砂型内双材质金属复合方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于生产金属铸件，特别是固液镶嵌式双材质金属铸件的感应式型内双材质金属复合方法。
背景技术
在实际工业应用中，有时要求铸件同时具有非常高的韧性和硬度，对于同一种材质的金属来说，韧性和硬度(耐磨性)通常是相互矛盾的，难以同时达到，为此采用双材质金属来生产该类铸件是一种非常理想的选择。在双材质金属结构的铸件中，一种材质具有非常高的韧性，主要用于抵抗铸件工作过程中所受冲击力，防止铸件出现意外断裂等，另一种材质具有非常高的硬度，因此耐磨性良好，可有效地延长工件的使用寿命。但在实际生产中，由于浇注过程中两者温度相差过大，导致双材质金属铸件结合面常出现诸如裂纹，结合不良等缺陷，严重影响双材质金属铸件的正常工作。为解决这一问题，人们将包敷铸件的固体部分预先加热，然后放入铸型，合箱后在固体部分尚有一定温度的情况下进行浇注。该工艺虽然可以提高固体部分的温度，在一定程度上增加固液的结合和缓解固体部分对液体部分的激冷，但由于将工件固体部分加热后到铸件浇注中间需要经过的时间非常长，同时在实际生产中这段时间不易控制，所以在浇注液体部分时固体部分的实际温度较低，同时波动也较大，导致实际生产地铸件的质量不高且不稳定。为了解决该问题，有的工艺采用先造型，再将双材质金属固体部分放入到砂型中，合箱后将砂箱整体放入到箱式加热炉中进行加热，达到预定温度后，将砂型整体从加热炉中取出，然后进行浇注。该种方法由于将砂型取出后到浇注液体金属的过程中，砂型首先散热，因此可以保证双材质金属固体部分在浇注时仍然有较高的温度，从而保证双材质金属复合铸造的质量。但很显然，由于砂型传热非常缓慢，因此整个砂型加热的时间非常长，效率非常低，同时能耗也非常高。另外，由于将砂型整体从箱式加热炉中吊进吊出，操作也非常麻烦和不便。还有，尽管可以在固体部分被包覆部位预先涂敷一层抗氧化及脱氧溶剂，但由于整个砂箱的加热周期长，因此固体表面的溶剂将大量挥发，导致被包覆部位氧化严重，由于金属氧化后将对双材质金属界面的结合产生严重的阻碍作用。因此，这也将严重影响双材质金属复合铸件的复合质量。
【发明内容】
本发明的目的就是要提供一种型内双材质金属复合方法，以保证生产出高质量的双材质金属铸件。
为实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种砂型内双材质金属复合方法，该方法包括如下步骤：
a、将已成型固态金属欲复合部位进行预净化处理；
b、把处理后的已成型固态金属放入砂型内，在非复合部位填上型砂并紧实将固体部分定位；
c、在复合部位造出欲复合的液态金属的型腔，并造出浇注系统和补缩出气冒口系统，最终制出含有固态金属的成型砂型；
d、将上述成型砂型放入中频感应加热装置内进行加热，使固态金属温度达到200-1000℃；
e、通过浇注系统浇入另一种材质的液态金属直至型腔及补缩出气冒口内充满液态金属；
f、待浇铸的金属冷却后，复合过程完成。
所述的预净化处理含有复合部位的去氧化膜和涂敷抗氧化保护剂的操作。
所述的液态金属的浇注可以在继续加热状态下进行。
在浇注的液态金属将复合部位淹没后，停顿2-200秒钟，再继续浇注至浇注完成。
由于所采用的砂型材料为非金属材料，不导电，在加热过程中本身不消耗热量，对金属固体部分的加热基本上也不产生妨碍作用，因此预先已经放入到砂型中的双材质金属固体部分通过感应加热原理在砂型内直接进行加热，升温速度非常快，加热效率非常高。同时由于在加热过程中，固体部分整个被砂型或型腔包围，因此向外的散热也非常缓慢。进一步提高了加热效率。还有，由于加热的时间非常短，因此铸造过程中固体部分被液体部分包覆的部位的氧化也非常轻。
与已有的加热装置相比，该加热装置仅采用了非金属材料的砂型和一感应加热系统并使整个加热过程在砂型及感应线圈内进行，既大大提高了加热的效率，缩短了加热时间，减轻了固体部分被包覆部位的氧化，又可有效地保证固体部分的加热温度。同时由于在整个加热过程中砂型一直处于感应线圈内，无须来回移动，大大简化了整个操作工艺。因此该装置具有非常明显的优点。
【附图说明】
图1为本发明用于冲击式锤头复合的砂型的结构示意图；
图2为图1的A-A剖示图；
图3为本发明用于双材质金属复合轮形零件的砂型示意图；
图4为图3的B-B剖示图；
图5为形成复合轮中间空心部分砂芯的剖面图；
图6为形成轮形零件外圈的砂型结构示意图；
图7为本发明的另一种轮形双材质金属复合铸件的结构示意图；
图8为图7的C-C剖示图。
【具体实施方式】
实施例1
如图1、图2所示，图中各标号意义如下：1、加热感应圈；2、保护套；3、要复合的锤头端部；4、直浇道；5、浇口窝；6、内浇道；7、补缩出气冒口；8、砂型外套；9、砂箱与保护套之间的间隙；10、锤端和锤柄之间的机械结合孔；11、锤柄；13、易割冒口片；14、砂型。
