ；第二階段的要求是用純度不小于99. 9%氮氣做保護氣，在網帶式電阻爐內自然冷卻至200°C以下出爐。
實施例2 液壓柱塞泵缸體熔鑄后的結構如圖1所示，1-代表鋼基體、2-陰影部分代表銅合金，本發明的所解決的問題為鋼基體與銅合金的復合，兩者的復合在網帶式電阻爐內完成，在網帶式電阻爐內設有預熱區、復合區、保溫區和冷卻區。在兩者復合前，在鋼基體上設有銅合金熔鑄區域，為使鋼基體與銅合金的復合達到目標值，其熔鑄復合方法由以下步驟構成a、用無水乙醇作為清潔劑清潔鋼基體需熔鑄表面，然后將金屬活化劑涂抹或放置在鋼基體的熔鑄表面進行活化；所述的金屬活化劑由兩份硼砂和一份助熔劑均勻混合構成，所用的助熔劑為卡斯特林公司生產的焊劑，牌號為1802。
b、將銅合金放置于鋼基體上，并在液壓柱塞泵缸體鋼基體的熔鑄孔內插接圓柱形芯棒，然后將其一起放在網帶式電阻爐的網帶上，放置時鋼基體上的孔徑垂直向下；預先開啟網帶式電阻爐使爐內溫度達到工作溫度，通過網帶式電阻爐上設置的控溫裝置，使位于網帶式電阻爐內的鋼基體的下端溫度比上端溫低5°C ；C、通過網帶傳輸，將放置在網帶上的鋼基體、銅合金和芯棒輸送到爐體內對鋼和銅合金進行預熱，預熱時充純度不小于99. 999%氮氣做保護氣；預熱溫度為900°C、時間60min ；d、網帶運行至網帶式電阻爐的熔化區，位于鋼基體上的銅合金熔化，流入鋼基體的熔鑄區域內，在熔化時用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，熔化溫度為1050°C ；e、用純度不小于99.999%氮氣做保護氣、溫度在1050°C的條件下，讓鋼基體和熔化后的銅合金保溫放置60min ；f、對熔鑄為一體的液壓柱塞泵缸體進行冷卻，冷卻分為兩個階段，第一階的要求為用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，在920°C保溫60min ；第二階段的要求是用純度不小于99. 9%氮氣做保護氣，在網帶式電阻爐內自然冷卻至200°C以下出爐。
實施例3 液壓柱塞泵缸體熔鑄后的結構如圖1所示，1-代表鋼基體、2-陰影部分代表銅合金，本發明的所解決的問題為鋼基體與銅合金的復合，兩者的復合在網帶式電阻爐內完成，在網帶式電阻爐內設有預熱區、復合區、保溫區和冷卻區。在兩者復合前，在鋼基體上設有銅合金熔鑄區域，為使鋼基體與銅合金的復合達到目標值，其熔鑄復合方法由以下步驟構成a、用無水乙醇作為清潔劑清潔鋼基體需熔鑄表面，然后將金屬活化劑涂抹或放置在鋼基體的熔鑄表面進行活化；所述的金屬活化劑由兩份硼砂和一份助熔劑均勻混合構成，所用的助熔劑為卡斯特林公司生產的焊劑，牌號為1802。
b、將銅合金放置于鋼基體上，并在液壓柱塞泵缸體鋼基體的熔鑄孔內插接圓柱形芯棒，然后將其一起放在網帶式電阻爐的網帶上，放置時鋼基體上的孔徑垂直向下；預先開啟網帶式電阻爐使爐內溫度達到工作溫度，通過網帶式電阻爐上設置的控溫裝置，使位于網帶式電阻爐內的鋼基體的下端溫度比上端溫低15°C ；C、通過網帶傳輸，將放置在網帶上的鋼基體、銅合金和芯棒輸送到爐體內對鋼和銅合金進行預熱，預熱時充純度不小于99. 999%氮氣做保護氣；預熱溫度為940°C、時間30min ；d、網帶運行至網帶式電阻爐的熔化區，位于鋼基體上的銅合金熔化，流入鋼基體的熔鑄區域內，在熔化時用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，熔化溫度為1100°C ；e、用純度不小于99.999%氮氣做保護氣、溫度在1080°C的條件下，讓鋼和熔化后的銅合金保溫放置30min ；f、對熔鑄為一體的液壓柱塞泵缸體進行冷卻，冷卻分為兩個階段，第一階的要求為用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，在940°C保溫30min ；第二階段的要求是用純度不小于99. 9%氮氣做保護氣，在網帶式電阻爐內自然冷卻至200°C以下出爐。
實施例4 液壓柱塞泵缸體熔鑄后的結構如圖1所示，1-代表鋼基體、2-陰影部分代表銅合金，本發明的所解決的問題為鋼基體與銅合金的復合，兩者的復合在網帶式電阻爐內完成，在網帶式電阻爐內設有預熱區、復合區、保溫區和冷卻區。在兩者復合前，在鋼基體上設有銅合金熔鑄區域，為使鋼基體與銅合金的復合達到目標值，其熔鑄復合方法由以下步驟構成a、用無水乙醇作為清潔劑清潔鋼基體需熔鑄表面，然后將金屬活化劑涂抹或放置在鋼基體的熔鑄表面進行活化；所述的金屬活化劑由兩份硼砂和一份助熔劑均勻混合構成，所用的助熔劑為卡斯特林公司生產的焊劑，牌號為1802。
