一種制造高氮奧氏體不銹鋼船艦用螺旋槳鑄件的方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明屬于鋼鐵鑄造技術領域，具體涉及一種在普通大氣壓力下制造高氮奧氏體不銹鋼船艦用螺旋槳鑄件的方法。

　　【背景技術】

　　[0002]隨著中國運輸行業的不斷發展，螺旋槳作為飛機、輪船的推進器受到各國的關注，螺旋槳的工作條件對其自身材質具有較高的要求，盡管已經有了適應要求的工程材料，但是對更高性能材料的研發從未止步。

　　[0003]目前，高錳鋁青銅C95700(75Cu-3Fe-8Al-2N1-12Mn)滿足大噸位、高速船舶要求，其性能較好。不銹鋼316L或316N也適用于制造船用螺旋槳。但這些材料制備的螺旋槳仍然存在耐海水腐蝕性能或機械性能有限的缺點。

　　[0004]高氮合金鋼包括高氮不銹鋼和高氮工具鋼等材料，尤其高氮不銹鋼，節約鎳且性能優異，受到各國的重視，被作為戰略性結構材料。現有專利(200810050792.8)提供了在常壓條件下冶煉氮含量高達0.6-1.2%的高氮鋼鑄錠的方法，為高氮奧氏體不銹鋼在冶金和領域的應用提供了更加便利的條件。

　　[0005]高氮奧氏體不銹鋼與316L或316N不銹鋼相比，韌性處于同等級別，但其強度卻有顯著的提高，且具有更高的耐點蝕當量值及更為優異的耐海水腐蝕性能；與高錳鋁青銅C95700相比，Cr20Mnl8Mo2.5-0.9N高氮奧氏體不銹鋼其鑄態抗拉強度不低于830Mpa、屈服強度不低于565Mpa、延伸率30%以上，計算疲勞強度高于567Mpa，顯著優于高錳鋁青銅。由此可見，采用高氮奧氏體不銹鋼制作高性能的螺旋槳，是一個很好的選擇。

　　[0006]然而，高氮奧氏體不銹鋼在普通環境大氣壓力下熔煉和鑄造時自釋放氮氣，氮氣聚集形成氮氣孔洞，留存于鑄件中，容易造成鑄件孔洞缺陷以及不合理的分布特征。因此，為更好的發揮高氮奧氏體不銹鋼的高機械性能、優異耐腐蝕性，有必要開發一種鑄造高氮奧氏體不銹鋼螺旋槳鑄件的方法。

　　【發明內容】

　　[0007]為解決上述技術問題，本發明提供了一種用高氮奧氏體不銹鋼在普通大氣壓力環境條件下，不采用差壓或高壓冶金技術，鑄造高氮奧氏體不銹鋼螺旋槳或槳葉鑄件的方法，所述方法包括設計螺旋槳或槳葉鑄件及其澆注系統、制作模型和準備生產、制作蠟模、制殼、熔煉和澆注、后處理、檢驗七個步驟;其中，

　　[0008]所述制殼過程是:裝箱焙燒充分后，控制模殼溫度在650?1000°C，準備澆注；

　　[0009]所述熔煉和澆注過程是:在常壓條件下熔煉，調節加熱功率，在熔融、除渣等熔煉操作過程中，控制氮氣釋放量在較低的強度，熔融、除渣操作后，迅速調整至澆注溫度，將其控制在1480?1590°C之間，在90秒內開始澆注，并在5分鐘內完成所有鋼水的澆注;澆注完成后，在澆口處采用熱澆口技術，延遲凝固；其他步驟按照一般不銹鋼精密鑄件的工藝控制要求。

　　[0010]在本發明所述的鑄造工藝中，其冒口和澆口是一體的，即指同一個。本發明所述熱澆口技術包括:采用更大模數的冒口，或者使用保溫冒口，或者對澆口覆蓋冒口保溫或發熱覆蓋劑，從而延遲澆口凝固，使鑄件中聚集的氣泡在重力作用下上浮溢出。

