[發明專利]一種固-液成形的鋼銅雙金屬材料熱處理方法

有效

• 申請號: 202011257467.6
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112570688B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 張國偉;康圓圓;呂偉澤;徐宏;王明杰;宋彬
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B22D19/16
• 分類號: B22D19/16;B22D30/00;C21D1/18;C21D6/00;C22F1/08;C21D9/00
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本發明公開了一種固?液成形的鋼銅雙金屬材料熱處理方法，包括順序進行的空冷階段及油冷階段：空冷階段為將液態銅注入預熱的固態鋼基體中，迅速冷卻，將鋼基體放入淬火機油中進行油冷；實現液態成形與熱處理淬火一體化，油淬階段為分階段進行，取出后進行回火處理；本發明制備的雙金屬缸體界面無開裂，底部銅合金層結合完整，雙金屬銅合金試棒抗拉強度為220?350MPa、鋼基體試棒抗拉強度為890?980Mpa、雙金屬界面剪切強度為220?270Mpa、鋼基體硬度為29?37HRC，Fe/Cu原子擴散距離為6?15μm。

技術領域

本發明涉及金屬材料熱處理技術領域，具體為一種固-液成形的鋼銅雙金屬材料熱處理方法。

背景技術

雙金屬復合材料能夠將兩種不同類型金屬材料的優勢結合起來，兼有強度高、抗磨損、成本低等優點，在航天、陸地等諸多領域都有廣泛的應用前景，解決了單一材料無法達到的高強度、高耐磨等綜合性能。鋼銅雙金屬界面結合質量的好壞主要取決于界面結合強度，界面及兩側組織與Fe/Cu原子擴散層厚度決定了結合強度。

界面作為鋼/銅雙金屬復合材料的核心部分對其性能起著決定作用，目前鋼/銅雙金屬熱處理主要存在以下問題：

1、未進行熱處理的鋼/銅雙金屬界面結合質量較差，兩側基體組織粗大、鋼基體硬度低的問題，這些結構缺陷在特殊的服役環境下會引起復合材料性能的惡化，使材料受到不可逆轉的破壞而成為構件損毀的引發點。

2、鋼/銅雙金屬進行常規熱處理時面臨界面產生熱應力的問題，鋼的熱膨脹系數為12×10^-6m/℃，銅的熱膨脹系數為17.7×10^-6m/℃，兩者相差甚遠，在高溫加熱過程中復合界面容易開裂，從而降低界面結合質量。

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提出一種固-液成形的鋼銅雙金屬材料熱處理方法，通過澆注鋼/銅雙金屬后直接進行液芯淬火，將鑄造過程與熱處理淬火相結合起來，避免了界面重新加熱問題；其能夠顯著改善雙金屬界面處組織，提高雙金屬材料的結合強度。

為了達到上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的。

一種固-液成形的鋼銅雙金屬材料熱處理方法，包括以下步驟：

a）將熔煉后的呈液態的銅合金注入到預熱至1000-1200℃的固態鋼基體中，得到雙金屬試樣；

b）在10-100s，使雙金屬試樣表面溫度降至750-900℃；

c）將雙金屬試樣高度的1/2-2/3浸入淬火油內，10-60s后將雙金屬試樣全部浸入淬火油內；

d）取出后回火處理，出爐空冷。

優選的，所述步驟b，使雙金屬試樣表面溫度降至800-850℃。

更優的，所述步驟b，在10-20s，將雙金屬試樣表面降溫。

優選的，所述呈液態的銅合金的溫度為1200±30℃。

優選的，所述液態的銅合金為1150±20℃。

優選的，將上金屬試樣全部浸入淬火油中冷卻10-30min。

優選的，所述回火處理的溫度為528±30℃，處理時間為2-4h。

本發明相對于現有技術所產生的有益效果為：

1、本發明實現了雙金屬鑄造與熱處理工藝的有機結合，縮短固-液成形的鋼/銅雙金屬的工藝流程，提高了生產效率；

2、本發明提出了帶液芯淬火的雙金屬鑄淬一體技術，可有效避免鋼與銅復合界面因熱膨脹系數不同產生的開裂問題，提高了雙金屬成品率；