该工件生产工艺如下：
将已成型固态碳素钢金属锤柄11按要求预先制作，在锤柄11和要复合的高铬铸铁锤头端部3的结合部位加工一孔10，并将锤柄11欲复合部位进行预净化处理，用砂轮打磨，去掉氧化皮和其他有碍冶金结合的杂物。再在其上涂附一层抗氧化保护剂，然后保存。将涂附好保护剂的锤柄在端部套上锤端木模(形状和要复合的锤头端部3相同)，在木模上同时带有一冒口易割片的木模(形状和要复合的易割冒口片13相同)。将锤柄11连同锤端木模和冒口易割片的木模放入砂型保护套2中并适当定位、填砂，并将砂子紧实。待砂子填到浇口窝5和内浇道6高度位置时，放入浇口窝5、内浇道6及直浇道4的模型，浇口窝5和内浇道6模型采用泡沫塑料制造，造出浇注系统。继续填砂，直到砂子上表面和冒口易割片13的木模上表面平齐为止，在复合部位造出欲复合的液态金属的型腔。
继续将型砂紧实，然后将冒口易割片13和锤端木模取出，将冒口易割片13放入到砂型中，在易割片上面放上补缩出气冒口模型7，然后继续填砂，紧实，直至到砂型外套上表面，造出补缩出气冒口系统，然后取出冒口和直浇道模型，最终制出含有固态金属的成型砂型。
如采用水玻璃砂或树脂砂等硬化后使用的砂型，则使砂型硬化后存放准备浇注；如采用潮模砂，则无须硬化，直接准备浇注。
将造好的砂型放入到加热感应圈1及保护套2内，保护套2可防止浇注过程中铁水外漏流到感应圈上损坏感应圈。为保证砂型顺利放入到感应圈保护套内，砂型外表面距离保护套应有一定的距离。
待要复合的金属熔炼完成后，将上述成型砂型放入中频感应加热装置内，给加热感应圈1通电，使固态金属温度达到500℃以上，通过补缩出气冒口可以观察到砂型内锤柄的加热情况，待锤柄欲复合部位的颜色发红之后，即可开始浇注锤端复合金属液。此时，在锤柄的高温烘烤作用下，泡沫塑料浇口窝5和内浇道6可全部或部分汽化烧失。
通过直浇道浇注要复合的金属液，此时可继续通过感应圈加热，通过出气冒口观察型腔内液面的上升情况，待金属液将锤柄完全覆盖后，停止浇注，继续加热。经过短时间，例如8秒后，重新浇注金属液，直至将冒口充满，然后冷却。当锤柄的温度达到要求后，可在不断电的情况下进行浇注，这样既可以对液态金属进一步加热，防止液态金属在浇注过程中温度降低过多，影响与固体锤柄之间的结合，同时由于涡流的作用，可对型腔中的液态金属进行搅拌，使靠近锤柄部位、被固体锤柄冷却的液态金属与其他部位的温度较高的液态金属循环，从而进一步提高固液金属之间的结合。液态金属被搅拌后易卷入气体，这部分液态金属如果直接在型腔内凝固，必然降低锤头的性能，因此，在液态金属液面上升到型腔内锤柄以上时，停止加热，并适当停留一段时间，(这一段的工艺也可按最简单的将锤柄加热到250-850℃，停止加热，直接进行浇注，直至将冒口充满。)
待金属液冷却凝固后，即可将砂型连同其内的铸件取出，放入下一个砂型，开始下一个浇注。
实施例2
如图3、图4、图5、图6所示，图中各标号意义如下：1、加热感应圈；2、保护套；15、要复合的外层部分型腔；3、要复合的外层部分的型腔；4、直浇道；5、浇口窝；6、内浇道；7、补缩出气冒口；8、砂型外套；9、砂箱与保护套之间的间隙；16、轮形零件内衬固体基体层；14-2、砂型；14-1、砂芯。
该零件生产工艺如下：
将内衬碳素钢固体基体层16预先生产出来，然后将已成型固态金属欲复合部位复合面进行预净化处理、打磨光，在其上粘附一层防氧化保护剂。
造砂芯14-1，造出浇注系统直浇道4、内浇道6，同时将内衬固体基体层16预先放入砂芯内，在复合部位造出要复合的外层部分型腔15。
造砂型14-2、浇口窝5并将砂型14-2和砂芯14-1组装形成补缩出气冒口7，造出补缩出气冒口系统，整体放入加热感应圈1。
待复合层耐腐蚀耐磨金属液熔炼完成后，加热感应圈1通电，对轮形零件内衬固体基体层16进行加热，待预热温度达到后，停止加热，浇注。直至金属液浇满要复合的外层部分型腔15为止。
待浇注的金属液冷却后，将砂型连同铸件取出，放入另一个组装好的砂型再次浇注。
实施例3
如图7、图8所示，图中各标号意义如下：1、加热感应圈；2、保护套；3’、泡沫塑料模型；4、直浇道；5、浇口窝；6、内浇道；7、补缩出气冒口；8、砂型外套；9、砂箱与保护套之间的间隙；11’、镶块；12、钉子；14、砂型。
在该工艺中，要复合的工件预先作成硬质合金镶块11’，镶块11’上带有钉子12，镶块11’预先和泡沫塑料模型3’连接在一块，作为模型形成工件外形。造型时，将其放入到砂型14中，造型后整个模型连同镶块11’形成型腔，预热后泡沫塑料3’汽化，形成基体金属型腔，而镶块11’上的钉子12则将镶块11’固定在型腔内的相应位置上，浇注后高锰钢基体金属液汽化剩余泡沫塑料并充满整个型腔，将镶块11’包覆住，形成高锰钢-硬质合金双材质金属复合铸件。