　　[0011 ]為避免高氮奧氏體不銹鋼熔煉和鑄造時自釋放氮氣聚集后形成的大氣泡作為氣孔缺陷殘留在鑄件中；鑄造整體式螺旋槳時，由于不能充分利用重力偏析作用，發生自釋放的氮氣氣泡聚集并且不能充分排出鑄件內的狀況，在熔煉和澆注過程中，澆注完成進行熱澆口后，使用離心機構，通過離心機構旋轉產生離心力，利用離心力的輔助充型和異質偏析作用，使氣泡在離心力作用下被偏析溢出。離心機構轉速調節要求:盡可能高，但不要使澆口處外溢出鋼水。

　　[0012]為保障在熔模鑄造蠟模制作時滿足精度要求，而且在模殼焙燒時少或無蠟料殘留物于模殼表面，防止殘留物在澆注時高溫燃燒和揮發，避免產生其它燃燒或揮發性氣體，影響鑄件高氮奧氏體不銹鋼合金成分，本發明在模殼制備過程中制作蠟模時，采用中或高溫蠟制作蠟模，制殼后焙燒要充分;制作模殼時選用硅溶膠或硅酸乙酯作為粘結劑，為了模殼具有更好的強度，可以復合疊層使用。

　　[0013]為了使鑄件不發生裂紋缺陷，在熔煉和澆注過程中，澆口凝固封口后，需要控制冷卻速度，使其緩慢冷卻后進行清理。

　　[0014]為使鑄件具有更好的性能，本發明在對鑄件模殼和澆注系統清理后，進行固溶熱處理，所述熱處理固溶溫度選取在1 20-1180 °C之間，固溶時間1-8小時;淬火處理的淬火介質選取水、油或水基淬火介質。

　　[0015]本發明所述方法是為應用氮含量20.65%的高氮奧氏體不銹鋼，其氮含量2 0.65?1.2%、高鉻含量15?24%、高錳含量12?24%的鉻-錳-氮奧氏體不銹鋼，也可以是添加了鉬、釩、鈮、鉭、鎢、銅、稀土其中一種或幾種合金化元素的鉻-錳-氮奧氏體不銹鋼制作螺旋槳鑄件而研發的；也適用于氮含量2 0.15%、高鉻含量15?24%、錳含量3?24%、鎳含量<22%的鉻-錳-鎳-氮奧氏體不銹鋼，以及添加了鉬、釩、鈮、鉭、鎢、銅、稀土其中一種或幾種合金化元素的鉻-錳-鎳-氮奧氏體不銹鋼。

　　[0016]本發明具有以下優點和積極效果:

　　[0017]1、本發明所述方法不必在差壓或高壓條件下鑄造高氮奧氏體不銹鋼結構產品，不受差壓或高壓技術必須附加的工藝裝備的限制，降低了工藝條件要求。

　　[0018]2、通過應用本發明的鑄造技術，在保證高氮奧氏體不銹鋼合金成分氮濃度的同時，其自釋放氮氣聚集的氣泡不被封壓和殘留在鑄件中，避免了嚴重的孔洞缺陷，解決了應用高氮奧氏體不銹鋼鑄造螺旋槳或槳葉鑄件不合格的最主要難題。

　　[0019]3、本發明所述方法采用高氮奧氏體不銹鋼，鑄造高力學性能和高耐腐蝕性的船艦用螺旋槳鑄件，對比滿足大噸位、高速船舶要求的高錳鋁青銅等合金材料制備的螺旋槳，能夠提供更好的使用性能，并且節約銅資源，具有更好的應用前景。

　　[0020]4、采用高氮奧氏體不銹鋼材料制作的船艦用螺旋槳，具有更好的經濟效益。

　　【具體實施方式】

　　[0021]下面結合應用于一般的不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼材料的熔模鑄造常規生產操作規程，以及本發明的特征步驟，通過下面的實施例，對本發明的技術方案進行較為清晰和完整地描述。實施例1

　　[0022]鑄造小型船用高氮奧氏體不銹鋼整體式螺旋槳鑄件(整體式結構直徑1050mm)，操作步驟如下:

