一种二次复合铸造双金属成型的方法与流程

1.本发明属于双金属铸造技术领域，具体涉及一种二次复合铸造双金属成型的方法。


背景技术：

2.铝-钢双金属材料广泛应用于汽车领域中，如发动机缸体、发动机活塞、刹车盘、变速箱等结构上。铝制发动机的使用让汽车整车重量每减少10%，燃油的消耗降低6%～8%。但在铝制缸体发动机内部仍然有一部分使用铸铁材料，特别是气缸，要使用铸铁材料。发动机缸体通常采用的是一次固液复合铸造的方法，但是异种金属在铸造过程中无法实现完全的冶金结合，尤其是在结合处会形成一些裂纹，这些裂纹在发动机的工作中会使载荷无法高效，平稳和均匀的进行传递，发动机在正常的工作环境中也会迫使裂缝持续增长，发动机在运转过程中也会持续的进行疲劳循环，造成发动机寿命降低或者永久性损坏。因此结合强度的稳定性差将导致承载能力降低的问题经常出现。


技术实现要素：

3.本发明克服了现有技术的不足，提出一种二次复合铸造双金属成型的方法，以提高双金属界面的结合性能。
4.为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：一种二次复合铸造双金属成型的方法，包括以下步骤：a）在金属基体表面设置一层结合材料，所述的结合材料为铜或镍，所述结合材料的厚度为0.7-1mm。
5.b）将金属基体置于铸型中封装，将熔炼好的铝合金熔体浇注到铸型中，使铝合金熔体与金属基体扩散结合并在所述结合材料表面形成第一浇铸层，所述第一浇铸层的厚度为7-10mm。
6.c）使用熔炼好的铝合金熔体对经过浇铸的金属基体进行二次浇注。
7.d）二次浇注后进行冷却，之后进行热处理。
8.优选的，所述金属基体为铁基合金或镍基合金。
9.优选的，设置结合材料前，先对金属基体表面进行清洗。
10.优选的，采用电铸或化学镀或化学气相沉积或等离子气相沉积将结合材料镀在金属基体表面。
11.优选的，对铸型用惰性气体清理吹扫，再将金属基体放置在铸型中并封装，开启中频感应加热线圈加热金属基体后进行浇注。
12.优选的，对完成第一次浇注的金属基体进行预热之后进行二次浇注。
13.更优的，所述的预热，温度为600℃。
14.更优的，将预热后的金属基体置于砂型中，再进行二次浇注。
15.本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
1、本发明通过结合材料与异种金属层结合，提高了第一结合界面的融合力，在此基础上通过二次浇注，在异种金属的结合界面外部进一步形成同种金属的第二结合界面；二次铸造形成铝-铝同种金属结合，比传统的铝-钢异种金属结合可以更好的原子扩散而形成冶金结合，解决了异种金属结合界面结合性能低的问题。
16.2、本发明采用的金属基体-铝，铝-铝复合铸造制得的发动机零件界面结合性能良好，载荷能够平稳，高效的传输，大大增加了发动机的使用寿命。
17.3、本发明采用中频感应快速加热，对钢基体进行保温和预热，使得钢基体在铝合金浇注之前迅速加热至其预设温度，在防止钢基体氧化的同时，减少了钢基体预热至浇注过程的时间。
附图说明
18.图1为采用本发明制作得界面结合处的示意图。
19.图2为传统浇铸方法采用一次铸造直接冶金结合的界面结合处示意图。
20.图3为传统技术采用一次铸造铸造铝钢直接结合的方法制成的发动机缸体示意图。
21.图中，1为钢基体，2为第一结合界面，3为结合材料，4为第二结合界面，5为第一浇铸熔体，6为第三结合界面，7为第二浇铸熔体，8为界面结合处，9为熔体，10为发动机缸体的铸造结合区域，11为气缸套铸造结合区域，12为中间隔板铸造结合，13为发动机侧面挡板铸造结合区域。
具体实施方式
22.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
23.实施例11、将钢基体表面清洗，采用化学镀方法在钢基体1的表面镀一层结合材料3，结合材料3为铜，厚度为1mm。结合材料3与钢基体1之间形成第一结合界面2。
24.2、对铸型用氩气清理吹扫，再将镀铜钢基体放置在铸型中，开启中频感应加热线圈预热钢基体；预热温度为600℃ ，功率为45kw。
25.3、将铝合金锭放入坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为780℃。
26.4、关闭中频感应加热线圈，将熔炼好的铝合金熔体浇注到铸型中在镀铜钢基体表面形成第一浇铸熔体5。
27.5、浇注结束后，待铸型冷却后取出制件进行精加工，第一浇铸熔体5的厚度为10mm。第一浇铸熔体5与结合材料3之间形成第二结合界面4。
28.6、加工完成后将制件进行预热；预热温度为600℃ ，功率为45kw。
29.7、用氩气清理吹扫发动机砂型，并将预热好的制件放入砂型中。
30.8、将熔炼好的铝合金溶液沿浇道口浇入发动机砂型中。
31.9、待铝合金冷却后形成第二浇铸熔体7，第二浇铸熔体7与第一浇铸熔体5之间形
成第三结合界面6，取出发动机制件进行热处理，温度为550℃，时间为10h。
32.实施例21、将钢基体表面清洗，采用化学镀方法在钢基体表面镀一层镍，厚度为0.7mm。
33.2、对铸型用氩气清理吹扫，再将镀铜钢基体放置在铸型中，开启中频感应加热线圈预热钢基体；预热温度为600℃ ，功率为45kw。
34.3、将铝合金锭放入坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为780℃。
35.4、关闭中频感应加热线圈，将熔炼好的铝合金熔体浇注到铸型中。
36.5、浇注结束后，待铸型冷却后取出制件进行精加工，铝合金厚度为7mm。
37.6、加工完成后将制件进行预热；预热温度为600℃ ，功率为45kw。
38.7、用氩气清理吹扫发动机砂型，并将预热好的制件放入砂型中。
39.8、将熔炼好的铝合金溶液沿浇道口浇入发动机砂型中。
40.9、待铝合金冷却后取出发动机制件进行热处理，温度为550℃，时间为10h。
41.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。