b、將銅合金放置于鋼基體上，并在液壓柱塞泵缸體鋼基體的熔鑄孔內插接圓柱形芯棒，然后將其一起放在網帶式電阻爐的網帶上，放置時鋼基體上的孔徑垂直向下；預先開啟網帶式電阻爐使爐內溫度達到工作溫度，通過網帶式電阻爐上設置的控溫裝置，使位于網帶式電阻爐內的鋼基體的下端溫度比上端溫低10°C ；C、通過網帶傳輸，將放置在網帶上的鋼基體、銅合金和芯棒輸送到爐體內對鋼和銅合金進行預熱，預熱時充純度不小于99. 999%氮氣做保護氣；預熱溫度為920°C、時間45min ；d、網帶運行至網帶式電阻爐的熔化區，位于鋼基體上的銅合金熔化，流入鋼基體的熔鑄區域內，在熔化時用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，熔化溫度為1075°C ；e、用純度不小于99.999%氮氣做保護氣、溫度在1065°C的條件下，讓鋼基體和熔化后的銅合金保溫放置45min ；f、對熔鑄為一體的液壓柱塞泵缸體進行冷卻，冷卻分為兩個階段，第一階的要求為用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，在930°C保溫45min ；第二階段的要求是用純度不小于99. 9%氮氣做保護氣，在網帶式電阻爐內自然冷卻至200°C以下出爐。
權利要求
1.一種液壓柱塞泵缸體的鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法，其特征在于其熔鑄復合方法由以下步驟構成a、清潔鋼基體需熔鑄表面，然后將金屬活化劑涂抹或放置在鋼基體的熔鑄表面進行活化；b、將銅合金放置于鋼基體上，并在液壓柱塞泵缸體鋼基體的熔鑄孔內插接圓柱形芯棒，然后將其一起放在網帶式電阻爐的網帶上，放置時鋼基體上的孔徑垂直向下；預先開啟網帶式電阻爐使爐內溫度達到工作溫度，通過網帶式電阻爐上設置的控溫裝置，使位于網帶式電阻爐內的鋼基體的下端溫度比上端溫低5-15°C ；C、通過網帶傳輸，把鋼基體、銅合金和芯棒輸送到爐體內對鋼和銅合金進行預熱，預熱時充純度不小于99. 999%氮氣做保護氣；預熱溫度為900-940°C、時間30_60min ；d、網帶運行至網帶式電阻爐的熔化區，位于鋼基體上的銅合金熔化，流入鋼基體的熔鑄區域內，在熔化時用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，熔化溫度為1050°C至1100°C ；e、用純度不小于99.999%氮氣做保護氣、溫度在1050-1080°C的條件下，讓鋼基體和熔化后的銅合金保溫放置30-60min ；f、對熔鑄為一體的液壓柱塞泵缸體進行冷卻，冷卻分為兩個階段，第一階的要求為用純度不小于99. 999%氮氣做保護氣，在920-940°C保溫30-60min ；第二階段的要求是用純度不小于99. 9%氮氣做保護氣，在網帶式電阻爐內自然冷卻至200°C以下出爐。
2.根據權利要求1所述的液壓柱塞泵缸體的鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法， 其特征在于清潔鋼基體的熔鑄表面所用的溶液為無水乙醇。
3.根據權利要求1所述的液壓柱塞泵缸體的鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法， 其特征在于所述的金屬活化劑由兩份硼砂和一份助熔劑均勻混合構成，所用的助熔劑為卡斯特林公司生產的焊劑，牌號為1802。
全文摘要
本發明公開了一種液壓柱塞泵缸體的鋼基體與銅合金圓柱面及孔的熔鑄方法，步驟如下清潔鋼基體需熔鑄表面，并對表面進行活化；將銅合金放置于鋼基體上，進行預熱；熔化銅合金使其流入到鋼基體需復合區域；保溫放置30-60min；兩段冷卻。采用本發明的技術方案后有效解決了鋼基體與銅合金兩種金屬材質冶金結合的問題，并且使其界面的結合強度達到了產品的再加工及實用工況要求，使該類產品(液壓柱塞泵鋼基體整體熔鑄缸體毛坯)的合格率可達95%以上，生產效率至少提高一倍以上，結合強度提高20%左右，相對國內同內產品成本下降約15%。
文檔編號B22D19/16GK102513521SQ201210008348
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者周超著, 周邦華, 殷汝新 申請人:貴州鼎成熔鑫科技有限公司