　　[0023]1.設計鑄件和澆注系統

　　[0024]鑄件成分控制要求:0.6-0.7%N，〈0.03%C，18-20%Cr，16-18%Mn，〈0.03%P，〈0.03%S，〈0.5%Si，余量 Fe。

　　[0025]2.制作模型和準備生產

　　[0026]2.1在熔煉用純鐵、金屬錳、氮化鉻鐵等鐵合金、中間合金，或者配方冶金材料等的成分、顆粒組成和理化性能符合制定的生產標準。熔煉時的造渣劑、硅鈣脫氧劑、覆蓋劑等原材料和配方材料符合生產標準。爐體、中間包、澆包等筑爐或修補材料如鎂磚、鎂砂、耐火水泥、水玻璃和配比材料等的成分、理化指標、性能等符合技術要求或生產標準。符合熔煉低碳不銹鋼、高錳鋼設備的筑爐材料要求，筑爐或修補符合設備使用標準，符合鑄造生產準備要求的設備維護狀態良好。

　　[0027]2.2采用中性或堿性筑爐材料，按照筑爐材料配比、筑爐操作、修補操作、烘爐和燒結等操作規范，嚴格執行工藝參數的要求，執行操作程序或過程。

　　[0028]2.3配制的中溫蠟料、模具涂料、清洗液等符合成分、理化指標，性能等符合技術要求或生產標準。

　　[0029]2.4除水筒、靜止筒、保溫箱、壓蠟機、模具、清洗槽等設備維護狀態良好。

　　[0030]2.5原輔材料如硅酸乙酯、潤濕劑、鋯英砂和粉、石英砂、莫來砂和粉等符合成分、理化指標，性能等符合技術要求或生產標準，涂料、制殼等設備維護狀態良好，涂料配制嚴格按照配比和性能要求。

　　[0031 ] 2.6按照涂料配制、制殼操作、脫蠟等工藝操作規范，嚴格執行工藝參數的要求，執行操作程序或過程，對明文要求的注意事項給予高度關注，保障規范和連續、穩定的生產，避免不當操作。

　　[0032]2.7按照生產計劃要求排列日程和作業順序。

　　[0033]3.蠟模制作

　　[0034]3.1按照蠟料處理、壓制蠟模、澆道模頭制作、蠟模修整、模組焊接組樹、模組清洗等工藝操作守則，嚴格執行工藝參數的要求，執行操作程序或過程，對要求的注意事項給予關注，保障規范和連續、穩定生產，避免不當操作。

　　[0035]3.2通過如上操作，獲得槳葉蠟模、軸套蠟模和澆口棒，組焊形成整體式螺旋槳的鑄造系統蠟模。

　　[0036]4.制殼

　　[0037]4.1按照涂料配制、制殼操作、脫蠟等工藝操作規范，嚴格執行工藝參數的要求，執行操作程序或過程。

　　[0038]4.2裝箱焙燒，模殼焙燒時要充分，焙燒溫度950 °C。

　　[0039]4.3焙燒充分后，控制模殼最終溫度，符合澆注要求的模殼工藝溫度。澆注前，保溫爐內螺旋槳模殼溫度控制在900 0C。

　　[0040]5.熔煉和澆注

　　[0041]5.1根據高氮奧氏體不銹鋼合金成分要求，按照高氮奧氏體不銹鋼鑄造方法(專利號:200810050792.8)的專利技術，準備配料，嚴格執行熔煉、澆注操作程序或過程，保證熔煉后澆注前模殼已經準備好，處于澆注狀態。嚴格執行熔煉和澆注的工藝銜接的生產標準，要求工序連續穩定，避免延遲高氮奧氏體不銹鋼的熔煉和澆注，使高氮奧氏體不銹鋼鑄件高氮含量符合控制目標。

　　[0042]5.2在大氣壓力條件下熔煉，在熔融、除渣等熔煉操作過程中，調節加熱功率，控制氮氣釋放量在較低的強度，然后迅速調整至澆注溫度，澆注溫度控制在1530°C。

