液压泵球墨铸铁缸体的双金属烧结

摘 要：本文介绍了烧结设备、工艺、质量检测、应用及展望。

关键词：双金属 烧结

Bimetal Sintering for Ductile Iron Cylinder in HydraulicPump ZHANG Xi-ping,YANG Jun-hua,SHI Qiang,ZHANG Hai-tao

(Shandong Nakagawa Hydraulics Co., Ltd ， Shandong Changlin Group ，Linyi Shandong Province：276700）

Abstract: The equipment，process and quality checkout as well the application and development prospect for the bimetal sintering technology are introduced in this paper

Key words: bimetal sintering

提高液压产品质量的关键之一是选择和制造配流面的摩擦副，各种泵缸体的基体既要有一定的强度，又要在配流面上覆盖一层锡铅青铜耐磨层。

我国传统的液压产品上的双金属连接一般采用“双金属浇注”、“粉末冶金”等方法。就“双金属浇注”而言，由于工艺因素复杂，不易控制，合格率仅为60%―70%。这样低的合格率不仅延误了生产周期，而且使生产成本大大提高。“粉末冶金”的合格率虽然略高一些，但由于工艺环节多，产品质量波动也较大，时有铜层剥落现象发生。

从80年代起，美国、德国和日本等工业发达国家普遍采用堆焊型的双金属烧结工艺来完成液压产品上的双金属连接。通常选用45#钢作为泵缸体的基本材料，在缸体的配流面上或柱塞孔内烧结一层耐磨性极好的高铅青铜，大大改善了摩擦面的耐磨性及抗咬合性，从而提高了缸体的使用寿命。但以球墨铸铁为基体的缸体比以钢件为基体的有无可比拟的优越性，如工件尺寸稳定、柱塞孔内无需烧结铜等。球墨铸铁为基体的缸体双金属烧结工艺目前国内还不是很成熟，合格率仅为80%左右。

2010年，山东常林集团中川液压有限公司购置了德国Mahler公司生产的DLE 300/200/1750 G型传送带式加热炉。经过安装、调试、鉴定及验收，2011年已投入批量生产。从生产情况来看，此烧结工艺具有以下优越性：球墨铸铁基体的双金属烧结质量稳定，缸体性能有明显提高，缸体烧结的合格率在95%以上,最高达到100%，操作简单，生产效率高，可连续工作，下面着重介绍此双金属烧结的设备及工艺流程

1. 双金属烧结设备

1.1 设备组成

此DLE 300/200/1750 G型传送带式连续加热炉是由内装保护气体的电加热炉体、双层外套水循环冷却段、气体输送和混合装置、点火器、履带式循环传送带、装料台、卸料台及电气控制箱等组成。

1.2 主要技术参数

1.3 工作过程

烧结前，开炉升温至900℃，向炉内充以还原性的天然气保护气体并点燃炉子进出口的“火帘”，使炉内保护气体与大气隔绝。当炉温升至需要的工作温度时，调整传送带速度并启动运行。此时，可将工件放置在传送带上，位置、间距视工件具体情况而定。

2 烧结工艺

所谓“球墨铸铁基体缸体双金属烧结”工艺，即在球墨铸铁的缸体上放置铜块，在周围氧气隔绝的条件下，加热到铜的熔化温度，然后冷却，得到球墨铸铁和铜的紧密结合。为了取得完好的结合力，球墨铸铁和铜接触面之间，需涂一层低粘度的熔剂（瑞士Castolin公司的18号FSH-2熔剂）。整个加热、熔化、冷却过程，必须在充满还原性气氛的保护气体下进行。为了防止已熔化的铜分解、偏析及产生缩松现象，保证尽可能短的铜液相状态、最佳的调节加热、熔化和冷却三个阶段，我们对加热温度、走带速度、天然气与空气的混合比等参数进行工艺试验。现已正常投入批量生产。

双金属烧结工艺流程如下：

⑴原材料选用

①缸体：采用球墨铸铁QT600-3。②铜块：铜材是我公司定制的锡铅青铜，此种特殊配方的锡铅青铜做配流面，其耐磨性和抗咬合性能均比9-4铜好。铜块是按工艺要求，用圆形棒料去氧化皮后通过车削而成。

⑵清洗工序

为保证烧结质量，烧结前缸体与铜块均需在碳氢溶剂真空清洗机中清洗，使之不含有油和其他残留物。

⑶熔剂的涂覆工序

按工艺规定，在凹形的缸体配流面上，需涂覆一层厚为0.1-0.2mm的18号FSH-2型熔剂（瑞士Castolin公司生产），将该熔剂用蒸馏水稀释搅匀，然后用毛刷涂在配流面上，干燥后可见一层金黄色的图层，覆盖在缸体凹面上。（见图二）

⑷加热烧结工序

将缸体放在连续加热炉的传送带上，调整适当的炉温，走带速度及天然气与空气的配比，缸体便送入炉内，通过炉内加热区和冷却区后，就得到所需的双金属烧结缸体，完成了缸体的烧结工序（见图三），加工成品见图四。

3 产品质量及其检测

对于烧结后的双金属结合质量，经金相检查(见图五)、机械冲孔试验、拉伸试验及切削破坏试验表明，结合质量良好，界面无疏松、气孔，锡铅青铜中的铅的偏析，大小和分布良好，界面冲孔后未出现裂纹。双金属烧结试棒的抗拉强度高于锡铅青铜本身强度（表1）。

在双金属试件切削过程中未产生铜层剥离或跷皮等现象，结合处无夹杂物、裂纹。

综上所述，双金属烧结的产品质量很理想。如果使用超声波的超C扫描法检测产品，则全部结合面得结合情况都可检测，不会产生内部遗漏而造成隐患。

4 烧结工艺的应用和展望

双金属烧结工艺不仅在液压产品上，而且在航空工业和其他工业部门的各种双金属构件上都可推广应用。烧结加热炉还可以进行保护气氛中的光亮热处理及钎焊。

在我国，球墨铸铁基体双金属烧结工艺刚开始起步，如宁波广天赛克斯液压有限公司、安徽博一流体传动股份有限公司、上海液压泵厂，北京液压件二厂、南京金城机械厂的许多产品是采用的钢基体双金属烧结工艺，采用球墨铸铁基体双金属烧结工艺比较好的目前国内只有2~3家，且合格率只有80%左右。因此，大力推广球墨铸铁的双金属烧结工艺在液压行业的应用，有效发挥烧结炉的潜力，不仅使双金属产品质量能提高到一个新的等级，而且将为拥有这种设备的各工业部门中的其他产品创造出更高的经济效益。

作者简介：张希平（1967- ），男，山东青岛人，热处理高级工程师，主要从事热处理工艺及双金属烧结。