技术特征：
1.一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，包括以下步骤：a）在金属基体表面设置一层结合材料，所述的结合材料为铜或镍，所述结合材料的厚度为0.7-1mm；b）将金属基体置于铸型中封装，将熔炼好的铝合金熔体浇注到铸型中，使铝合金熔体与金属基体扩散结合并在所述结合材料表面形成第一浇铸层，所述第一浇铸层的厚度为7-10mm；c）使用熔炼好的铝合金熔体对经过浇铸的金属基体进行二次浇注；d）二次浇注后进行冷却，之后进行热处理。2.根据权利要求1所述的一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，所述金属基体为铁基合金或镍基合金。3.根据权利要求1所述的一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，设置结合材料前，先对金属基体表面进行清洗。4.根据权利要求1所述的一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，采用电铸或化学镀或化学气相沉积或等离子气相沉积将结合材料镀在金属基体表面。5.根据权利要求1所述的一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，对铸型用惰性气体清理吹扫，再将金属基体放置在铸型中并封装，开启中频感应加热线圈加热金属基体后进行浇注。6.根据权利要求1所述的一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，对完成第一次浇注的金属基体进行预热之后进行二次浇注。7.根据权利要求6所述的一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，所述的预热，温度为600℃。8.根据权利要求6所述的一种二次复合铸造双金属成型的方法，其特征在于，将预热后的金属基体置于砂型中，再进行二次浇注。

技术总结
本发明公开了一种二次复合铸造双金属成型的方法，属于双金属铸造技术领域；该方法是在金属基体的表面设置结合材料，并将结合材料的基体放入铸模或砂型中，待铝合金融化后浇入铸模或砂型中，使铝合金与基体结合，然后再将金属基体放入二次铸造使用的铸模或砂型中，将熔融的铝合金浇注后形成二次复合铸造制件，最后对二次复合制件进行热处理；本发明通过二次浇注，在异种金属的结合界面外部进一步形成同种金属的第二结合界面；二次铸造形成铝-铝同种金属结合，比传统异种金属结合可以更好的原子扩散而形成冶金结合，解决了异种金属结合界面结合性能低的问题。面结合性能低的问题。面结合性能低的问题。


技术研发人员：张国伟 王赵杰 徐宏 任晓燕 万安
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2021.10.14
技术公布日：2022/1/14