一種合金鋼/銅合金整體材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種合金鋼/銅合金整體材料的制備方法，首先將銅合金與合金鋼機(jī)械加工成圓筒狀，將銅合金的外表面和合金鋼的內(nèi)表面加工成互相配合鑲嵌的齒形結(jié)構(gòu)；其次，對(duì)兩類加工好的部件表面進(jìn)行潔凈化處理；再次，在保護(hù)氣氛環(huán)境中對(duì)合金鋼筒進(jìn)行加熱；然后，將銅合金圓筒壓入合金鋼圓筒中；最后，對(duì)鑲嵌成型的合金鋼/銅合金整體構(gòu)件材料在氫氣爐中進(jìn)行保溫，等兩者形成穩(wěn)定連接后，冷卻。利用還原氣氛還原表面的氧化物和高溫下銅合金的膨脹大于合金鋼的膨脹而產(chǎn)生的壓應(yīng)力，促使銅合金與合金鋼之間固相擴(kuò)散更充分，形成一定強(qiáng)度的結(jié)合。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于異質(zhì)金屬材料連接的
，具體涉及。
技術(shù)介紹
合金鋼具有較高的強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性和一定的可焊性，常被用來作為工程結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)材料。銅合金具有良好的耐磨性和傳導(dǎo)性。若將合金鋼與銅合金兩種異質(zhì)材料通過材料加工的方法連接在一起，制備成合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件，將會(huì)協(xié)同發(fā)揮這兩種材料各自的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)-功能一體化，也將滿足一些工程機(jī)械關(guān)鍵部件對(duì)材料的特殊要求
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供，能夠協(xié)同發(fā)揮這兩種材料各自的性能優(yōu)勢(shì)，滿足一些工程機(jī)械關(guān)鍵部件對(duì)材料的特殊要求。本專利技術(shù)技術(shù)方案為，首先將銅合金與合金鋼機(jī)械加工成圓筒狀，將銅合金的外表面和合金鋼的內(nèi)表面加工成互相配合鑲嵌的齒形結(jié)構(gòu)；其次，對(duì)兩類加工好的部件表面進(jìn)行潔凈化處理；再次，在保護(hù)氣氛環(huán)境中對(duì)合金鋼筒進(jìn)行加熱；然后，將銅合金圓筒壓入合金鋼圓筒中；最后，對(duì)鑲嵌成型的合金鋼/銅合金整體構(gòu)件材料在氫氣爐中進(jìn)行保溫，等兩者形成穩(wěn)定連接后，冷卻。本專利技術(shù)的特點(diǎn)還在于，具體按照以下步驟實(shí)施步驟I，機(jī)械加工將銅合金與合金鋼經(jīng)機(jī)械加工成為圓筒形結(jié)構(gòu)，所述銅合金圓筒的內(nèi)壁為沿銅合金圓筒軸向延伸的齒形結(jié)構(gòu)，合金鋼圓筒外壁為沿合金鋼圓筒軸向延伸且與銅合金圓筒內(nèi)壁相配合的齒形結(jié)構(gòu)，且使銅合金圓筒齒形外徑與合金鋼圓筒齒形內(nèi)徑的公差范圍為在室溫條件下銅合金圓筒不能裝入合金鋼圓筒中；步驟2，合金鋼與銅合金表面處理對(duì)步驟I加工好的合金鋼圓筒與銅合金圓筒，首先，用汽油沖洗表面殘留物，再次用超聲波清洗殘留在表面的油污；步驟3，高溫鑲嵌將步驟2表面處理完成的合金鋼圓筒放置于氣氛保護(hù)爐內(nèi)，將合金鋼圓筒加熱到200-400°C使其膨脹，保溫10-30分鐘后將合金鋼圓筒移出爐外，將步驟2中處理好的銅合金圓筒快速壓入合金鋼圓筒中，完成熱裝，得到合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件；步驟4，高溫還原條件下的固態(tài)擴(kuò)散連接將步驟3完成熱裝后的合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件繼續(xù)放入氫氣氣氛保護(hù)爐內(nèi)進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為700-1000°C，保溫1-3小時(shí)，隨爐冷卻后進(jìn)行機(jī)加工，即成。