　　[0043]5.3將模殼從加熱爐內移出，放置在離心機構上，檢查澆口中心使與旋轉軸重合，或者位置對應，將升溫至1530 0C的鋼水在90秒內銜接澆注，澆注完每個螺旋槳模殼，在澆口處添加、覆蓋冒口發熱覆蓋劑，使用了商業銷售的無碳發熱覆蓋劑;開始澆注后在3分鐘內完成所有恪煉鋼水的饒注。

　　[0044]5.4澆注完成，啟動離心機構，轉速調節為每分鐘60轉。在澆口凝固封口后，放入臺車式爐內，700°C保溫2小時，然后臺車爐停止加熱。

　　[0045]5

　　采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法

　　【技術領域】

　　[0001] 本發明屬于鑄造技術領域，特別設及一種采用離屯、鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復 合鑄件的方法。

　　【背景技術】

　　[0002] 在現有各類機械設備中的螺母、軸套均采用單一銅合金材質，如采用ZCuA19Mn2、 Z化Sn6Zn6饑3、Z化化26A13Mn3等成本太高，如何在單一銅合金單材質的基礎上改變成工作 層仍為銅合金，外層為鋼鐵合金的雙金屬復合材料，即保留銅合金的所有使用性能，又提高 整體零件的機械強度，同時大量節約有色金屬降低制造成本。

　　[0003] 銅/鐵雙金屬復合材料現有的板材或帶材均采用焊接的工藝制備，由于銅合金與 鋼鐵的熱膨脹和溶點等物理性質及氧化的不同，極易在復合表面有疏松，夾渣及微裂紋，復 合不牢。不易制成大型零件。所W，目前在金屬加工領域，鑄造技術領域沒有銅/鐵雙合金復 合的圓筒形的雙合金鑄件，如銅鐵復合雙合金螺母、軸套等。

　　【發明內容】

　　[0004] 本發明的目的是提供一種采用離屯、鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法， 通過銅合金烙煉和鐵合金烙煉兩種金屬液先后誘入旋轉的離屯、機模內，在離屯、力的作用 下，制成性能良好的圓筒形銅鐵雙合金鑄件。

　　[0005] 本發明的方法按W下步驟進行： 1、 準備鐵合金材料，烙煉制成鐵液待用；所述的鐵液的選用成分與牌號為HT200、 HT250、HT300、HT350、QT400-15、QT500-7、ZG310-570、ZG270-500或ZG35CrMo合金的成分 相同； 2、 準備銅合金材料，烙煉制成銅液待用；所述的銅液的選用成分與牌號為 ZCuSn5Pn5Z5、ZCuSn6Zn6I^3、ZCuSnlOPbS、ZCuA19Mn2、ZCuAl10Fe3、ZCuA19Fe4Ni4Mn2、 ZCuA18Mnl3化 3、ZCuZn25A16化 3Mn3、ZCuZn26A14 化 3Mn3 或 ZCuZn24A15化 2Mn2 銅合金的成分 相同； 3、 在離屯、機內放置預熱至180±10°C離屯、模，啟動離屯、機，調整轉速為300~1200rpm，向 離屯、模誘入溫度為1350~1550°C的鐵液；當進入離屯、模的鐵液占全部鐵液總重量1/4~1/3 時，開始向離屯、模內加入防氧化劑，同時通水對離屯、模外表面進行冷卻，當全部鐵液誘入完 畢后停止加入防氧化劑，并繼續離屯、20~300s;此時防氧化劑在離屯、作用下覆蓋在鐵液內表 面，鐵液形成圓筒型； 4、 向離屯、模中誘入溫度為980~1200°C的銅液，銅液在離屯、作用下位于圓筒狀鐵液形成 圓筒型，防氧化劑受離屯、力作用從銅液和鐵液之間離開，繼續離屯、至鐵液和銅液全部凝固， 獲得圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件。

　　[0006] 上述的離屯、模的材質選用20CrMo或30化Mo鋼，并且離屯、模表面涂覆耐火涂料，所 述的耐火涂料為錯粉涂料或石墨涂料，在離屯、模表面涂覆耐火涂料時，預先將離屯、模預熱 至 90 ~200 °C。

　　[0007]上述的防氧化劑選用脫水棚砂，防氧化劑的用量按覆蓋在鐵液內表面時，每平方 米鐵液表面覆蓋有2.7~化g防氧化劑。

　　[000引上述方法中，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的10~45%。

　　[0009] 上述的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件由外層鐵合金和內層銅合金構成，其中內層銅 合金的徑向厚度為2~100mm。

　　[0010] 上述方法獲得的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件加熱到860~920°C保溫2~12小時，再 隨爐冷卻至溫度低于400°C出爐，完成退火處理，W消除應力和細化金屬晶體顆粒，提高機 械性能;然后用于加工成零件;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的鐵銅結合處 的抗拉強度為200~eOOMPa，延伸率為2.0~10.0%。

　　[0011] 本發明的原理及特點是:先將鐵液離屯、形成外層圓筒，加入防氧化劑借助離屯、力 使其覆蓋在鐵液內表面，與空氣隔絕防止氧化;同時對離屯、模外部水冷，使凝固按由外向內 的順序進行;離屯、模的材質選用具有熱強度、硬度、初性高、導熱性能及熱膨脹系數小的金 屬型材料，有利于離屯、鑄造順利進行;在鐵液未凝固時誘入銅液，使銅合金與鐵合金形成冶 金結合，銅鐵原子在離屯、作用下結合緊密牢固，晶體細化，能滿足作為螺母或軸套等零件的 力學要求;經退火處理后，制成螺母或軸套等零件，其外層鋼結構強初，內層銅的工作性能 良好，在做抗拉強度試驗時，斷裂處不在銅鐵兩種合金的結合處;相比于全銅材質的螺母， 銅只占該零件重45%w下所W成本大幅降低;本發明具有良好的應用前景。

　　【附圖說明】

　　[0012] 圖1為本發明采用實施例1的方法獲得的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件外觀圖； 圖2為本發明采用實施例1的方法獲得的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件經退火處理并加 工成零件后進行性能測試厚度外觀圖。