步驟3中所述氣氛保護(hù)爐中保護(hù)氣體為氮?dú)狻２襟E4中所述氣氛保護(hù)爐內(nèi)還原氣體為氫氣。本專利技術(shù)的有益效果是，利用合金鋼和銅合金兩者的熱膨脹系數(shù)差異，通過熱裝的方式將銅合金與合金鋼鑲嵌在一起，實(shí)現(xiàn)兩者的過盈配合；在隨后的高溫還原氣氛條件下保溫一定時(shí)間，同時(shí)利用還原氣氛還原表面的氧化物和高溫下銅合金的膨脹大于合金鋼的膨脹而產(chǎn)生的壓應(yīng)力，促使銅合金與合金鋼之間固相擴(kuò)散更充分，形成高強(qiáng)度的冶金結(jié)合。附圖說明圖I為本專利技術(shù)合金鋼/銅合金整體材料的制備方法的工藝流程圖；圖2為本專利技術(shù)的方法中制備銅合金的齒形結(jié)構(gòu)圖；圖3為本專利技術(shù)的方法中制備合金鋼的筒形結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本專利技術(shù)的方法中制備合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。本專利技術(shù)提供，首先將銅合金與合金鋼機(jī)械加工成圓筒狀，將銅合金的外表面和合金鋼的內(nèi)表面加工成互相配合鑲嵌的齒形結(jié)構(gòu)；其次，對(duì)兩類加工好的部件表面進(jìn)行潔凈化處理；再次，在保護(hù)氣氛環(huán)境中對(duì)合金鋼筒進(jìn)行加熱；然后，將銅合金圓筒壓入合金鋼圓筒中；最后，對(duì)鑲嵌成型的合金鋼/銅合金整體構(gòu)件材料在氫氣爐中進(jìn)行保溫，讓銅合金與合金鋼發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，等兩者形成穩(wěn)定連接后，冷卻。如圖I所示，按照以下步驟實(shí)施步驟I，機(jī)械加工將銅合金與合金鋼經(jīng)機(jī)械加工成為圓筒形結(jié)構(gòu)。如圖2所示，所述銅合金圓筒的內(nèi)壁為沿銅合金圓筒軸向延伸的齒形結(jié)構(gòu)；如圖3所示，合金鋼圓筒外壁為沿合金鋼圓筒軸向延伸且與銅合金圓筒內(nèi)壁相配合的齒形結(jié)構(gòu)，且使銅合金圓筒齒形外徑與合金鋼圓筒齒形內(nèi)徑的公差范圍為在室溫條件下銅合金圓筒不能裝入合金鋼圓筒中；步驟2，合金鋼與銅合金表面處理對(duì)步驟I加工好的合金鋼圓筒與銅合金圓筒，先用汽油沖洗表面殘留的油污和雜質(zhì)；再用超聲波進(jìn)一步清洗；步驟3，高溫鑲嵌將步驟2預(yù)處理完成的合金鋼圓筒放置于氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)爐內(nèi)，將合金鋼圓筒加熱到200-400°C使其膨脹，保溫10-30分鐘后將合金鋼圓筒從爐中移出，將步驟2中處理好的銅合金齒形圓筒快速壓入熱的合金鋼圓筒中，完成熱裝，得到合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件，如圖4所示；步驟4，高溫還原條件下的固態(tài)擴(kuò)散連接 將步驟3完成熱裝后的合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件繼續(xù)放入氫氣氣氛保護(hù)燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行二次加熱，加熱溫度700-1000°C，保溫1-3小時(shí)，等合金鋼與銅合金實(shí)現(xiàn)充分固態(tài)擴(kuò)散以后，隨爐冷卻，即成。最后，根據(jù)工程構(gòu)件的實(shí)際尺寸對(duì)銅合金內(nèi)側(cè)和合金鋼外側(cè)進(jìn)行加工，獲得整體材料構(gòu)件。