　　【具體實施方式】

　　[0013] 本發明實施例中采用的脫水棚砂為市購產品。

　　[0014] 本發明實施例中采用的鐵合金牌號成分如表1所示； 表1

　　本發明實施例中采用的銅合金牌號成分如表2所示； 表2

　　本發明實施例中測試抗拉強度和延伸率采用的標準為GB/T228.1-2010。

　　[0015] 本發明實施例中采用的錯粉涂料或石墨涂料為市購產品。

　　[0016] 本發明實施例中烙煉鐵液和銅液采用中頻爐。

　　[0017] 本發明實施例中退火處理采用箱式電爐。

　　[001引實施例1 準備鐵合金材料，在中頻爐中烙煉制成鐵液待用；所述的鐵液的選用成分與牌號為 HT200合金的成分相同； 準備銅合金材料，在中頻爐中烙煉制成銅液待用；所述的銅液的選用成分與牌號為 Z化Sn5Pn5化5銅合金成分相同； 離屯、模的材質選用20CrMo,并且離屯、模表面涂覆耐火涂料，所述的耐火涂料為石墨涂 料，在離屯、模表面涂覆耐火涂料時，預先將離屯、模預熱至9(TC; 在離屯、機內放置預熱至180±10°C離屯、模，啟動離屯、機，調整轉速為7(K)rpm，向離屯、模 誘入溫度為1350°(：的鐵液;當進入離屯、模的鐵液占全部鐵液總重量1/^3時，開始向離屯、模內 加入防氧化劑脫水棚砂，同時通水對離屯、模外表面進行冷卻，當全部鐵液誘入完畢后停止 加入防氧化劑，并繼續離屯、150s;此時防氧化劑在離屯、作用下覆蓋在鐵液內表面，鐵液形成 圓筒型； 防氧化劑的用量按覆蓋在鐵液內表面時，每平方米鐵液表面覆蓋有2.化g防氧化劑； 向離屯、模中誘入溫度為12 0 0 °C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的 23.6%;銅液在離屯、作用下位于圓筒狀鐵液形成圓筒型，防氧化劑受離屯、力作用從銅液和鐵 液之間離開，繼續離屯、至鐵液和銅液全部凝固，獲得圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件；圓筒型銅 鐵雙合金復合鑄件由外層鐵合金和內層銅合金構成，其中內層銅合金的徑向厚度為 44.5mm; 圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件加熱到860°C保溫12小時，再隨爐冷卻至溫度低于400°C出 爐，完成退火處理，W消除應力和細化金屬晶體顆粒，提高機械性能;然后用于加工成零件； 經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的鐵銅結合處的抗拉強度為220MPa，延伸率為 4.1%； 圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件外觀如圖1所示，退火后加工形成630T磨擦壓力上螺母，進 行抗拉強度和延伸率測試，測試后零件外觀如圖2所示，由圖可見，斷裂處不在銅鐵兩種合 金的結合處； 螺母外圓Φ=529πιπι，內圓Φ內=265mm，高573mm，如采用全銅合金總重773 kg;采用銅/ 鐵雙合金復合制備，內徑Φ=256mm;銅外徑(與鐵結合部）Φ=345mm(徑向厚度44.5mm)，銅合 金重=179kg;鐵部分尺寸為外徑Φ=529mm，內徑(與銅結合部)=345mm，總重量57化g，銅鐵復 合總重:756kg。

　　[0019]實施例2 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為HT250合金的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號Z化Sn6Zn6化3銅合金成分相同； (3) 離屯、模的材質選用30CrMo鋼，涂覆耐火涂料時，預熱至100°C; (4) 離屯、機轉速9(Κ)巧m，向離屯、模誘入溫度為1410°C的鐵液；當進入離屯、模的鐵液占全 部鐵液總重量1/4時加入防氧化劑，誘入完畢后繼續離屯、160s;每平方米鐵液表面覆蓋有 5kg防氧化劑； 巧)誘入溫度為1150°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的30%;內層銅 合金的徑向厚度為55mm; (6)退火處理時加熱到880°C保溫8小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為260MPa，延伸率為2.0%。

　　[0020] 實施例3 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為HT300鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號為洗uSnlO化5銅合金成分相同； (3) 涂覆耐火涂料時，預熱至120°C ; (4) 離屯、機轉速1000巧m，向離屯、模誘入溫度為1380°C的鐵液;加入后繼續離屯、270s;每 平方米鐵液表面覆蓋有3kg防氧化劑； 巧)誘入溫度為1030°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的45%;內層銅 合金的徑向厚度為100mm; (6)退火處理時加熱到900°C保溫4小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為290MPa，延伸率為5.5%。

　　[0021 ]實施例4 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為HT350鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成

　　分與牌號為ZCuA19Mn2銅合金成分相同； (3) 離屯、模的材質選用30CrMo鋼，涂覆耐火涂料時，預熱至150°C; (4) 離屯、機轉速1100巧m，當進入離屯、模的鐵液占全部鐵液總重量1/4時加入防氧化劑， 誘入完畢后繼續離屯、90s;每平方米鐵液表面覆蓋有4.化g防氧化劑； 巧)誘入溫度為1 l〇〇°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的33%;內層銅 合金的徑向厚度為2mm; (6)退火處理時加熱到920°C保溫2小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為31 OMPa，延伸率為6%。

　　[0022] 實施例5 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為QT400-15鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號為ZCuA110Fe3銅合金成分相同； (3) 所述的耐火涂料為錯粉涂料，涂覆耐火涂料時，預熱至90~200°C ; (4) 離屯、機轉速65化pm，向離屯、模誘入溫度為1450°C的鐵液;加入后繼續離屯、50s;每平 方米鐵液表面覆蓋有2.9kg防氧化劑； 巧)誘入溫度為1060°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的40%;內層銅 合金的徑向厚度為30mm; (6)退火處理時加熱到910°C保溫3小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為420MPa，延伸率為9%。

　　[0023] 實施例6 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為QT500-7鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號為ZCuA19Fe4Ni4Mn2銅合金成分相同； (3) 所述的耐火涂料為錯粉涂料，離屯、模的材質選用30CrMo鋼，涂覆耐火涂料時，預熱 至 110。。 (4) 離屯、機轉速6(Κ)巧m，向離屯、模誘入溫度為1550°C的鐵液；當進入離屯、模的鐵液占全 部鐵液總重量1/4時加入防氧化劑，誘入完畢后繼續離屯、250s;每平方米鐵液表面覆蓋有 3.2kg防氧化劑； 巧)誘入溫度為1040°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的12%;內層銅 合金的徑向厚度為80mm; (6)退火處理時加熱到900°C保溫4小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為425MPa，延伸率為6.1%。

　　[0024] 實施例7 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為ZG310-570鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號為ZCuA18Mnl3化3銅合金成分相同； (3) 所述的耐火涂料為錯粉涂料，涂覆耐火涂料時，預熱至13(TC; (4) 離屯、機轉速5(K)rpm，加入后繼續離屯、200s;每平方米鐵液表面覆蓋有3.4kg防氧化 劑； 巧)誘入溫度為1020°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的18%;內層銅 合金的徑向厚度為65mm; (6)退火處理時加熱到890°C保溫6小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為330MPa，延伸率為5.5%。

　　[0025] 實施例8 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為ZG270-500鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號為Z化化25A16Fe3Mn3銅合金成分相同； (3) 所述的耐火涂料為錯粉涂料，離屯、模的材質選用30CrMo鋼，涂覆耐火涂料時，預熱 至 160。。 (4) 離屯、機轉速4(Κ)巧m，向離屯、模誘入溫度為1450°C的鐵液；當進入離屯、模的鐵液占全 部鐵液總重量1/4時加入防氧化劑，誘入完畢后繼續離屯、100s;每平方米鐵液表面覆蓋有 3.9kg防氧化劑； 巧)誘入溫度為1000 °C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的25%;內層銅 合金的徑向厚度為43mm; (6)退火處理時加熱到880°C保溫7小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為300MPa，延伸率為6%。

　　[00%] 實施例9 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為ZG35CrMo鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號為Z化化26A14Fe3Mn3銅合金成分相同； (3) 所述的耐火涂料為錯粉涂料，涂覆耐火涂料時，預熱至18(TC; (4) 離屯、機轉速30化pm，向離屯、模誘入溫度為1550°C的鐵液;加入后繼續離屯、20s;每平 方米鐵液表面覆蓋有4.1kg防氧化劑； 巧)誘入溫度為990°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的35%;內層銅合 金的徑向厚度為57mm; (6)退火處理時加熱到870°C保溫10小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為51 OMPa，延伸率為10%。

　　[0027] 實施例10 方法銅實施例1，不同點在于： (1) 鐵液的選用成分與牌號為ZG35CrMo鋼的成分相同； (2) 銅液的選用成分與牌號為Z化化24A15化2Mn2銅合金成分相同； (3) 所述的耐火涂料為錯粉涂料，離屯、模的材質選用30CrMo鋼，涂覆耐火涂料時，預熱 至 200。。 (4) 離屯、機轉速50化pm，當進入離屯、模的鐵液占全部鐵液總重量1/4時加入防氧化劑， 誘入完畢后繼續離屯、300s;每平方米鐵液表面覆蓋有4.3kg防氧化劑； 巧)誘入溫度為980°C的銅液，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的19%;內層銅合 金的徑向厚度為36mm; (6)退火處理時加熱到870°C保溫9小時;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件 的鐵銅結合處的抗拉強度為520MPa，延伸率為9%。