實(shí)施例I將銅合金與合金鋼經(jīng)機(jī)械加工成為圓筒形結(jié)構(gòu)，銅合金圓筒的內(nèi)壁為沿銅合金圓筒軸向延伸的齒形結(jié)構(gòu)，合金鋼圓筒外壁為沿合金鋼圓筒軸向延伸且與銅合金圓筒內(nèi)壁相配合的齒形結(jié)構(gòu)，且使銅合金圓筒齒形外徑與合金鋼圓筒齒形內(nèi)徑的公差范圍為在室溫條件下銅合金圓筒不能裝入合金鋼圓筒中；對(duì)加工好的合金鋼圓筒與銅合金圓筒用汽油沖洗表面殘留物，再用超聲波清洗殘留在表面的油污；將合金鋼圓筒放置于氣氛保護(hù)爐內(nèi)，將合金鋼圓筒加熱到200°C使其膨脹，保溫30分鐘后將合金鋼圓筒移出爐外，銅合金圓筒快速壓入合金鋼圓筒中，完成熱裝，得到合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件；將合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件繼續(xù)放入氫氣氣氛保護(hù)爐內(nèi)進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為900°C，保溫I小時(shí)，隨爐冷卻后進(jìn)行機(jī)加工，即成。實(shí)施例2 將銅合金與合金鋼經(jīng)機(jī)械加工成為圓筒形結(jié)構(gòu)，銅合金圓筒的內(nèi)壁為沿銅合金圓筒軸向延伸的齒形結(jié)構(gòu)，合金鋼圓筒外壁為沿合金鋼圓筒軸向延伸且與銅合金圓筒內(nèi)壁相配合的齒形結(jié)構(gòu)，且使銅合金圓筒齒形外徑與合金鋼圓筒齒形內(nèi)徑的公差范圍為在室溫條件下銅合金圓筒不能裝入合金鋼圓筒中；對(duì)加工好的合金鋼圓筒與銅合金圓筒用汽油沖洗表面殘留物，再用超聲波清洗殘留在表面的油污；將合金鋼圓筒放置于氣氛保護(hù)爐內(nèi)，將合金鋼圓筒加熱到300°C使其膨脹，保溫20分鐘后將合金鋼圓筒移出爐外，銅合金圓筒快速壓入合金鋼圓筒中，完成熱裝，得到合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件；將合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件繼續(xù)放入氫氣氣氛保護(hù)爐內(nèi)進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為700°C，保溫2小時(shí)，隨爐冷卻后進(jìn)行機(jī)加工，即成。實(shí)施例3將銅合金與合金鋼經(jīng)機(jī)械加工成為圓筒形結(jié)構(gòu)，銅合金圓筒的內(nèi)壁為沿銅合金圓筒軸向延伸的齒形結(jié)構(gòu)，合金鋼圓筒外壁為沿合金鋼圓筒軸向延伸且與銅合金圓筒內(nèi)壁相配合的齒形結(jié)構(gòu)，且使銅合金圓筒齒形外徑與合金鋼圓筒齒形內(nèi)徑的公差范圍為在室溫條件下銅合金圓筒不能裝入合金鋼圓筒中；對(duì)加工好的合金鋼圓筒與銅合金圓筒用汽油沖洗表面殘留物，再用超聲波清洗殘留在表面的油污；將合金鋼圓筒放置于氣氛保護(hù)爐內(nèi)，將合金鋼圓筒加熱到400°C使其膨脹，保溫10分鐘后將合金鋼圓筒移出爐外，銅合金圓筒快速壓入合金鋼圓筒中，完成熱裝，得到合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件；將合金鋼/銅合金整體材料構(gòu)件繼續(xù)放入氫氣氣氛保護(hù)爐內(nèi)進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為1000°C，保溫I小時(shí)，隨爐冷卻后進(jìn)行機(jī)加工，即成。由于合金鋼與銅合金兩類材料在物理、化學(xué)性能及力學(xué)性能等有顯著差異，本專利技術(shù)的方法利用銅合金與合金鋼在膨脹系上的差別，將合金鋼與銅合金加工成一定形狀后在一定溫度下進(jìn)行機(jī)械鑲嵌，形成整體結(jié)構(gòu)后利用高溫下產(chǎn)生的膨脹力讓兩種材料進(jìn)行自本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種合金鋼/銅合金整體材料的制備方法，其特征在于，首先將銅合金與合金鋼機(jī)械加工成圓筒狀，將銅合金的外表面和合金鋼的內(nèi)表面加工成互相配合鑲嵌的齒形結(jié)構(gòu)；其次，對(duì)兩類加工好的部件表面進(jìn)行潔凈化處理；再次，在保護(hù)氣氛環(huán)境中對(duì)合金鋼筒進(jìn)行加熱；然后，將銅合金圓筒壓入合金鋼圓筒中；最后，對(duì)鑲嵌成型的合金鋼/銅合金整體構(gòu)件材料在氫氣爐中進(jìn)行保溫，等兩者形成穩(wěn)定連接后，冷卻。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁淑華，鄒軍濤，肖鵬，張喬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：