　　【主權項】

　　1. 一種采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法，其特征在于按以下步驟 進行： (1) 準備鐵合金材料，熔煉制成鐵液待用；所述的鐵液的選用成分與牌號為HT200、 HT250、HT300、HT350、QT400-15、QT500-7、ZG310-570、ZG270-500或ZG35CrMo合金的成分 相同； (2) 準備銅合金材料，熔煉制成銅液待用；所述的銅液的選用成分與牌號為 ZCuSn5Pn5Z5、ZCuSn6Zn6Pn3、ZCuSnlOPb5、ZCuA19Mn2、ZCuAl10Fe3、ZCuA19Fe4Ni4Mn2、 ZCuA18Mnl3Fe3、ZCuZn25A16Fe3Mn3、ZCuZn26A14Fe3Mn3 或 ZCuZn24A15Fe2Mn2 銅合金的成分 相同； (3) 在離心機內放置預熱至180±10°C離心模，啟動離心機，調整轉速為300~1200rpm， 向離心模澆入溫度為1350~1550°C的鐵液;當進入離心模的鐵液占全部鐵液總重量1/4~1/3 時，開始向離心模內加入防氧化劑，同時通水對離心模外表面進行冷卻，當全部鐵液澆入完 畢后停止加入防氧化劑，并繼續離心20~300s;此時防氧化劑在離心作用下覆蓋在鐵液內表 面，鐵液形成圓筒型； (4) 向離心模中澆入溫度為980~1200°C的銅液，銅液在離心作用下位于圓筒狀鐵液形 成圓筒型，防氧化劑受離心力作用從銅液和鐵液之間離開，繼續離心至鐵液和銅液全部凝 固，獲得圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件。2. 根據權利要求1所述的一種采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法， 其特征在于所述的離心模的材質選用20CrMo或30CrMo鋼，并且離心模表面涂覆耐火涂料， 所述的耐火涂料為鋯粉涂料或石墨涂料，在離心模表面涂覆耐火涂料時，預先將離心模預 熱至90~200 °C。3. 根據權利要求1所述的一種采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法， 其特征在于所述的防氧化劑選用脫水硼砂，防氧化劑的用量按覆蓋在鐵液內表面時，每平 方米鐵液表面覆蓋有2.7~5kg防氧化劑。4. 根據權利要求1所述的一種采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法， 其特征在于步驟(4 )中，加入的銅液的重量為銅液和鐵液總重量的10~45%。5. 根據權利要求1所述的一種采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法， 其特征在于所述的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件由外層鐵合金和內層銅合金構成，其中內層 銅合金的徑向厚度為2~100mm。6. 根據權利要求1所述的一種采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法， 其特征在于步驟(4)中獲得的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件加熱到860~920 °C保溫2~12小時， 再隨爐冷卻至溫度低于400°C出爐，完成退火處理，以消除應力和細化金屬晶體顆粒，提高 機械性能;然后用于加工成零件;經退火處理后的圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的鐵銅結合 處的抗拉強度為200~600MPa，延伸率為2.0~10.0%。

　　【專利摘要】一種采用離心鑄造制備圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件的方法，屬于鑄造技術領域，按以下步驟進行：（1）準備鐵合金材料，熔煉制成鐵液待用；？（2）準備銅合金材料，熔煉制成銅液待用；（3）在離心機內放置離心模，啟動離心機，澆入鐵液并加入防氧化劑，通水對離心模冷卻；（4）澆入銅液，繼續離心至鐵液和銅液全部凝固，獲得圓筒型銅鐵雙合金復合鑄件。本發明鑄件制成螺母或軸套等零件，外層鋼結構強韌，內層銅的工作性能良好，在做抗拉強度試驗時，斷裂處不在銅鐵兩種合金的結合處；相比于全銅材質的螺母成本大幅降低，具有良好的應用前景。

　　【IPC分類】B22D19/16, B22D13/00

　　【公開號】CN105562645

　　【申請號】CN201510960485

　　【發明人】朱東閣, 朱雁南, 朱曉南, 韓家金

　　【申請人】朱東閣

　　【公開日】2016年5月11日

　　【申請日】2015年12月21日